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膨润土防水毯应用技术及开发利用现状

2005-08-06 17:13:39      来源:中国建材
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□咸阳非金属矿研究设计院 宗培新

一、前言

膨润土是我国开发利用较早的非金属矿物之一。由于其物化性能非常独特,所以在许多传统工业如铸造、钻井泥浆、铁矿球团中的应用悠久历史。随着科技进步,膨润土的许多新用途也在被不断研发出来,其产品价格大大高于传统产品。本文将介绍近两年来开发的一种新的防水材料产品——膨润土防水毯,论述其应用技术及开发利用现状。

二、国内膨润土开发利用现状

1、膨润土的传统用途

目前,人们利用膨润土粘结、吸附、催化、增稠、触变、膨胀、脱色等性能开发产品数以千计,广泛应用于冶金、钻井、建筑、环保、农业、化工、食品等24个领域100多个部门。

由于具有许多独特的性能,膨润土在传统应用中主要被用作:铁矿球团、铸造、钻井泥浆、酒及饮料澄清剂、干燥剂、纺织印染、活性白土、石油化工催化剂、动物垫圈除臭猫砂、废水处理剂、核废料处理的应用、涂料、陶瓷、助悬剂、吸附剂、过滤剂、乳化剂及软膏基质、粘合剂、载体、赋形剂、动物饲料、化肥、农药、膨润土在电池中的应用、膨润土在灭火剂中的应用、锅炉和管道保温涂膏等等领域。

2、国内膨润土工业现状和技术水平

据有关资料统计,目前国内膨润土加工企业有200多家,多数为中、小规模生产企业,年产量超过1万吨的矿山企业有20多家,其总产量约200~210多余万吨,生产能力300万吨以上,主要为粗加工产品。生产能力较大的省份有辽宁、河北、浙江。我国膨润土原矿或粗粉加工产品产量约160~170万吨。深加工产品,包括人工钠化钙基膨润土、活性白土及有机膨润土的制备等,总产量约30~40万吨。从生产布局看,我国主要膨润土生产企业主要集中在浙江、吉林、辽宁、新疆、河北、河南、湖北、安徽等省区。

目前,我国膨润土矿开采方法有露采和地采。其中露天开采矿山占90%。按产量计露天开采占75%。地下开采的主要有浙江省临安膨润土矿、吉林刘房子膨润土矿、吉林九台膨润土矿等。目前我国膨润土资源综合利用程度较低,矿山企业普遍存在技术落后,经济效益低的问题。目前国内绝大多数矿山都不经选矿,经手选后晾晒、风干或用干燥炕、烘干炉干燥后,再用雷蒙磨和其他辊碾机碾磨粉碎成用户所需的产品,产品蒙脱石含量在50%~85%之间,原矿开采成一般都在80元/吨以内,粉矿生产成本也不超过150元/吨。产品主要供应膨润土的传统用途用户。湿法选矿一般用来处理低品位膨润土,或为了获得高档产品结合生产工艺进行。采用湿法的选矿膨润土矿山企业很少,产量十分有限,产品蒙脱石含量一般在85%~95%之间。

我国膨润土资源丰富,品种齐全,也不乏优质品种,基本不需要依赖国外资源,比如新疆夏子街的膨润土,其原矿质量甚至可与美国怀俄明的土相媲美。但产品质量与国外差距较大,主要原因是膨润土的提纯和深加工技术和设备上,

虽然国内膨润土应用范围已涉及20多个领域,但是传统工业领域还是占绝大多数,产量虽然很高,但产品的附加值很低,而不断开发的膨润土新的用途虽然用量很少,经济效益却非常明显。比如,防水材料、净水剂、增稠剂、凝胶材料等。

三、膨润土防水毯应用技术

1、膨润土防水毯基本情况介绍

膨润土防水毯是一种新型的复合土工合成防水材料。防水毯内膨润土的厚度一般为4毫米,底层为土工纤维布,上层为无纺布,中间为经过处理的膨润土,因其貌似毯状,故称其为膨润土防水毯。其优点是:原材料成本低;防水性能好;自我愈合能力强;安装、施工方便;单位面积质量小,每平方米原料用量只有几公斤;抗剪切强度高;冻融循环能力强。

目前市售的产品规格一般为:幅宽2米、4米、6米不等,长度20米到60米不等。

膨润土防水毯是国外开发不久的新型防水产品。目前国内已生产该产品的厂家有四家,都是使用国外的工艺和技术,近两年,由于我国的经济建设发展很快,对新材料的需求量越来越大,发达国家纷纷看好我国防水材料市场,有的企业在我国直接投资办厂,也有的在我国设立产品销售代理机构。

膨润土防水毯已在世界上许多重要工程中使用,并证明具有很好的防水防渗效果,据有关资料介绍,在同比条件下,膨润土防水效能可达传统的五层防水,且耐久性能优良。但国外产品高昂的价格使国人难以接受,2004年北京绿色建材博览会上获悉,英国某公司的产品在中国市场的售价为80元/平方米,在国际市场的售价约13美元/平方米,同样规格的国内合资厂的产品在国内市场的售价为30多元,远远低于国际市场的售价。

除以上介绍的以外,膨润土防水毯还具备使用范围广、耐久性好的优点,特别适合于人工湖、垃圾处理场、隧道、水渠、建筑物地下防水、楼顶花园防渗漏,水处理厂防漏以及具有含有害元素或重金属离子的垃圾焚烧灰填埋场等等。经过试验,膨润土可耐受多次的冻融循环,由于膨润土是一种天然的矿物,在遇到多种外界条件下不分解、不变质,其使用寿命可达100年以上。

在防渗工程中,该产品可单独使用,也可与压实黏土防渗体组合使用,当设计方案允许使用黏土、沥青、混凝土、土工膜、膨润土防水毯做防渗层时,膨润土防水毯则显示出很强的竞争能力。其产品本身具备如下特点:⑴因膨润土与非织造土工织物纤维充分缠绕,止水性强,耐冲刷,且不会因干湿和冻融反复循环而降低防渗性能,且可在-30℃以下气候恶劣环境下进行施工。⑵任何可能的漏水点都会因为膨润土的迁移而自愈合,接缝处的叠合只需15厘米,并均匀撒上一定量的干粉土即可满足防渗要求。⑶施工简单方便,产品体积小,成卷包装便于运输和安装。⑷无机环保材料:无毒、无味、无污染,真正的绿色建材。

与黏土和土工膜相比,该产品还具有如下优势:⑴比压实黏土衬体积小、重量轻、施工简便抗剪强度和抗拉强度高。⑵与土工膜相比该产品柔性好,较好地适应不均匀性沉降;具有更好的界面摩擦性,对铺设场地的要求比土工膜低;因为有外裹织物的保护,使其不易被刺破或划破而导致失效;与管道和和建筑物周边连接时施工更简便,接缝处的密封性更好;使用寿命更长。

膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的粘土矿,通常含量范围为40%~90%,其杂质主要有高岭石、石英、方英石、伊利石等。膨润土的性能与蒙脱石类型和含量有关。

蒙脱石晶体化学成分复杂,变化大。晶体中的低价阳离子常常置换高价阳离子,使结构层产生多余的负电价。为了保持电中性,在结构层之间除水分子外,存在较大半径的阳离子Na+、Ca2+等,因此膨润土就被划分为钠基土、钙基土。由于阳离子的可交换性,使蒙脱石族矿物具备了很多有价值的特性,比如离子交换性、吸水性、膨胀性、触变性、粘结性、吸附性等。

遇水时,膨润土可吸附是自身重量几十倍的水量,吸水后体积可增大数十倍。由于膨润土这种优良的特性其广泛用于防水材料、保水材料等领域。用于防水材料的膨润土首选优质钠基土,这是由于钠离子在水中容易分散,钠离子半径大,电荷低,在水中更易分散且分散层数多,钙基土则相反,钙基土的膨胀速度虽然快,但是其膨胀的倍数比钠基土低,因此,选择高膨胀倍数的天然钠基土是本项目的先题条件。膨润土防水毯中的膨润土遇水后,水分子能够进入膨润土晶格之间,使其晶格膨胀,由于膨润土防水毯在施工时,按要求其上部要覆盖20厘米厚的覆盖层将其压实,所以当其遇水膨胀时,其体积增大25倍以上(美国材料与实验协会标准),使其内部形成负压,即达到了防水的效果,因此膨润土防水毯是一种绿色环保型的防水防渗材料。

2、应用情况介绍

国内采用的传统防水办法,在效果上不是很理想。而一些发达国家采用的膨润土防水材料虽效果好,但因价格较高在国内较少被采用,我国前几年只在少数的国外独自工程中使用,随着膨润土防水毯的国产化,价格也只有进口产品1/3,我国许多工程也开始使用膨润土防水毯,据有关资料记载,膨润土防水毯应用十分广泛,可用于市政、环保、水利、公路、铁路、垃圾填埋场、水利工程及工业与民用建筑地下防水防渗施工,比如在垃圾填埋场、污水处理厂使用,具有良好的防渗功能、加固功能;在水利工程中使用,可提高灌渠的防渗作用,还可以提高大坝、河堤的强度,避免和减轻水土流失,大堤发生管涌的隐患;地铁工程的防水防渗,公路的路基和边坡,桥梁的基础防水可以改变道路的性能,提高路面的承载能力,延长公路的使用寿命;在工业民用建筑工程使用,可以提高防水的可靠性和耐久性;以及在矿山、人工湖、隧道、游泳池等处均可使用。

四、存在问题

我国膨润土防水毯的实际应用已经有二三年的时间,产品推广的最大障碍有如下几个方面:⑴我国尚未制定与其相适应的技术规范,国内设计单位在以往的工程设计中没有设计使用过这种材料,也没有现成的规范可以遵循。⑵建设单位对这种新材料的使用还存有疑虑。⑶市场对该产品还存在认知程度问题。

经过市场分析,在未来的10年内,膨润土防水毯的市场需求量将会保持大幅增长的趋势。在这段时间内,其利润率将保持较高的水平。国内目前的产量总和为2000多万平方米,2~3年后的市场需求量将远远大于这个数字,由于膨润土的独特性能,该产品在今后势必会代替现有的普通防水材料。特别是当前人们对环保及节能的认识程度越来越高,该产品在国内防水材料市场一定会越来越普及。

五、结束语

目前,膨润土防水毯的应用领域正在不断被发现,性能更优越的防水材料也在研发之中,根据我国的资源情况,可完全满足膨润土防水毯原料要求的土资源很少,就现有企业而言,也有部分厂家因无法得到质量指标能达到要求的优质钠基土而不得不选用钙基土进行人工钠化。符合质量要求的优质钠基土资源以及钙基土的人工钠化工艺现已成为制约膨润土防水毯进一步开发利用的瓶颈,建议有关科研设计单位加大对其的研发力度。就该产品的市场而言,其发展空间非常之大,随着人们对其的认知程度的不断提高,其应用领域及使用量势必大大提高。■

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