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膨润土(涂料级)

膨润土

 
膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产,蒙脱石结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2:1型晶体结构,由于蒙脱石晶胞形成的层状结构存在某些阳离子,如Cu、Mg、Na、K等,且这些阳离子与蒙脱石晶胞的作用很不稳定,易被其它阳离子交换,故具有较好的离子交换性。国外已在工农业生产24个领域100多个部门中应用,有300多个产品,因而人们称之为“万能土”。
膨润土也叫斑脱岩,皂土或膨土岩。我国开发使用膨润土的历史悠久,原来只是做为一种洗涤剂。(四川仁寿地区数百年前就有露天矿,当地人称膨润土为土粉)。真正被广泛使用却只有百来年历史。美国最早发现是在怀俄明州的古地层中,呈黄绿色的粘土,加水后能膨胀成糊状,后来人们就把凡是有这种性质的粘土,统称为膨润土。其实膨润土的主要矿物成分是蒙脱石,含量在85-90%,膨润土的一些性质也都是由蒙脱石所决定的。蒙脱石可呈各种颜色如黄绿、黄白、灰、白色等等。可以成致密块状,也可为松散的土状,用手指搓磨时有滑感,小块体加水后体积胀大数倍至20-30倍,在水中呈悬浮状,水少时呈糊状。蒙脱石的性质和它的化学成分和内部结构有关。

分类

层间阳离子为Na+时称 钠基膨润土;层间阳离子为Ca2+时称钙基膨润土;层间阳离子为H+时称氢基膨润土(活性白土、天然漂白土-酸性白土);层间阳离子为有机阳离子时称有机膨润土。
活性白土
活性白土是用粘土(主要是膨润土)为原料,经无机酸化处理,再经水漂洗、干燥制成的吸附剂,外观为乳白色粉末,无臭,无味,无毒,吸附性能很强,能吸附有色物质、有机物质。在空气中易吸潮,放置过久会降低吸附性能。但是,加热至300摄氏度以上便开始失去结晶水,使结构发生变化,影响褪色效果。活性白土不溶于水、有机溶剂和各种油类中,几乎完全溶于热烧碱和盐酸中,相对密度2.3~2.5,在水及油中膨润极小。
天然漂白土
即天然产出的本身就具有漂白性能的白土,是以蒙脱石、钠长石、石英为主要组分的白色、白灰色粘土,是膨润土的一种。
主要是玻璃质火山岩分解后的产物,它吸水后不膨胀、悬浮液的pH值为弱酸性与碱性膨润土相区别;其漂白性能比活性白土差。颜色一般有淡黄色、绿白色、灰色、檄榄色、褐色、奶白色、桃红色、蓝色等。纯白色的很少。密度2.7-2.9g/cm。视密度由于多孔性关系而常常较低。化学成分和普通粘土差不多,主要化学成分是三氧化二铝、二氧化硅、水及少量铁、镁、钙等。无可塑性,有较高吸附性。因含大量含水硅酸,对石蕊呈酸性。水中易裂解,含水量很大。一般细度越细则脱色力越高。
在勘探阶段进行质量评价时,需测定其漂白性能、酸度、过滤性能、吸油量等项目[1] 
有机膨润土
有机膨润土是一种无机矿物/有机铵复合物,以膨润土为原料,利用膨润土中蒙脱石的层片状结构及其能在水或有机溶剂中溶胀分散成胶体级粘粒特性,通过离子交换技术插入有机覆盖剂而制成的。有机膨润土在各类有机溶剂、油类、液体树脂中能形成凝胶,具有良好的增稠性、触变性、悬浮稳定性、高温稳定性、润滑性、成膜性,耐水性及化学稳定性,在涂料工业中有重要的应用价值。在油漆油墨、航空、冶金、化纤、石油等工业中也有广泛的应用。
膨润土矿
膨润土矿是一种多种用途的矿产,其质量和应用领域主要取决于其中蒙脱石含量和属性类型及其晶体化学特性。因而,其开发利用必须因矿而异,因作用而异。如生产活性白土,钙基转钠基,供石油钻探用的钻井注浆,代替淀粉用于纺纱、印染的浆料,建材上用内外墙涂料,制备有机膨润土,用膨润土合成4A沸石、生产白炭黑等等。
钙基和钠基区别
膨润土的层间阳离子种类决定膨润土的类型,层间阳离子为Na+时称钠基膨润土;层间阳离子为Ca+时称钙基膨润土.钠质蒙脱石(或钠膨润土)的性质比钙质的好。但世界上钙质土的分布远广于钠质土,因此除了加强寻找钠质土外就是要对钙质土进行改性,使它成为钠质土。[2] 

性质

简述

膨润土是一种黏土岩、亦称蒙脱石黏土岩、常
膨润土膨润土
含少量伊利石、高岭石、埃洛石、绿泥石、沸石、石英、长石、方解石等;一般为白色、淡黄色,因含铁量变化又呈浅灰、浅绿、粉红、褐红、砖红、灰黑色等;具蜡状、土状或油脂光泽;膨润土有的松散如土,也有的致密坚硬。主要化学成分是二氧化硅、三氧化二铝和水,还含有铁、镁、钙、钠、钾等元素,Na2O和CaO含量对膨润土的物理化学性质和工艺技术性能影响颇大。蒙脱石矿物属单斜晶系,通常呈土状块体,白色,有时带浅红、浅绿、淡黄等色。光泽暗淡。硬度1~2,密度2~3g/cm3。按蒙脱石可交换阳离子的种类、含量和层间电荷大小,膨润土可分为钠基膨润土(碱性土)、钙基膨润土(碱土性土)、天然漂白土(酸性土或酸性白土),其中钙基膨润土又包括钙钠基和钙镁基等。膨润土具有强的吸湿性和膨胀性,可吸附8~15倍于自身体积的水量,体积膨胀可达数倍至30倍;在水介质中能分散成胶凝状和悬浮状,这种介质溶液具有一定的黏滞性、触变性和润滑性;有较强的阳离子交换能力;对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力,最大吸附量可达5倍于自身的重量;它与水、泥或细沙的掺和物具有可塑性和黏结性;具有表面活性的酸性漂白土(活性白土、天然漂白土-酸性白土)能吸附有色离子。

吸附性

吸附是所有固体物质存在的自然现象。我们将某些分子聚集在膨润土表面的现象,称为膨润土的吸附作用。这种吸附作用在工业上得到了广泛应用。如钻井泥浆经常利用膨润土矿物的吸附特性来调整不同使用目的的泥浆参数,如添加降滤失剂,就是通过高分子聚合物一端吸附在膨润土颗粒表面,另一端溶于水使膨润土颗粒和水分子之间产生了一种间接的联系。形成了一种桥联作用,减少了泥浆中的自由水,改变了泥浆的性能参数,达到降低滤失率的目的。
膨润土吸附可以分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三种类型。
l)物理吸附。物理吸附是靠吸附剂与吸附质之间分子间引力产生的,即我们常说的范德华力产生的。物理吸附是一种可逆的吸附过程,吸附速度与脱附速度在一定条件下呈动态平衡。产生物理吸附的主要原因是膨润土表面分子其有表面能。由于膨润土在水中高度分散,物理吸附现象十分明显。
2)化学吸附。化学吸附是靠吸附剂与吸附质之间的化学键力而产生的,化学吸附作用一般不可逆。在钻井泥浆中应用化学处理剂就是化学吸附作用的典型例子,如铁铬木质素磺酸盐加入到膨润土泥浆中就是利用铬离子在膨润土晶体的边缘上发生整合吸附。这种化学吸附作用明显比物理吸附作用要稳定。因此用铁铬木质素磺酸盐处理的膨润土泥浆具有较高的抗温能力,可作为地热和超深井的抗高温泥浆体系。
3)离子交换吸附。膨润土矿物晶体一般带负电荷,因此在膨润土颗粒表面要吸附等当量的相反电荷的阳离子。吸附的阳离子可以和溶液中的阳离子发生交换作用,这种作用称为离子交换吸附。离子交换吸附的特点是:同号离子相互交换,等电量相互交换。离子交换吸附的反应是可逆的,吸附和脱附的速度受离子浓度的影响,这种影响符合质量作用定律。
影响膨润土矿物吸附作用的因素是:
1)膨润土类型的影响。钠质膨润土的吸附能力明显比钙质等其他类型的膨润土矿物吸附能力强。
2)膨润土颗粒粉碎粒度大小的影响。根据固体吸附的理论,进行粉碎的膨润土矿物的吸附能力明显提高,粉碎矿物越细,吸附作用越强。
3)溶液介质的影响。根据双电层理论,膨润土矿物晶体带负电,在形成双电层时会进行离子交换。如果溶液中离子浓度过高会压缩膨润土颗粒双电层,抑制膨润土的分散和扩散,甚至使膨润土产生凝聚和聚结。

膨胀性

膨润土遇水就膨胀,这种自然现象产生的主要原因是膨润土矿物晶层间距加大,水分子进入了矿物的晶层,另外引起膨润土膨胀的原因还有膨润土矿物的阳离子交换作用。膨胀性与膨润土的属性和蒙脱石含量关系极大,钠质膨润土的膨胀性明显比钙质膨润土要强,另外纯度较高、蒙脱石含量高的膨润土的膨胀性要强。因此,在实际应用时,如果我们主要想利用膨润土矿物的膨胀性,那么我们在考虑膨润土矿物的种类时首先要选择钠质膨润土矿,其次要考虑蒙脱石含量高的钠质膨润土。在机械铸造和铁矿球团工作中,对膨胀性要求较高。大量的钙质膨润土质,达不到使用要求,因此在使用前需要对钙质膨润土进行改性处理。
钠质膨润土的分散程度较钙质膨润土高,钠质膨润土的吸水率高、膨胀倍数大。钠质膨润土和钙质膨润上吸水膨胀产生不同结果的原因是:
1)阳离子可以将膨润土颗粒联结在起,制约了膨润土颗粒的分散。多价离子比一价离子电荷密度大,颗粒之间产生较强的静电引力,使膨润土颗粒联结的能力强,因此钙质膨润土的分散能力比钠质膨润土要弱。
2)蒙脱石晶格置换产生的负电荷要吸附电性相反的离子来平衡溶液的电性。这些电性相反的离子是以水化离子形式存在于溶液当中,带负电荷的蒙脱石颗粒吸附水化阳离子形成双电层。双电层的厚度与反离子价数的两次方成反比,即阳离子价高,水化膜薄,膨胀倍数低;而阳离子价效低,水化膜厚,膨胀倍数高。
3)钠质膨润土晶层吸附水的厚度是三层,钙质膨润土晶层吸附水的厚度是四层。在极性水分子的作用下,由于静电引力较小,钠质膨润土晶层之间可以产生较大的晶层间距,而钙质膨润土由于晶层间的朴电引力较大,极性水分子不易进入晶层之间,因此,钙质膨润土晶层间产生的距离明显比钠质膨润土小,表现在钙质膨润土比钠质膨润土难于在水中分散、膨胀倍数低。实质上,蒙脱石的膨胀性受其化学成分控制,含钠离子多的蒙脱石可以待续不断地膨胀,直至成为一种凝胶状态。含钙离子多的蒙脱石只能从干操状态到含水状态膨胀是有限度的。我们在了解了影响膨润上膨胀性的深层次的原因后,可以人为有效地控制膨润土矿物的膨胀性能,使之达到最佳使用效果。

造浆性

造浆率是膨润土颗粒在水中分散形成悬浮液,并且这种悬浮液的表观粘度为15*10-3Ps·s时每吨膨润土造浆的立方数是衡量膨润土质量的一项重要指标,一般钠质膨润土的造浆性能比钙质膨润土要好。计其选浆率公式是:
造桨率(m3/t)=水的体积(mL)/土的质量(g)+1/土的密度一般在测试表观粘度时配制表观粘度在10~25(*10-3 Pa·s)范围内三杯泥浆,经过搅拌静止放置16h,再搅拌,测试粘度,然后在单对数坐标纸上标出三点的位置,进行连线,在坐标上求出表观粘度为15*10-3 Pa·s时的加土量。

应用

蒙脱石的性质和层间的交换性阳离子种类有很大关系。根据层间主要交换性阳离子的种类,通常蒙脱石分为钙蒙脱石和钠蒙脱石。
蒙脱石有吸附性和阳离子交换性能,可用于除去食油的毒素、汽油和煤油的净化、废水处理;由于有很好的吸水膨胀性能以及分散和悬浮及造浆性,因此用于钻井泥浆、阻燃(悬浮灭火);还可在造纸工业中做填料,可优化涂料的性能如附着力、遮盖力、耐水性、耐洗刷性等;由于有很好的粘结力,可代替淀粉用于纺织工业中的纱线上浆既节粮,又不起毛,桨后还不发出异味,真是一举双得。
总的说,钠质蒙脱石(或钠膨润土)的性质比钙质的好。
膨润土(蒙脱石)由于有良好的物理化学性能,可做净化脱色剂、粘结剂、触变剂、悬浮剂、稳定剂、充填料、饲料、催化剂等,广泛用于农业、轻工业及化妆品、药品等领域,所以蒙脱石是一种用途广泛的天然矿物材料。
膨润土可用来作防水材料,如膨润土防水毯、膨润土防水板及其配套材料,釆用机械固定法铺设。应用于PH值为4到10的地下环境,含盐量较高的环境应采用经过改性处理的膨润土,并应检测合格后使用。

组成

1898年美国地质学者Knighl在美国怀俄明州落基山河附近发现了一种绿黄色吸水膨胀的粘土物质,由于产地为:“ Fort Beton ”,因而取名膨润土(Betonite)。膨润土也叫斑脱岩或膨土岩,膨润土的主要矿物功效成分是蒙脱石,高品位的含量在85-90%,膨润土的一些性质也都是由蒙脱石所决定的。
蒙脱石可呈各种颜色如黄绿、黄白、灰、白色等等。可以成致密块状,也可为松散的土状,用手指搓磨时有滑感,小块体加水后体积胀大,在水中呈悬浮状,水少时呈糊状。蒙脱石有吸附性和阳离子交换性能,可用于除去石油的毒素、汽油和煤油的净化、废水处理。
脚注信息
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