王　鴿

（湖北中非膨潤(rùn)土有限公司，湖北 鄂州　436061）

貓砂用膨潤(rùn)土的試驗(yàn)研究

王鴿

（湖北中非膨潤(rùn)土有限公司，湖北 鄂州436061）

以湖北鄂州鈣基膨潤(rùn)土為原料，對(duì)其在貓砂用膨潤(rùn)土方面的應(yīng)用進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：湖北膨潤(rùn)土在最佳鈉化條件下，經(jīng)特殊的造粒設(shè)備改性造粒后，干燥，分級(jí)，篩分，膨潤(rùn)土結(jié)塊性能有很大地提高，可以滿足貓砂用膨潤(rùn)土指標(biāo)。為湖北膨潤(rùn)土生產(chǎn)貓砂用膨潤(rùn)土奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

膨潤(rùn)土；鈉化改性；貓砂

貓砂，俗稱寵物墊土，用以排除家養(yǎng)寵物如貓、狗等糞便及其異味，從而保持居室衛(wèi)生的一種無(wú)機(jī)吸附材料。寵物墊土還用來(lái)鋪墊飼養(yǎng)場(chǎng)的禽畜圈舍，以改善衛(wèi)生條件，減少禽畜疾病，提高出欄率[1]。

可用作寵物墊土貓砂的非金屬礦有海泡石、膨潤(rùn)土、硅藻土、凹凸棒石等。各國(guó)在開(kāi)發(fā)該產(chǎn)品時(shí)，都與當(dāng)?shù)氐馁Y源條件相結(jié)合，例如：西班牙，有豐富的海泡石，便以海泡石作為原料生產(chǎn)貓砂。西班牙最大的海泡石生產(chǎn)商TOLSA公司，年產(chǎn)海泡石產(chǎn)品51.5萬(wàn)t，其中貓砂35.3萬(wàn)t，占68.54%。歐洲70%以上的海泡石用于作貓砂[2]。丹麥有豐富的moler型硅藻土，便用硅藻土作貓砂。印度西北海岸的卡其，有一種比較硬的膨潤(rùn)土，也用來(lái)作貓砂。據(jù)報(bào)道，西方發(fā)達(dá)國(guó)家每年消耗寵物墊土數(shù)十萬(wàn)噸。近年來(lái)，隨著我國(guó)人民生活水平的提高，城市民居高樓化、花園化，家養(yǎng)寵物墊土的使用越來(lái)越多；一些現(xiàn)代化養(yǎng)殖場(chǎng)，為了保證禽畜健康無(wú)病,提高肉食的衛(wèi)生質(zhì)量，也使用墊土[3]。由此可見(jiàn)，寵物墊土的市場(chǎng)潛力，將越來(lái)越大。

目前，市場(chǎng)上銷售的貓砂種類很多，有普通貓砂、結(jié)團(tuán)型貓砂、水晶貓砂、木粉貓砂[4]和紙屑貓砂五大類，其中，不乏使用效果比較好的產(chǎn)品，適用于市場(chǎng)推廣，但也有種種缺點(diǎn)限制其廣泛使用性。價(jià)格便宜的，效果不好；效果好的，可能價(jià)格太貴，不宜長(zhǎng)期使用。

膨潤(rùn)土貓砂是目前使用最普遍的貓砂，以膨潤(rùn)土為主要成分，俗稱結(jié)團(tuán)型貓砂，外觀白色或灰白色的小顆粒。使用時(shí)，強(qiáng)吸濕性的膨潤(rùn)土貓砂產(chǎn)品很快吸干糞便里的水分，結(jié)成一個(gè)大硬團(tuán)。在清理貓砂時(shí)，用帶漏孔的貓砂鏟鏟出這些大大小小的硬團(tuán)扔掉就可以了。隨著貓砂的消耗，補(bǔ)充即可，亦不需全盆放棄，而且滿足貓砂用膨潤(rùn)土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1。

1　鈉化改性及造粒機(jī)理

1.1鈉化改性

由于粘土對(duì)Ca2+的吸附能力大于對(duì)Na+的吸附能力，所以自然界大多數(shù)膨潤(rùn)土是鈣基膨潤(rùn)土。當(dāng)膨潤(rùn)土—水體系中同時(shí)含有Ca2+和Na+時(shí)，就會(huì)發(fā)生如下離子交換平衡：

表1　膨潤(rùn)土貓砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

影響平衡移動(dòng)方向的因素有陽(yáng)離子的相對(duì)濃度和體系的化學(xué)環(huán)境。鈣基膨潤(rùn)土在水中以結(jié)晶集合體的狀態(tài)存在，只有表面被鈉化，而被鈉化的表面形成一層厚1.5mm左右的隔水膜，包裹著顆粒內(nèi)部未鈉化的鈣土。如果這一層鈉化膜不能及時(shí)剝離掉，就會(huì)影響里層的鈉化，導(dǎo)致“夾生”現(xiàn)象和大量未反應(yīng)的游離碳酸鈉存在，二者對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和性能都有不利的影響。因此，鈉化反應(yīng)是否能夠完全，關(guān)鍵在于鈉化方法和條件，也就是所用的改性設(shè)備和工藝。

1.2造粒機(jī)理

試驗(yàn)采用濕法造粒，起初加進(jìn)的濕物料是分散而松散的小微粒，這些小微粒在加水及攪拌的初期便形成細(xì)粒的核心，而形成這類核心的動(dòng)力是液體的表面張力，物系總表面能的下降以及汽液表面的減少，核心由很細(xì)的粉末形成，并可視具體情況將團(tuán)粒直徑增大至1～2mm，核心形成以后，影響力度變化的主要因素有進(jìn)料粉末的粒度、固體性質(zhì)、液體表面張力、粘度以及生產(chǎn)方式。

2　試驗(yàn)部分

2.1試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)采用的是湖北鄂州二級(jí)膨潤(rùn)土礦，該礦產(chǎn)于安山巖系中，是由珍珠巖蝕變而成的鈣基膨潤(rùn)土，原礦通過(guò)顯微鏡觀察，同時(shí)結(jié)合XRD分析可知：蒙脫石晶層間距d(001)為1.4725nm，屬較典型鈣基膨潤(rùn)土。原礦礦物組成為：蒙脫石85%、石英2%、斜長(zhǎng)石4%、黑云母5%、赤(褐，磁)鐵礦3%、其他<1%。試樣礦物主要成分為蒙脫石，次要礦物為金色黑云母，石英，少量蝕褐鐵礦和赤鐵礦，該類礦石為土狀結(jié)構(gòu)，松散的塊狀構(gòu)造，礦石有滑感，蠟狀光澤，質(zhì)地細(xì)膩，容易破碎，蒙脫石含量為80%～90%。

通過(guò)測(cè)試，該礦石的化學(xué)成分分析結(jié)果(%)為：SiO262.63、Al2O316.31、TFe2O32.55、MgO 3.95、CaO 2.06、Na2O 0.46、K2O 0.73、TiO20.54、P2O50.04、MnO 0.09、S 0.01、LOI 10.45?？梢钥闯觯V樣的CaO與MgO含量均高于Na2O和K2O，呈現(xiàn)鈣基膨潤(rùn)土的特征。

通過(guò)分析原礦的吸藍(lán)量、膠質(zhì)價(jià)、膨脹容等性能，可以判斷礦樣蒙脫石含量和屬型。對(duì)礦樣進(jìn)行各性能指標(biāo)測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2試驗(yàn)方法

貓砂用膨潤(rùn)土生產(chǎn)過(guò)程不同于球團(tuán)、鑄造用膨潤(rùn)土，其生產(chǎn)過(guò)程比較復(fù)雜，分為改性、造粒、干燥、分級(jí)等幾個(gè)方面。由于原礦技術(shù)指標(biāo)不能達(dá)到貓砂用膨潤(rùn)土標(biāo)準(zhǔn)，不能用原礦直接生產(chǎn)貓砂用膨潤(rùn)土產(chǎn)品?？紤]通過(guò)兩個(gè)不同階段生產(chǎn)貓砂用膨潤(rùn)土：①通過(guò)鈉化改性，增加膨潤(rùn)土中交換陽(yáng)離子的數(shù)量，以使原土溶于水后增加親水基團(tuán)數(shù)目，從而有效提高其吸水率和結(jié)塊強(qiáng)度；②通過(guò)加水碾壓進(jìn)行濕法造粒，提高粒度均勻性和顆粒的機(jī)械性能。

表2　原礦各性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)步驟如下：先通過(guò)手選除去巖石碎屑及大顆粒的石塊，再晾曬破碎至15mm以下，水分約15%，加堿、加水碾壓一定時(shí)間后，經(jīng)干燥烘干處理，再經(jīng)過(guò)分級(jí)篩分成貓砂成品包裝即可。

2.3分析測(cè)試方法

2.3.1吸水率的測(cè)定

根據(jù)GB/T20973-2007《多孔板法提供的新吸水率測(cè)試方法》，其具體測(cè)試步驟為：把多孔陶瓷板放入玻璃容器中，用蒸餾水浸沒(méi)，使多孔陶瓷板浸透。試驗(yàn)時(shí)始終保持使多孔陶瓷板上表面高出水面6±1mm，并使玻璃容器和水溫度穩(wěn)定在20±2℃。

將濾紙兩張放在蒸餾水中浸漬30s，使其吸水飽和，然后放在多孔陶瓷板上平衡水分60min后，分別稱量該濾紙。

稱取兩份5±0.01g已在105±3℃溫度下烘干恒重的膨潤(rùn)土，分別均勻地撒在兩張濕濾紙上，膨潤(rùn)土的散布直徑約9cm。

將濾紙和膨潤(rùn)土對(duì)稱放置在多孔陶瓷板上(注意不要重疊)，蓋上玻璃容器蓋。靜置2h后，用鑷子和鏟刀仔細(xì)取出濕濾紙和濕膨潤(rùn)土，在天平上稱量。

膨潤(rùn)土的吸水率按公式(1)計(jì)算：

式中：Wa——吸水率，%；

W ——濕濾紙和濕膨潤(rùn)土質(zhì)量，g；

W0——濕濾紙質(zhì)量，g；

m ——干膨潤(rùn)土試樣質(zhì)量，g。

2.3.2堆積密度

稱取50.0±0.1g試樣，分4次加入到清潔、干燥的100mL量筒中，每次加入后均在鋪有膠皮的試驗(yàn)臺(tái)上振動(dòng)至體積不變。振動(dòng)方法：將量筒提起約10cm，然后使其自然落在試驗(yàn)臺(tái)上，每次提起的同時(shí)需旋轉(zhuǎn)量筒。

堆積密度ω7，按公式(2)計(jì)算：

式中：ω7——堆積密度，g/cm3；

V ——振動(dòng)后試樣的體積，mL。

取平行測(cè)定結(jié)果的算術(shù)平均值為測(cè)定結(jié)果；兩次平行測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)差值≤0.05g/mL。

2.3.3結(jié)塊形狀和結(jié)塊強(qiáng)度

將1kg膨潤(rùn)土貓砂平鋪于25cm×12cm×8cm(長(zhǎng)×寬×高)容器中；從2.5cm的高度，在4～5s的時(shí)間內(nèi)，將10mL 1%NaCl溶液加入到膨潤(rùn)土貓砂中；10s后，倒出結(jié)塊試塊，觀察結(jié)塊形狀并記錄。讓試塊從15cm高度自由落下，記錄試塊破碎時(shí)落下的次數(shù)，該次數(shù)即為結(jié)塊強(qiáng)度。

3　試驗(yàn)結(jié)果與討論

吸水率、結(jié)塊形狀及結(jié)塊強(qiáng)度都是表征貓砂用膨潤(rùn)土質(zhì)量指標(biāo)的參數(shù)。吸水率低，貓砂產(chǎn)品粘結(jié)性差，不易結(jié)團(tuán)；結(jié)塊形狀不規(guī)則，使用率低；結(jié)塊強(qiáng)度不高，使用后用普通工具不易清理，容易解散，還會(huì)影響后期使用，長(zhǎng)此以往，對(duì)環(huán)境造成一定的污染；吸水率越高，結(jié)塊形狀和結(jié)塊強(qiáng)度越好，貓砂使用效果越好，越利于膨潤(rùn)土貓砂市場(chǎng)的拓展。

本試驗(yàn)采用碾壓設(shè)備對(duì)原料進(jìn)行碾壓改性，此設(shè)備不同于擠壓對(duì)輥設(shè)備，其特殊的構(gòu)造決定它造粒的強(qiáng)操作性。

3.1加堿量對(duì)鈉化效果的影響

固定加水量為24%，碾壓時(shí)間為10min，產(chǎn)品分級(jí)粒徑為0.6～2.0mm，考察加堿量為貓砂產(chǎn)品鈉化效果的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　加堿量對(duì)鈉化效果的影響

加堿量對(duì)鈉化效果有一定的影響，隨著加堿量的增加，堆積密度呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，結(jié)塊強(qiáng)度也逐漸減小?？赡苁怯捎诩訅A量增加，鈉化充分，吸水速度變慢，吸水后貓砂產(chǎn)品吸收水分來(lái)不及膨脹，從而出現(xiàn)結(jié)塊較軟，結(jié)塊強(qiáng)度不高。由表3可以看出，加堿量為2.0%時(shí)，鈉化效果好，貓砂用膨潤(rùn)土各指標(biāo)基本達(dá)標(biāo)，因此，固定鈉化加堿量為2.0%。

3.2加水量對(duì)造粒效果的影響

控制造粒過(guò)程的關(guān)鍵因素是球化期間自由水的總含量，如果造粒過(guò)程中給粉料粒中混有能與注入液體相結(jié)合的物料，那么在計(jì)算時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加操作過(guò)程中所需的液體量。在貓砂造粒時(shí)，因給料中含有膨潤(rùn)土，所以造粒中加水量的控制一定要尋找一個(gè)最佳點(diǎn)，加水過(guò)多，造粒效果不明顯，顆粒強(qiáng)度不高，所造顆粒也不致密；加水過(guò)少，造粒產(chǎn)量低，顆粒容易散，結(jié)塊強(qiáng)度也不高。固定加堿量為2.0%，碾壓時(shí)間為10min，產(chǎn)品分級(jí)粒徑為0.6～2.0mm，考察加水量為貓砂產(chǎn)品鈉化效果的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　加水量對(duì)造粒效果的影響

由表4可以看出，加水量在24%時(shí)，造球效果較好，結(jié)塊強(qiáng)度、堆積密度都得到提高。因此，選擇加水量為24%。

3.3碾壓時(shí)間對(duì)造粒效果的影響

固定加堿量為2.0%，鈉化加水量24%，產(chǎn)品分級(jí)粒徑為0.6～2.0mm，分析碾壓時(shí)間對(duì)造粒效果的影響，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5　碾壓時(shí)間對(duì)造粒效果的影響

碾壓時(shí)間的控制是粒度增大，顆粒生長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?，隨著碾壓時(shí)間的增加，起初小微粒形成顆粒的核心，再由兩個(gè)或兩個(gè)以上的離子通過(guò)粘結(jié)劑形成的“液橋”團(tuán)聚在一起形成大粒子，被粘結(jié)劑浸潤(rùn)的粒子與周圍粒子發(fā)生碰撞，從而粘附在一起。由表5可以看出，隨碾壓時(shí)間的增加，2h吸水率呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，但堆積密度和結(jié)塊強(qiáng)度降低。碾壓時(shí)間為15min時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)均表現(xiàn)良好。因此，為提高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，選擇碾壓時(shí)間為15min。

3.4分級(jí)粒徑對(duì)貓砂質(zhì)量影響

貓砂半成品制作完成后采用實(shí)驗(yàn)室105℃烘箱進(jìn)行烘干處理，考察分級(jí)粒徑對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)的影響，見(jiàn)表6。

表6　分級(jí)粒徑對(duì)貓砂產(chǎn)品的影響

不同分級(jí)粒徑對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)也有一定的影響，隨著分級(jí)粒徑增大，各指標(biāo)測(cè)試結(jié)果趨于變差，表現(xiàn)最為突出的是結(jié)塊強(qiáng)度。分級(jí)粒徑變大，試樣中大顆粒相對(duì)較多，堆積時(shí)，各顆粒間存在一定的縫隙，當(dāng)?shù)谷胴埬蚝螅后w順著縫隙滲入容器底部，結(jié)塊強(qiáng)度呈現(xiàn)球形或半球形，但由于大顆粒未來(lái)得及膨脹吸水，故結(jié)塊強(qiáng)度變差。鑒于以上數(shù)據(jù)分析及產(chǎn)量考慮，選擇后期分級(jí)粒徑為0.6～3.0mm。

4　結(jié)論

湖北鄂州鈣基膨潤(rùn)土鈉化生產(chǎn)貓砂墊土的工藝過(guò)程，既克服了化工試劑對(duì)寵物的傷害，又對(duì)空氣環(huán)境、居住環(huán)境污染問(wèn)題提供了很好的解決措施。以膨潤(rùn)土為原料生產(chǎn)的結(jié)團(tuán)型貓砂，結(jié)塊強(qiáng)度好，易于清理，為家養(yǎng)寵物家庭帶來(lái)便利。

本研究生產(chǎn)的貓砂產(chǎn)品，質(zhì)量穩(wěn)定，能很好適應(yīng)于寵物，相對(duì)其他寵物墊土，成本較低。生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，能耗較低，屬于綠色環(huán)保型生產(chǎn)工藝。

本次試驗(yàn)鈉化改性優(yōu)化了原土物化性能，并取得良好效果，為該地區(qū)貓砂用膨潤(rùn)土開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了試驗(yàn)依據(jù)，也為今后工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐奠定了基礎(chǔ)。

[1]韓成林.寵物墊土研制[J].非金屬礦,2002,25(6):28-29.

[2]漧于.我國(guó)貓砂的研制與生產(chǎn)[J].非金屬礦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,2004(4): 5.

[3]蘇永學(xué),李育民,錢(qián)樹(shù)德.貓砂的造粒方法及設(shè)備[J].化工裝備技術(shù),1999,20(3):19-22.

[4]孫忠,楊秀雙.新一代環(huán)保型寵物墊圈顆?！局曝埳把兄芠J].非金屬礦,2003,26(3):20-22.

Experimentally Study on Cat Litter of Bentonite

WANG Ge
(Hubei Zhongfei Bentonite Co., Ltd., Ezhou 436061, China)

The Ca-bentonite from Ezhou was used as raw material and study experimentally in the cat litter areas. Hubei bentonite was used the special granulation equipment in the best Na-activation condition after modification granulation. Drying, grade screeing, the caking performance with bentonite is greatly improved, it can satisfy product index of cat litter. Then laid a solid foundation for production cat litter Heibei bentonite.

bentonite; Na-activation conversion; cat litter

P619.255；TD985

A

1007-9386(2016)03-0014-03

2015-06-04