由表5中的結(jié)果可以看到，與鈉化階段加增效劑的樣品性能相比，改性后成品中加增效劑的樣品屈服值/塑性粘度過大。這可能是由于在鈉化階段加入增效劑時，擠壓過程中產(chǎn)生的擠壓力以及高溫作用下，才能使鈉化劑和增效劑充分發(fā)揮其應(yīng)有的效果。
由于原礦中膨潤土為鈣基膨潤土，必須要進行人工鈉化改型為鈉基膨潤土，以提升產(chǎn)品各方面性能，達到API標準要求。在原礦中加入鈉鹽作為鈉化劑。
試驗條件：增效劑1%，物料含水率為40%，擠壓次數(shù)為2次，考察不同鈉化劑添加量，對產(chǎn)品粘度計600r/min讀數(shù)、濾失量及屈服值/塑性粘度的影響。
由表6中試驗結(jié)果可以看出，鈉化后產(chǎn)品各性能指標較原礦有較大幅度提升，說明鈉化效果較好。產(chǎn)品符合隨鈉化劑用量增加，粘度增大的普遍規(guī)律。這主要是該原礦鈣基膨潤土，則其可交換性陽離子主要為Ca
2+。Ca
2+ 離子取代能力遠大于Na
+ 離子，但當(dāng)Na
+離子達到一定濃度時，就可進入晶層間進行取代。這種取代是以等當(dāng)量進行的，即兩Na
+個離子取代一個Ca
2+ 離子，一個Ca
2+ 離子吸附水分子數(shù)是5，而每兩個Na
+離子吸附水分子數(shù)為16.8，這樣就增厚了晶層表面的雙電層，從而使粘土層間距增大，從而使膨潤土分散加劇， 表現(xiàn)為粘度上升，失水量也有所下降。
但還可以看到屈服值/塑性粘度隨鈉化劑添加量的增加呈先增大后減小的規(guī)律，添加量為2%，4%及6%時未能達到API標準要求，可能是由于電解質(zhì)量的變化導(dǎo)致的動切力上升或粘度的增大導(dǎo)致的泥漿分散度有所降低；當(dāng)鈉化劑用量達到3%以上時，濾失量均能達到API標準要求；綜合以上試驗結(jié)果，當(dāng)鈉化劑加入量為3%時各項指標均能符合API標準中鉆井級膨潤土技術(shù)要求，因此確定鈉化劑最佳加入量為3%。
3.2.5擠壓次數(shù)對產(chǎn)品性能的影響
鈉化劑及增效劑與礦樣的反應(yīng)需要在一定溫度條件下進行，必須進行擠壓，擠壓次數(shù)的多少直接影響反應(yīng)效果的好壞，次數(shù)少，產(chǎn)品性能無法保證；擠壓次數(shù)多，產(chǎn)品的成本增加，本試驗通過對擠壓效果的對比試驗，在確保產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，確定最低擠壓次數(shù)，最大限度降低生產(chǎn)成本。
試驗條件：鈉化劑3%（以干礦樣計），增效劑1%（以干礦樣計），物料含水率為40%，考察不同的擠壓次數(shù)下對產(chǎn)品粘度計600r/min讀數(shù)、濾失量及屈服值/塑性粘度的影響，試驗的結(jié)果見表7。
表7 不同的擠壓次數(shù)下鈉化產(chǎn)品的指標
擠壓次數(shù)(次)
指標 |
1 |
2 |
| 粘度計600r/min |
38.5 |
48 |
| 濾失量(mL) |
16 |
4 |
| 屈服值/塑性粘度 |
6.36 |
2.8 |
由表7的結(jié)果可以看出，擠壓2次較擠壓1次，粘度增大，屈服值/塑性粘度明顯降低，這主要是由于工藝中鈉化劑和增效劑都以溶液的形式與原料混合，分散均勻，而本試驗所用擠壓機的擠出壓力在2MPa左右，擠出物料溫度45~55℃之間，一定的壓力、溫度和時間有利于Na+從蒙脫石層狀結(jié)構(gòu)中置換出高價陽離子Ca2+，使得鈉化劑和增效劑充分發(fā)揮其應(yīng)有的效果。綜合考慮到生產(chǎn)工藝及成本因素，擠壓兩次各項指標已經(jīng)達到了要求，本次試驗確定擠壓次數(shù)為兩次。
4 結(jié)論
(1)采用半干法擠壓鈉化改性效果顯著，簡單可行，大大改善了該原礦的泥漿性能。
(2)增效劑A增強了懸浮液的剪切稀釋特性，加大兩切變速率下的粘度差，降低屈服值/塑性粘度。
(3)經(jīng)優(yōu)化試驗，最終工藝路線為，鈉化劑添加量3%，增效劑添加量1%，擠壓物料含水率40%，擠壓兩次。
(4)經(jīng)工藝處理后產(chǎn)品，粘度計600r/min讀數(shù)為48，屈服值/塑性粘度為2.8，濾失量為4mL，得到了符合API標準的鉆井級膨潤土要求，，產(chǎn)品附加值得到大幅度提升。
(廈門非金屬礦加工與應(yīng)用技術(shù)交流會,發(fā)表于中國粉體技術(shù)雜志）
