[发明专利]锂化改性膨润土在铸造干型粘土砂中的使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂化改性膨润土的新用途，更具体地说是涉及一种锂化改性膨润土在铸造干型粘土砂中的使用方法。

背景技术

膨润土的主要矿物组成为蒙脱石，此外为伴生的杂质。蒙脱石的晶体结构由两层硅氧四面体晶片中间夹一层铝氧八面体晶片组成，属2:1型层状硅酸盐矿物。其理论化学式为Na_x(H₂O)₄{Al₂[AlxSi_4-xO₁₀](OH)₂}，半个晶胞中总阴离子电荷[O₁₀(OH)₂]为22，八面体中存在的阳离子数为2，四面体中存在的阳离子数为4，如图1所示。一般硅氧四面体和(或)铝氧八面体中存在如Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Al³⁺等阳离子类质同象置换，当置换阳离子为低价时，使结构增加等当量的负电荷，由层间吸附阳离子补偿。由于矿体产出的地质环境不同，层间吸附的阳离子和四面体、八面体的类质同象置换，可有很大不同，因而蒙脱石的化学成分变化也较大。蒙脱石晶层间阳离子与晶体格架间形成电偶极子，加上蒙脱石晶层之间结合力较弱，能吸附极性水分子，根据阳离子种类及相对湿度，层间能吸附一层或两层水分子。另外，在蒙脱石晶粒表面也吸附了一定的水分子，结构水以OH基形式存在于晶格中。蒙脱石晶格内阳离子置换这一构造特性决定了蒙脱石一系列重要性质，如阳离子交换性、膨胀性、吸附性、分散性、流变性、可塑性、粘结性、胶体性、触变性、耐火性、润滑性等。

铸造用膨润土主要有钠基膨润土和钙膨润土两类，钠基膨润土是由天然钠基膨润土或人工钠基膨润土加工而成，以其复用性好和湿压强度高而受到铸造行业的欢迎。因具有良好的可塑性，可遏止铸件夹砂、结疤、掉块、砂型塌方等现象加之成型性强、型腔强度高，便于铸造行业制作湿态或干态型模，生产成本低，是铸件生产首选的型砂粘结剂。然而，我国开采的膨润土几乎都属于钙膨润土，根据粘土的阳离子交换性质，可进行适当地处理，使之转化为钠基膨润土，从而提高其粘结性能和抗夹砂能力。例如，用适量的钠盐(如碳酸钠、俗称苏打)对钙基膨润土进行处理，可使吸附的钙离子被钠离子所替代，这种离子交换过程，通常称为膨润土的活化处理，加入的钠盐称为活化剂。这一过程的化学反应机理简单示意如下：

活化剂Na₂CO₃在水中完全电离为Na⁺和碳酸根离子，使溶液中Na⁺浓度增加，根据化学反应的质量作用定律，Na⁺就逐步将钙基膨润土中的Ca²⁺替换出来。此时，溶液中Na⁺进入胶团的扩散层，与原先吸附的Ca²⁺相交换。活化处理后的钙基膨润土与天然钠基膨润土的性能相近，上述方法是目前铸造生产常用的粘土活化处理。

在粘土的活化处理中，锂化膨润土的性能比钠化膨润土显示出更好的性能，将可交换离子高的钙基膨润土进行处理，可以使吸附的钙离子被锂离子所替代，这一过程的化学反应过程简单表述如下：

改性剂Li₂CO₃在水中完全电离为Li⁺和碳酸根离子使溶液中Li⁺浓度增加.根据化学反应的质量作用定律.Li⁺就逐步把钙基膨润土中的Ca²⁺替换出来。溶液中Li⁺进人胶团的扩散层甚至吸附层.与原先吸附的Ca²⁺相交换由钙基膨润土变为锂基改性膨润土。目前，把锂基膨润土应用在型砂中尚未见诸报道。但随着铸造技术的发展，人们对铸件质量的要求越来越高，因此尝试用锂基膨润土代替或部分代替现用的钠基或钙基膨润土来提高型砂的质量无疑是一种新的思路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是将钙基膨润土用经过锂化改性的锂化膨润土取代，将锂化膨润土应用于铸造生产的干型粘土砂的准备过程，从而使干型粘土砂获得更好的综合性能。