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膨潤(rùn)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(lèi)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(shuō)的范德華力產(chǎn)生的。物理吸附是一種可逆的吸附過(guò)程,吸附速度與脫附速度在一定條件下呈動(dòng)態(tài)平衡。產(chǎn)生物理吸附的主要原因是膨潤(rùn)土表面分子其有表面能。由于膨潤(rùn)土在水中高度分散,物理吸附現(xiàn)象十分明顯。實(shí)際上,動(dòng)物非常缺乏某種成分時(shí),可能是天性使然,它們會(huì)努力尋找一些富含這些成分的東西來(lái)吃。
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。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(rùn)土泥漿中就是利用鉻離子在膨潤(rùn)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(rùn)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。在水介質(zhì)中能分散成膠凝狀和懸浮狀,這種介質(zhì)溶液具有一定的黏滯性、觸變性和潤(rùn)滑性。
3)離子交換吸附。膨潤(rùn)土礦物晶體一般帶負(fù)電荷,因此在膨潤(rùn)土顆粒表面要吸附等當(dāng)量的相反電荷的陽(yáng)離子。吸附的陽(yáng)離子可以和溶液中的陽(yáng)離子發(fā)生交換作用,這種作用稱(chēng)為離子交換吸附。離子交換吸附的特點(diǎn)是:同號(hào)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。我國(guó)大部分膨潤(rùn)土礦以生產(chǎn)鈣基膨潤(rùn)土為主,鈣基膨潤(rùn)土比鈉基膨潤(rùn)土便宜,而且容易到手,所以我們?cè)谌怆u和蛋雞試驗(yàn)上,都用的是鈣基土。
膨潤(rùn)土遇水就膨脹,這種自然現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是膨潤(rùn)土礦物晶層間距加大,水分子進(jìn)入了礦物的晶層,另外引起膨潤(rùn)土膨脹的原因還有膨潤(rùn)土礦物的陽(yáng)離子交換作用。膨脹性與膨潤(rùn)土的屬性和蒙脫石含量關(guān)系極大,鈉質(zhì)膨潤(rùn)土的膨脹性明顯比鈣質(zhì)膨潤(rùn)土要強(qiáng),另外純度較高、蒙脫石含量高的膨潤(rùn)土的膨脹性要強(qiáng)。因此,在實(shí)際應(yīng)用時(shí),如果我們主要想利用膨潤(rùn)土礦物的膨脹性,那么我們?cè)诳紤]膨潤(rùn)土礦物的種類(lèi)時(shí)首先要選擇鈉質(zhì)膨潤(rùn)土礦,其次要考慮蒙脫石含量高的鈉質(zhì)膨潤(rùn)土。在機(jī)械鑄造和鐵礦球團(tuán)工作中,對(duì)膨脹性要求較高。大量的鈣質(zhì)膨潤(rùn)土質(zhì),達(dá)不到使用要求,因此在使用前需要對(duì)鈣質(zhì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性處理。鈉基膨潤(rùn)土的最的大特點(diǎn)是它的吸水性和膨脹性(是其本身體積的很多倍)。
膨潤(rùn)土由于在水相中能形成分散良好的懸浮液,因而可以用作一些助劑在水相中的穩(wěn)定劑。
美國(guó)一項(xiàng)報(bào)道了膨潤(rùn)土在施膠中的應(yīng)用,其將反應(yīng)性施膠劑加入膨潤(rùn)土的懸浮液中,從而可以少用甚至不用表面活性劑,施膠劑受分散在水中的膨潤(rùn)土的影響,具有較好的分散性和穩(wěn)定性。這種膠料懸浮液可用作造紙過(guò)程內(nèi)部或外部的施膠。
以膨潤(rùn)土代替表面活性劑有好的物理性能,改善了化學(xué)穩(wěn)定性,減少了水解作用的發(fā)生,同時(shí)也降低了表面活性劑對(duì)造紙過(guò)程的不良影響,當(dāng)用作內(nèi)部施膠時(shí),膨潤(rùn)土還可在微粒助留助濾體系中起到助留助濾的作用。所用膨潤(rùn)土為鈉基、鋰基或經(jīng)鈉鹽活化后的膨潤(rùn)土。
膨潤(rùn)土礦的目的礦物蒙脫石是一種含水的層狀鋁硅酸礦物。晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是二層硅氧四面體晶片與其間的鋁氧八面體晶片相結(jié)合形成晶層,構(gòu)成2:1型結(jié)構(gòu)。晶層具有水分子和可交換性陽(yáng)離子。八面體空隙中的陽(yáng)離子為Al3 離子,剩下兩個(gè)空位,為二八面體型。蒙脫石晶體化學(xué)特點(diǎn)是類(lèi)質(zhì)同象種類(lèi)多,使之化學(xué)成分復(fù)雜,變化大。八面體空隙中的Al3 常被低價(jià)的Mg2 、Fe2 置換;四面體空隙中的Si4 被Al3 置換,由于低價(jià)陽(yáng)離子替代陽(yáng)離子,使結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生多余的負(fù)電價(jià)。為了保持電中性,在結(jié)構(gòu)層之間,除水分子外,存在較大半徑的陽(yáng)離子Na1 、Ca2 、Mg2 等。這些陽(yáng)離子是可交換的,使蒙脫石族礦物具有離子交換性、吸水性、膨脹性、觸變性、粘結(jié)性、吸附性等一系列很有價(jià)值的特性。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。