膨潤土是一種黏土巖、亦稱蒙脫石黏土巖、常含少量伊利石、高嶺石、埃洛石、綠泥石、沸石、石英、長石、方解石等;一般為白色、淡黃色,因含鐵量變化又呈淺灰、淺綠、粉紅、褐紅、磚紅、灰黑色等;具蠟狀、土狀或油脂光澤;膨潤土有的松散如土,也有的致密堅硬。主要化學(xué)成分是二氧化硅、三氧化二鋁和水,還含有鐵、鎂、鈣、鈉、鉀等元素,Na2O和CaO含量對膨潤土的物理化學(xué)性質(zhì)和工藝技術(shù)性能影響頗大。蒙脫石礦物屬單斜晶系,通常呈土狀塊體,白色,有時帶淺紅、淺綠、淡黃等色。光澤暗淡。硬度1~2,密度2~3g/cm3。
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。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。
化學(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。
影響膨潤土礦物吸附作用的因素是:
1)膨潤土類型的影響。鈉質(zhì)膨潤土的吸附能力明顯比鈣質(zhì)等其他類型的膨潤土礦物吸附能力強(qiáng)。
2)膨潤土顆粒粉碎粒度大小的影響。根據(jù)固體吸附的理論,進(jìn)行粉碎的膨潤土礦物的吸附能力明顯提高,粉碎礦物越細(xì),吸附作用越強(qiáng)。
3)溶液介質(zhì)的影響。根據(jù)雙電層理論,膨潤土礦物晶體帶負(fù)電,在形成雙電層時會進(jìn)行離子交換。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)。
膨潤土遇水就膨脹,這種自然現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是膨潤土礦物晶層間距加大,水分子進(jìn)入了礦物的晶層,另外引起膨潤土膨脹的原因還有膨潤土礦物的陽離子交換作用。膨脹性與膨潤土的屬性和蒙脫石含量關(guān)系,鈉質(zhì)膨潤土的膨脹性明顯比鈣質(zhì)膨潤土要強(qiáng),另外純度較高、蒙脫石含量高的膨潤土的膨脹性要強(qiáng)。因此,在實際應(yīng)用時,如果我們主要想利用膨潤土礦物的膨脹性,那么我們在考慮膨潤土礦物的種類時要選擇鈉質(zhì)膨潤土礦,其次要考慮蒙脫石含量高的鈉質(zhì)膨潤土。在機(jī)械鑄造和鐵礦球團(tuán)工作中,對膨脹性要求較高。大量的鈣質(zhì)膨潤土質(zhì),達(dá)不到使用要求,因此在使用前需要對鈣質(zhì)膨潤土進(jìn)行改性處理。
據(jù)預(yù)測,中國膨潤土礦資源量已超過80億噸,為新產(chǎn)品的開發(fā)和研究、市場的開拓、競爭力的提高等奠定了資源基礎(chǔ)。但是中國膨潤土開發(fā)利用的程度很低,累計開采量不足已探明儲量的1%。在國際市場上是一種“低出高進(jìn)”的局面,即出口低級產(chǎn)品(原礦、鑄造用、鉆井用、低檔活性白土等),進(jìn)口產(chǎn)品(洗衣粉柔順劑、有機(jī)土等)。
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