低品位膨润土矿制备土木工程泥浆土的研究.pdf
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1、第3 3 卷第4 期 2 0 1 0 年7 月 非金 属矿 N on M et a“i C M i nes V l0 l - 3 3 No 4 J ul y,2010 低品位膨润土矿制备土木工程泥浆土的研究 王志强舒 锋刘玉芹 ( 中国非金属矿工业公司,北京1 0 0 1 4 2 ) 摘要针对湖北某地低品位、 低含砂量膨润土矿, 系统研究了 钠化条件和两种不同聚合物的引入对其泥浆性能的影响。研究表明, 钠化条 件对膨润土的泥浆性能有一定影响 , 提 高碳酸钠用量和反应温度 可提高浆体的粘度 ; 但 有机聚合物羧 甲基纤维素钠的加入 能更显著提 高其粘度, 添加量为 1 便可使其粘度提 高至原来
2、的 4倍 , 达到国家一级泥浆土的要求。 关键词膨润土泥浆粘度聚合物 中图分类号 : T D9 8 5文献标识码 : A S t u d y o n Pr e p a r a t i o n o f Ci v i l En g i n e e r i n g S l ur r y Cl a y f r o m Lo w g r a d e Be n t o n i t e W a n g Zh i q i a n g S h u F e n g Liu Yu q i n ( C h i n a N a t i o n a l No n me t a l l ic Mi n e r a l s
3、I n d u s t ri a l C o r p o r a t i o n , Be ij in g 1 0 0 1 4 2 ) Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r , a b e n t o nit e o r e wi t h l o w g r a d e a n d l o w s a n d c o n t e n t i n Hub e i p r o v i n c e wa s u s e d a s r a w ma t e r i a l , t h e i n flu e n c e o f Na a c t i v e c o
4、 n d i t i o ns a n d o r g a ni c p o l y m e r on i t s s l u r r y v i s c o s i t y we r e s y s t e m a t i c a l l y s t u d i e d Th e r e s ult s s ho w t h a t : Na a c t i v e c o n dit i o n s h a v e c e r t a i n i nfl u e n c e o n i t s s l u r r y v i s c o s i t y ;v i s c o s i t y
5、 c a n b e i mp r o ve d t h r o u g h i n c r e a s i n g s o d i u m d o s a ge a n d r e a c t i o n t e mp e r a tur e Ho we v e r ,a d ding o r g a ni c p o l y me r s o d i u m c a r b o x y me t h y l c e l l u l o s e h a s r e ma r k a b l e i n fl u e n c e o n i t s v i s c o s i ty V i s
6、 c o s i ty c a n i n c r e a s e t o i t s f o u r f o l d a n d me e t t h e GB( n a t i o n a l s t a nd d 、 r e q u i r e me nt s o f t h e fi r s t d e g r e e s l u r r y c l a y f o r c i v i l e n g i n e e r i n g wh e n t h e p o l y m e r d o s a g e i s 1 Ke y wo r d s b e n t o n i t e
7、s l u r r y v i s c o s i ty p o l y me r 膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的粘土矿物 , 蒙脱石属 2: 1 型层状硅酸盐矿物。由于其具有类质 同象取代、 离子交换性等特性, 使其在水中具有良好 的膨胀性、 分散性、 悬浮性、 流变性等性能 1-2 o膨润 土矿浆属非牛顿流体, 具有良好的触变性, 可广泛应 用于钻井泥浆和非开挖工程等施工工程 中。在石油 钻井过程 3 】 中, 膨润土矿浆可以起到清洗井底, 携带 岩屑, 保证钻头不断破碎新地层; 平衡地层中流体压 力和岩石侧压力, 防止井喷、 井漏, 维持井壁稳定, 防 止地层坍塌 ; 润滑并冷却钻头、
8、 钻具, 悬浮岩屑和加重 料, 避免沉砂卡钻等重要作用。在非开挖工程 I4 施工 中, 膨润土和水混合后可形成均一稳定的胶体, 由于 其具有良好的稳定性和润滑性, 可对土体起支撑稳定 作用, 保护井壁稳定, 同时携带钻屑防止堵塞, 是非开 挖定向钻施工中必不可少的 恤 液 物质。 目前, 我国绝大部分膨润土为钙基膨润土, 尤其 是本次试验研究的湖北某地的钙基膨润土, 该土品位 低, 质量较差, 矿浆粘度很难达到施工使用要求。因 此, 研究膨润土的钠化改性 , 并寻找合适的添加剂 , 提 高矿浆的悬浮性、 粘性 , 对促进我国地下非开挖施工 的水平以及膨润土资源的高效利用具有十分重要的 收稿 日
9、期 :2 0 1 0 0 5 2 1 基金项 目:国家十一五科技 支撑项 目( 2 0 0 8 B AE 6 0 B0 9 1 3 4 意义 , 同时为该处矿产资源找出一条综合利用途径。 1 试验部分 1 1 原矿性质所用膨润土取 自湖北鄂西某地 ( 代 号为H B ) , 膨润土原矿表观颜色为乳白色, 呈土状光 泽。矿石较为致密, 为致密块状结构, 但硬度较低、 易 于粉碎。 矿石结构以泥质为主, 矿石构造为致密块状, 肉眼可见少量石英等杂质。原矿的各项理化性能指 标见表 l 。 表1 原矿的理化性能 从表 1 中数据可以看出, 原矿 的吸蓝量较低, 仅 有 2 3 5 g 1 0 0 g
10、。同时, 其胶质价、 膨胀容、 膨润值也处 于较低的水平, 分别为 4 8 m L 1 5 g 、 8 mL g 、 l l mL 3 g , 从原矿各项指标来看 , 该矿为钙基膨润土矿。 原矿的粒级分布及各粒级吸蓝量见表 2 。 表2 原矿粒级分布及各粒级吸蓝量 粒度+ 6 0目 6 0 1 0 0目 1 0 0 2 0 0日2 O 0 3 2 5目 3 2 5目 质量 1 7 2 6 4 8 1 5 2 4 0 0 百分质量 3 9 1 1 4 6 1 8 5 1 1 9 9 1 5 5 吸蓝量 ( g l O O g ) 0 9 6 0 9 6 1 4 4 1 4 4 2 4 7 从表
11、2 中数据可以看出, 一 3 2 5日产品的产率为 9 1 5 5 , 其它各粒级产品的产率较低, 这说明原矿浸 王志强, 舒 锋 , 刘玉芹 低品位膨润土矿制备土木工程泥浆土的研 究 泡于水中后可崩解为微细颗粒 , 粗粒杂质含量较低。 原矿理化性能和粒级分析研究表明, 该矿吸蓝量 较低, 蒙脱石含量不高, 不宜开发对蒙脱石含量要求 较高的产品。但该矿具有含砂量低的特性, 因此该矿 适宜开发工程用泥浆土。 1 - 2 试验仪 器采 用的主要仪器和设备包括 : 轮碾 混砂机 ; 水浴锅 ; 多功能搅拌器 ; Z N N D 6 S型六速旋 转粘度计 ; G J 一 3 S型高速搅拌机 ; 万能粉
12、碎机 。 1 3 试验研 究方法研究 中, 分别考察了钠化工艺 条件和聚合物 的添加对产 品造浆性能的影响。钠化 采用悬浆法进行, 矿浆浓度为 6 ( 同粘度测定浓度一 致) 。考察的钠化工艺条件包括: 钠化剂用量、 钠化温 度和钠化时间等因素。钠化完后产品置于烘箱中于 1 0 5 下烘干磨粉。同时, 考察了聚丙烯酰胺和羧 甲 基纤维素钠两种聚合物的添加对产 品造浆性能 的影 响, 聚合物的添加方式为 : 将有机聚合物混入钠化后 并经磨矿的样品中, 进一步测定其粘度。 钠化产品造紫 陛能的好坏以 6 0 0 r mi n和 3 0 0 r mi n 粘度来衡量。具体测试步骤如下 : 称取待测膨
13、润 土试样, 每 3 5 0 mL蒸馏水加 2 2 5 g( 水分含量不大于 1 0 ) 试样 , 制备成悬浮体。在搅拌机上边搅拌边把 膨润土撒到水中, 5 mi n后, 取下高搅杯 , 把粘在壁上 的膨润土刮下, 再继续搅拌 1 5 mi n 。将分散后的悬 浮体置于测试杯中, 在室温下把悬浮体密封存放 1 6 h 。 将悬浮体在搅拌机上搅拌5 m il l : : 3 0 S , 用六速旋转 粘度计分别测定样品在 6 0 0 r mi n 和 3 0 0 r mi n 粘度。 2 试验结果与讨论 2 1 钠化剂用量对产品造浆性能的影响 不同的碳 酸钠用量会影响产品的水化性能, 并进一步影响
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