信阳低品位膨润土提质改性及其功能化研究.pdf

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

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轻质MgO、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2.5wt.%、反应时间为1.5h

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时，低品位膨润土钠化效果最好，其晶层间距由1.4918nm减小至1.2690nm，滤失

量由89mL降至31mL。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1wt.%MgO-1wt.%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34mPa·s，滤失量为12

mL。

（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1.4918nm分别

减小至1.2987nm和1.3541nm；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

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钠基膨润土的吸水率，明确了最佳工艺条件，制备了2h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4wt.%钠基膨润

土-0.2wt.%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3wt.%。

I

关键词：膨润土；提质改性；钻井液；悬浮剂；黏结剂

II

Abstract

Bentoniteisanimportantinorganicnon-metallicmaterial,whichisamongstthe

earliestnon-metallicmineralsusedbyhumansociety.Becauseofitsexcellentproperties

suchaswaterabsorptionexpansion,suspension,thixotropy,andadsorption,itiswidely

usedinthepetrochemicalindustry,metallurgy,environmentalprotection,andother

industries.Thereareabundantbentoniteresourcesoverourcontrary,mainlyincluding

calciumbentoniteandlow-gradebentonite.Thesebentonitesarealwayswithunsatisfied

physicalandchemicalproperties,such