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膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的非金屬礦產(chǎn),蒙脫石結(jié)構(gòu)是由兩個硅氧四面體夾一層鋁氧八面體組成的2:1型晶體結(jié)構(gòu),由于蒙脫石晶胞形成的層狀結(jié)構(gòu)存在某些陽離子,如Cu、Mg、Na、K等,且這些陽離子與蒙脫石晶胞的作用很不穩(wěn)定,易被其它陽離子交換,故具有較好的離子交換性。將膨潤土與標(biāo)準(zhǔn)砂(內(nèi)蒙通遼縣大林型砂廠產(chǎn))和水按一定比例混碾,形成粘土膜將砂粒包裹,制成標(biāo)準(zhǔn)試樣,測單位面積上所能承受的極限載荷,單位為kg/cm2。國外已在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)24個領(lǐng)域100多個部門中應(yīng)用,有300多個產(chǎn)品,因而人們稱之為“土”。
吸附是所有固體物質(zhì)存在的自然現(xiàn)象。我們將某些分子聚集在膨潤土表面的現(xiàn)象,稱為膨潤土的吸附作用。如果溶液中離子濃度過高會壓縮膨潤土顆粒雙電層,抑制膨潤土的分散和擴(kuò)散,甚至使膨潤土產(chǎn)生凝聚和聚結(jié)。這種吸附作用在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。如鉆井泥漿經(jīng)常利用膨潤土礦物的吸附特性來調(diào)整不同使用目的的泥漿參數(shù),如添加降濾失劑,就是通過高分子聚合物一端吸附在膨潤土顆粒表面,另一端溶于水使膨潤土顆粒和水分子之間產(chǎn)生了一種間接的聯(lián)系。形成了一種橋聯(lián)作用,減少了泥漿中的自由水,改變了泥漿的性能參數(shù),達(dá)到降低濾失率的目的。
膨潤土吸附可以分為物理吸附、化學(xué)吸附和離子交換吸附三種類型。
l)物理吸附。物理吸附是靠吸附劑與吸附質(zhì)之間分子間引力產(chǎn)生的,即我們常說的范德華力產(chǎn)生的。有機(jī)改性劑主要通過影響膨潤土的層間距值,層間距值越大,疏水性越好。物理吸附是一種可逆的吸附過程,吸附速度與脫附速度在一定條件下呈動態(tài)平衡。產(chǎn)生物理吸附的主要原因是膨潤土表面分子其有表面能。由于膨潤土在水中高度分散,物理吸附現(xiàn)象十分明顯。
2)化學(xué)吸附?;瘜W(xué)吸附是靠吸附劑與吸附質(zhì)之間的化學(xué)鍵力而產(chǎn)生的,化學(xué)吸附作用一般不可逆。膨潤土礦石質(zhì)量的一般工業(yè)要求以礦石中蒙脫石含量來衡量:邊界品位:≥40%。在鉆井泥漿中應(yīng)用化學(xué)處理劑就是化學(xué)吸附作用的典型例子,如鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽加入到膨潤土泥漿中就是利用鉻離子在膨潤土晶體的邊緣上發(fā)生整合吸附。這種化學(xué)吸附作用明顯比物理吸附作用要穩(wěn)定。因此用鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽處理的膨潤土泥漿具有較高的抗溫能力,可作為地?zé)岷统罹目垢邷啬酀{體系。
3)離子交換吸附。膨潤土礦物晶體一般帶負(fù)電荷,因此在膨潤土顆粒表面要吸附等當(dāng)量的相反電荷的陽離子。以往是以脫色率和脫色力表征膨潤土的吸附脫色能力,目前趨于以脫色力和比表面積來表征。吸附的陽離子可以和溶液中的陽離子發(fā)生交換作用,這種作用稱為離子交換吸附。離子交換吸附的特點(diǎn)是:同號離子相互交換,等電量相互交換。離子交換吸附的反應(yīng)是可逆的,吸附和脫附的速度受離子濃度的影響,這種影響符合質(zhì)量作用定律。
膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的非金屬礦產(chǎn),蒙脫石結(jié)構(gòu)是由兩個硅氧四面體夾一層鋁氧八面體組成的2:1型晶體結(jié)構(gòu),由于蒙脫石晶胞形成的層狀結(jié)構(gòu)存在某些陽離子,如Cu、Mg、Na、K等,且這些陽離子與蒙脫石晶胞的作用很不穩(wěn)定,易被其它陽離子交換,故具有較好的離子交換性。反應(yīng)環(huán)境包括介質(zhì)、有機(jī)改性劑的用量,反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、原土的狀態(tài)等。國外已在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)24個領(lǐng)域100多個部門中應(yīng)用,有300多個產(chǎn)品,因而人們稱之為“萬用之土”。
膨潤土也叫斑脫巖,皂土或膨土巖。我國開發(fā)使用膨潤土的歷史悠久,原來只是做為一種洗滌劑。(四川仁壽地區(qū)數(shù)百年前就有露天礦,當(dāng)?shù)厝朔Q膨潤土為土粉)。
其實膨潤土的主要礦物成分是蒙脫石,含量在85-90%,膨潤土的一些性質(zhì)也都是由蒙脫石所決定的。蒙脫石可呈各種顏色如黃綠、黃白、灰、白色等等。例如,由于其在有機(jī)介質(zhì)中具有良好的溶脹性、高分散性,可廣泛應(yīng)用于「涂料、鞋油、環(huán)保、油漆、石油鉆井、塑料、化妝品、鑄造、調(diào)稠劑、染色劑、高溫潤滑脂、納米復(fù)合材料」等行業(yè),是近年來行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)方向之一??梢猿芍旅軌K狀,也可為松散的土狀,用手指搓磨時有滑感,小塊體加水后體積脹大數(shù)倍至20-30倍,在水中呈懸浮狀,水少時呈糊狀。蒙脫石的性質(zhì)和它的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。
膨潤土礦石質(zhì)量的一般工業(yè)要求以礦石中蒙脫石含量來衡量: 邊界品位:≥40%; 工業(yè)平均品位:≥50%o 蒙脫石含量一般是用吸藍(lán)量換算。取鹽酸小蘗堿1g,溶于50mL加醇中,加入50mL水,攪均后,加膨潤土和酸性石膏粉9。即: M=B/K'100 式中M—膨潤土礦石中蒙脫石相對含量,%: B—吸藍(lán)量,毫克當(dāng)量/100克樣: K—換算系數(shù),150。 可采厚度:1-2m; 夾石剔除厚度:≥1m。