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膨润土在生态环境建设中的创新应用

[发布时间:2018-08-01 22:25:36 ][阅读次数:552次]

我国膨润土资源丰富,储量世界第一,是优势矿产资源。

膨润土概述

膨润土具有离子交换性、吸水性、膨胀性、触变性、粘结性、吸附性等一系列特性,有“万能黏土”的美称,我国已有上千种产品,广泛应用在很多领域。但是,我国膨润土产品结构不尽合理(主要以传统产品为主,技术含量低、产品档次低),新产品新应用的技术创新缺乏,优势资源未能高效利用,探索、寻找膨润土产业新的发展机遇非常必要。我国能源和环境压力持续加大,面临着以高碳能源结构、高污染产业结构与绿色、低碳发展迫切需求之间的巨大矛盾,积极发展低碳技术和绿色、环保技术具有重要意义。

膨润土是天然非金属矿产,加工简单,使用寿命长,是低碳型材料和环境友好型材料,在发展生态利用技术方面前景广阔,发展生态利用技术对促进膨润土产品结构调整、促进优势资源的高效利用具有重要作用。其中,膨润土在替代有机防渗材料、预防水体富营养化,在铁矿球团、饲料、污水净化中的应用属于生态利用,其技术创新值得重视。

膨润土生态利用技术创新

(1)膨润土替代有机防渗材料的技术创新

防渗是水利水电工程、桥梁隧道、城市水系、城市建筑、垃圾填埋等大型工程设施建设的重要措施,随着我国基础设施建设的快速发展,安全可靠的防渗技术和防渗材料具有很大的市场需求。

目前工程使用的防渗材料主要是土工膜,由聚乙烯材料制成,它虽然应用成熟、防渗性好、施工简便、价格低廉,但它是一种高碳型材料,工程过期后材料难以降解。

膨润土作为天然矿产,是环境友好材料,具有优异的防渗性、耐久性,能够永久防渗。目前用膨润土制作的防水毯是一种新型的土工合成材料,有广阔的发展前景,但由于处于发展初期,还有许多不足之处,如生产工艺较难、价格偏贵、尚无比较完整的测试标准和技术规范、施工方法也在摸索之中等。为此,进一步优化膨润土使用技术,完善防水毯的使用形式,实现膨润土直接使用、防渗工程的自动化施工和材料工程一体化是技术创新重点。

(2)膨润土预防水体富营养化的技术创新

水体富营养化是一项世界性环境问题,我国江河湖泊富营养化严重,其中化肥、农药随雨水流入水体,是水体富营养化的重要原因。

我国是化肥、农药的生产和使用大国,目前化肥年产量3600万t(纯养分),化肥施入土壤后,大部分养分随降雨流失于水体(氮肥流失约65%~70%),因此减少养分流失是控制水体富营养化的重要手段。为此,有人研究用树脂、塑料、硫磺等薄膜包覆化肥技术,控制肥料中养分的释放,减少肥料在土壤中的损失,但存在包膜工艺复杂,包膜化肥成本高等问题(价格是一般常规肥料的2.5~8倍),难以实现应用。

膨润土具有良好的粘结性、吸附性,来源广,价格低廉,可作为包膜化肥的天然材料,能够减少肥料的流失,控制肥料养分的释放,提高肥料的利用率,起到改良土壤、促进作物增产的效果。

为此,突破膨润土矿物包膜技术与化肥、农药制造技术的集成,生产矿物复合化肥、农药是技术创新重点。

(3)铁矿球团用膨润土的技术创新

我国是铁矿石的消费大国,近年的年需求量在7亿t以上(2008年需求量约7.5亿t,2009年需求量约8.8亿t),其中约80%为粉矿,必须经过造球后才能供高炉使用,膨润土是造球的粘结剂。

膨润土作为球团粘结剂,对冶炼过程会产生积极和消极两方面影响,一方面它把粉矿粘结成球团,并达到一定强度,满足冶炼要求;另一方面它的添加会导致球团铁品位降低,冶炼渣增加,影响炉容,增加热耗,增加成本等。因此在满足球团强度的前提下,要尽量降低膨润土添加量,为此对膨润土的粘结性能提出技术需求。

目前,我国球团矿中的膨润土添加量约为2%~3%,国外先进水平的添加量约为0.5%,从节约资源和节约能源考虑,应该进一步提高膨润土的粘结性能,降低球团矿中膨润土的用量。

(4)饲料添加剂用膨润土的技术创新

我国饲料工业发展迅速,目前全国饲料工业产品的年总产量约为1.3亿t,连续多年位居世界第二。饲料品质影响动物生长,高品质肉、蛋、鱼、奶与人民健康密切相关,其中膨润土作为饲料添加剂,对提高饲料品质有重要作用。

膨润土的吸附性、膨胀性、分散性和润滑性,能提高饲料的适口性和改进饲料的松散性,延缓饲料消化时间,加强消化吸收作用,吸附、减少有害物质的影响;另外膨润土含有多种有益矿物质和微量元素,具有一定的营养价值、预防及医疗作用。

俄罗斯科学联合公司研究结果表明,在乳牛饲料中添加4%的膨润土,可提高产奶量9%~15.5%,并使钙、铁、铜、锰、锌的利用率得到改善。辽宁师范学院研究结果表明,在肉鸡饲料中添加2%~3%的膨润土,使肉鸡平均增重8%,成活率提高6%,产蛋率提高9.2%。

美国、日本、意大利等国的膨润土添加剂技术已经实现产业化,每年膨润土添加剂达1000万t以上,国内膨润土添加剂的研究还处于起步阶段,应加强机理研究,寻找最适宜的膨润土和配方,加强应用技术研究,打破不同领域的壁垒,扩大在畜牧饲料行业的应用。

(5)污水净化用膨润土的技术创新

我国水污染严重,城市污水处理率仅约为40%,污水量大、水质复杂,是主要污染源之一。膨润土具有良好的吸附性、离子交换性,用作污水处理剂能吸附污染物,可为污水处理开辟一条新途径。

膨润土作为污水处理剂在欧美等许多国家已有应用,美国Biomin公司生产的污水处理剂,就是用膨润土、沸石、硅藻土、羟基磷酸钙、煤等配制成吸附剂,达到了经济有效处理污水的目的。

国内也开展了相应的研究工作,主要研究了膨润土对印染废水、金属离子废水、造纸废水、油污废水的吸附等,但国内主要停留在研究阶段,未见有应用报道,其中一个关键难点是应用困难。膨润土易于水化,呈悬浮微粒,使用后难与废水分离,造成应用困难。有人采用磁性膨润土、烧结膨润土颗粒、膨润土织物等方法进行了研究,但都没有很好地解决问题。

总结

膨润土作为低碳、环境友好型材料,其在生态利用方面潜力巨大,虽然已取得很多的成果,但尚需进一步研究其应用技术,探寻膨润土新的应用领域,解决应用中存在的问题。膨润土的技术创新应与大产业的发展需要和膨润土生态利用相结合,重点突破应用技术。

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