信阳低品位膨润土提质改性及其功能化研究

作     者：于媛媛 

作者单位：信阳师范学院 

学位级别：硕士

导师姓名：井强山

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：膨润土 提质改性 钻井液 悬浮剂 黏结剂 

摘      要：膨润土是一种重要的无机非金属材料,是人类社会最早利用的非金属矿之一,由于其具有吸水膨胀性、悬浮性、触变性和吸附性等诸多优良的性能,被广泛应用于石油化工、冶金、环保等行业。我国膨润土资源储量丰富,以钙基膨润土和低品位膨润土为主。此类膨润土的吸水性、分散性以及悬浮性等物理化学性质较差,限制了其在诸多领域的直接应用。因此,需要提高天然低品位膨润土的性能,进而拓展低品位膨润土的应用领域。本论文通过对信阳低品位膨润土的多种改性处理,成功制备了具有优良性能的改性膨润土,并探索其在钻井、悬浮和冶金领域中的应用。具体研究内容如下:(1)以信阳低品位膨润土为原料,采用半干法陈化改性制备了钠基膨润土。研究了改性剂NaCO用量和反应时间对改性钠基膨润土性能的影响,系统探讨了轻质Mg O、纤维素醚(CE)、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、聚丙烯酰胺(APAM)等四种增效剂用量对钻井用膨润土泥浆的黏度、虑失量及动塑比的影响规律,并用正交试验优选了增效剂。研究发现,当NaCO用量为2.5 wt.%、反应时间为1.5 h时,低品位膨润土钠化效果最好,其晶层间距由1.4918 nm减小至1.2690 nm,滤失量由89 m L降至31 m L。四种增效剂均未插入到膨润土层间,只是吸附在膨润土颗粒表面。正交实验结果表明,添加由1 wt.%Mg O-1 wt.%APAM组成的复合增效剂,改性膨润土能达到钻井用膨润土的技术要求,其Φ600为34 m Pa·s,滤失量为12m L。(2)采用湿法改性分别制备钠基膨润土和锂基膨润土,确定了最佳钠化和锂化工艺条件,探究了两种改性膨润土对水基涂料和快干型醇基涂料性能的影响。研究表明,经过钠化和锂化改性处理的膨润土的层间距显著减小,由1.4918 nm分别减小至1.2987 nm和1.3541 nm;改性膨润土颗粒表面鳞片状薄片增多,具备钠基和锂基膨润土的显著特征。将改性膨润土分别作为水基涂料和快干型醇基涂料的悬浮剂,明显改善了涂料悬浮性、黏度和涂刷性能。(3)通过实验探究,选用NaCO为改性剂,采用先挤压后陈化的方法提升了钠基膨润土的吸水率,明确了最佳工艺条件,制备了2 h吸水率为397%的钠基膨润土。将其与CMC-Na黏结剂复合使用,能显著提升球团质量,添加4 wt.%钠基膨润土-0.2 wt.%CMC-Na比例的复合黏结剂可满足生产要求。通过优化黏结剂配比,进一步明确了符合球团生产要求的钠基膨润土用量可低至3 wt.%。