赵飞

（安徽强华电力工程检测试验有限公司，安徽合肥230000）

凹凸棒制作中空玻璃干燥剂的研究

赵飞

（安徽强华电力工程检测试验有限公司，安徽合肥230000）

由于凹凸棒晶内存在庞大的微细孔道网络，比表面积极大，表面活性非常高，吸附性能特别优异，而且由于其晶内大量孔道的存在，具有不小的空气容积，因而可以考虑用作干燥剂。主要通过加入吸湿剂来提高凹凸棒石粘土的吸附性能，加入黏合剂提高样品抗压碎力。根据国家标准来选择颗粒大小和烧结工艺。自制仪器测量样品的静态水吸附量、吸湿速率和抗压碎力。研究结果表明：通过XRD衍射图可以得知，样品中含有蒙脱石和坡缕石，这些杂质严重影响了凹凸棒吸湿后的颗粒结构和抗压碎力，使其在吸湿后膨胀开裂。加入CaCl2比加入MgCl2和CuSO4的吸湿效果好，加入适量的Na2SiO3可以提高吸湿后的颗粒强度，提纯凹土与未提纯的吸湿效果相差不明显。烧结温度为350℃，时间为1 h，粒径为2.5～3.0 mm。最合适的配比是质量比为81%凹凸棒，15%CaCl2，4%Na2SiO3，静态水吸附量为32.9%，吸湿速率1.06%。

凹凸棒；干燥剂；吸湿性能；晶体结构

凹凸棒[1]土（又称坡缕石，简称凹土）是一种具纤维纹理层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物[2]。凹土典型分子式为：Mg5Si8O2O(HO)2(OH2)44H2O。凹凸棒石具有独特的晶体结构，晶体内存在庞大的微细孔道网络，由于其晶体内大量孔道的存在，具有不小的空气容积[3]，正因比表面积极大，表面活性非常高，所以吸附性能特别优异[4]。

凹凸棒土性质稳定，其本身不与酸和碱产生任何化学反应，溶解和烘干的方式提纯具有理论上的可操作性。凹凸棒土分散性能特别好，所以提纯时离心需要较高的离心力和充足的离心过程。

1 试验方法

1.1 实验材料

凹凸棒矿石，无水氯化钙（分析纯），氯化镁（分析纯），硫酸铜（分析纯），九水硅酸钠（分析纯），氢氧化钠（分析纯），盐酸（2 mol/L），pH纸，变色硅胶。

1.2 实验原料制备方法

使用锤子将凹凸棒矿石破碎成粗糙的粉末。然后将砸碎的凹土于100℃烘干，用球磨机磨碎成细粉末。然后取4 g NaOH溶于2 000 mL自来水，搅拌均匀。然后取500 g凹土加入到上述NaOH溶液，边搅拌边加入。然后用搅拌机搅拌40 min上述悬浊液，静置24 h。然后用2 mol/L的HCl溶液中和，pH试纸测试。然后将悬浊液于1500 r/min离心5 min，取上层悬浊液，弃去沉淀。然后将上述上层悬浊液于4 300 r/min离心7 min，弃去上清液，取离心后固体。然后将上述步骤中的固体于100℃烘干，用研钵磨碎，此粉末为粗选后的原料，装入密封塑料袋，存于干燥器中。

1.3 造粒与烧结方法

分别取3g MgCl2，CaCl2，CuSO4溶于40 mL自来水中，称取3份17 g的粗选后凹土于三种添加剂溶液，搅拌均匀。静置40 min。然后将上述混合液于100℃烘干，用研钵研磨成粉末。然后加入适量的水，手工练泥约2 h。然后练好泥后，取适量的泥，搓成直径约3～4 mm(国标0.5～2 mm，烘干和烧结后，颗粒都会收缩[5])的小球。将20 g泥全部搓成小球。技术要求：小球均匀对称，表面无裂痕。然后将泥球颗粒静置一段时间，使其相互不粘结。然后于80℃烘干，取1.5 g烧结。坩埚盛装放入电阻炉随炉升温至350℃，在350℃烧结一个小时，烧结后的小球直径为1.5～2 mm。

1.4 吸附速率和吸附量测试方法

吸湿速率按公式（2）计算：

2 结果与分析

2.1 蒙脱石对干燥材料凹凸棒的影响

烧结前样品颗粒很难烘干，未烘干的样品泥黄色，颜色较深，此时样品颗粒强度较差，颗粒不松散；造粒到烘干需要烘在烘箱80℃，4 h以上，烘干后样品颗粒偏白，颜色浅，强度较好；烧结后强度较好，颜色又转深色，显灰黑色；吸湿24 h后强度降低，颗粒膨胀，未见开裂。吸湿72 h后部分颗粒开裂，表面有可见水分，形状无法维持强度，无法测量抗压碎力。

如图1所示，样品中含有一些蒙脱石，蒙脱石吸水性极强，可以吸收几倍甚至十几倍自身体积的水分，吸湿后剧烈膨胀。由于膨胀倍数过大，导致样品颗粒结构破坏。

图1 凹凸棒粉末XRD衍射图Fig.1 XRD diffraction pattern of the Attapulgite powder

2.2 氯化镁、氯化钙、硫酸铜对凹凸棒吸湿性能影响的比较

为了找出最合适的无机盐，本实验做了一组对比试验，无机盐比例为15%，凹凸棒为85%。试验中提取结果的方式是静态吸附，即吸附剂与被吸附介质处于同一空间，而被吸附介质没有自上而下流过吸附剂的流动的吸附形式。

三种无机盐的结果如表1所示：吸湿速率都合格，静态水吸附量都不合格；MgCl2和CuSO4效果都不好，但是CaCl2最接近国标35%。因此这里得出结论CaCl2最好，可以作为第一添加剂。氯化钙可以与水反应生成二水合氯化钙和六水和氯化钙，由于生成的水合物表面毛细管吸附力的存在，使间隙饱和水蒸汽气压增加，促使化合物表面溶解形成饱和液滴，形成两次吸湿，达到吸湿效果。而硫酸铜的吸湿能力不强，吸湿量不够大，所以不满足要求。氯化镁吸湿能力强，但是吸湿量不够大，因此也不合适。

表1 实验结果Table1 Result of experiment

2.3 氯化钙的含量对凹凸棒吸湿性能的影响

为了找出最合适的CaCl2的比例，这里做了一组对比试验，CaCl2的含量分别为10%，14%，15%，17%，20%。

由图2可知：静态水吸附量的大小与CaCl2的比例呈抛物线趋势，在趋势图上可以看出，在一定范围内静态水吸附量出现一个峰值。静态水吸附量都低于国标，在含量为15%时，静态水吸附量接近国标，效果比较好。说明本文使用的凹凸棒矿石样品，CaCl2的比例为15%时效果最好。

图2 CaCl2的含量对凹凸棒静态水吸附量的影响Fig.2 Effect of CaCl2content on the static water adsorption capacity of the Attapulgite

图3 CaCl2的含量对凹凸棒吸湿速率的影响Fig.3 Effect of CaCl2content on the moisture absorption rate of the Attapulgite

由图3可知：吸湿速率与CaCl2的含量呈正比趋势，在趋势图上可以看到在一定范围内吸湿速率随CaCl2的含量增加而增加。吸湿速率都远远好于国标0.5%，在CaCl2的比例为15%时吸湿速率出现波动，说明CaCl2的比例为15%时吸湿剂与凹土的成分分布更合理。此时，样品的后期吸湿能力更持久。

2.4 硅酸钠的含量对凹凸棒吸湿性能的影响

由2.2可知CaCl2比例为15%静态水吸附量最好但不符合国标，吸附速率好并且达到国标，因此要在以后的试验中将增加静态水吸附量作为首选要求。所以下面的对比实验中将CaCl2比例设定为15%，将Na2SiO3的比例设为3%，4%，5%。

由图4可知：CaCl2比例为15%时，静态水吸附量与Na2SiO3的比例呈抛物线趋势，但影响不是很大，在一定范围内，静态水吸附量出现一个峰值。都低于国家标准，在Na2SiO3的比例为4%时，静态水吸附量最接近国标，效果最好。说明CaCl2含量为15%时，Na2SiO3的比例为4%比较好。

图4 CaCl2比例为15%时，Na2SiO3的含量对凹凸棒静态水吸附量的影响Fig.4 Effect of Na2SiO3content on the static water adsorption of the Attapulgite when the ratio of CaCl2is 15%

由图5可知：CaCl2比例为15%时，吸湿速率与Na2SiO3的比例的呈抛物线趋势，在一定范围内，吸湿速率有一个最差值，但都符合国家标准，在Na2SiO3的比例为4%时，效果最差。说明CaCl2比例为15%时，Na2SiO3的比例对吸湿速率没有严重的影响。

图5 CaCl2比例为15%时吸湿速率与Na2SiO3的比例的关系曲线Fig.5 The relationship curve of moisture absorption rate when the ratio of CaCl2is 15%

3 结论

CaCl2吸湿性能最好，可以作为本实验的吸湿剂，本文使用的的凹凸棒矿石样品，CaCl2的比例为15%时静态水吸附量最好，吸湿速率也较好，样品的后期吸湿能力更持久。CaCl2比例为15%时，Na2SiO3的比例为4%时静态水吸附量较好，Na2SiO3的比例对吸湿速率影响不大。样品颗粒损坏是由于杂质中含有蒙脱石，破坏颗粒结构。

［1］Bradley．The structure scheme of attapulgite[J]．Am Mineral,1940，25：405．［2］郑自立,宋绵新,易发成,等．中国坡缕石[M]．北京：地质出版社，1997.

［3］郑茂松,王爱勤,詹庚申．凹凸棒石黏土的应用研究[M]．北京：化学工业出版社，2007．

［4］郑淑琴,黄石,韩勇,钱东.凹凸棒土的性能及其应用[J].广州化工, 2010,38(5)5:82-84.

［5］陈天虎,王建,庆承松．热处理对凹凸棒石结构、形貌和表面性质的影响[J]．硅酸盐学报,2006,34(11)：1406-1410．

Study on Preparation of Hollow Glass Desiccant With Attapulgite

ZHAO Fei
（Anhui Qianghua Electric Power Project Test and Experiment Co.,Ltd.,Anhui Hefei 230000，China）

There is a large micro-pore network in attapulgite crystal,so it has very big specific surface area,its surface activity is very high,adsorption performance is exceptionally good.Because of the presence of a large number of channels in its crystal,it has big air volume,so it can be used as a dry agent.In this paper,the hygroscopic agent was added to improve the adsorption properties of attapulgite clay,and the adhesive was added to improve the sample resistance to crushing force.According to national standards,the particle size and sintering process were determined. Static water adsorption capacity,moisture absorption rate and anti-crushing force of the sample were measured by home-made instruments.The results show that:XRD diffraction patterns prove that the samples contain montmorillonite and palygorskite,these impurities can seriously affect the structure and anti-crushing force of the attapulgite moisture particles,expansion cracking can appear after moisture absorption.The sample after adding CaCl2has better hygroscopic effect than the samples after adding MgCl2and CuSO4,adding an appropriate amount of NaSiO3can improve the intensity of particles after the absorption,the difference of hygroscopic effect between purified attapulgite and non-purified attapulgite is not obvious.The suitable sintering temperature is 350℃,suitable sintering time is 1 h,the particle size is 2.5～3.0 mm.The most appropriate mass ratio is 81%attapulgite,15%CaCl2and 4%NaSiO3,static water adsorption capacity is 32.9%,moisture absorption rate is 1.06%.

Attapulgite;Desiccant;Hygroscopic property;Crystal structure

TQ 127

A

1671-0460（2017）03-0416-03

2016-11-01

赵飞（1989-），男，安徽省阜阳市人，助理工程师，2012年毕业于安徽工业大学材料科学与工程专业，研究方向：无损检测。E-mail：897689395@QQ.com。