吸附性
吸附是所有固體物質的自然現象。我們把壹些分子聚集在膨潤土表面的現象稱為膨潤土的吸附。這種吸附在工業上已被廣泛應用。例如,鉆井泥漿常常利用膨潤土礦物的吸附特性來調整泥漿參數,以達到不同的目的,如加入降濾失劑,即高聚物的壹端吸附在膨潤土顆粒的表面,另壹端溶解在水中,使膨潤土顆粒與水分子發生間接聯系。形成架橋效應,降低泥漿中的自由水,改變泥漿的性能參數,達到降低濾失量的目的。
膨潤土吸附可分為三種:物理吸附、化學吸附和離子交換吸附。
l)物理吸附。物理吸附是由吸附劑和吸附質之間的分子間引力產生的,這種引力通常稱為範德華力。物理吸附是壹個可逆的吸附過程,吸附速度和解吸速度在壹定條件下處於動態平衡。物理吸附的主要原因是膨潤土表面分子具有表面能。由於膨潤土在水中高度分散,物理吸附現象非常明顯。
影響膨潤土礦物吸附的因素有:
1)膨潤土類型。鈉基膨潤土的吸附能力明顯強於鈣等其他類型的膨潤土礦物。
2)膨潤土顆粒粒徑的影響。根據固體吸附理論,粉碎後的膨潤土礦物吸附能力明顯提高,粉碎礦物越細,吸附越強。
3)溶液介質的影響。根據雙電層理論,膨潤土礦物晶體帶負電,雙電層形成時會發生離子交換。如果溶液中的離子濃度過高,會壓縮膨潤土顆粒的雙電層,抑制膨潤土的分散和擴散,甚至使膨潤土凝聚和聚結。
擴展性
膨潤土遇水膨脹。造成這種自然現象的主要原因是膨潤土礦物晶體層間距增大,水分子進入礦物晶體層。此外,膨潤土膨脹的原因是膨潤土礦物的陽離子交換。膨脹性與膨潤土的性質和蒙脫石含量密切相關。鈉基膨潤土的膨脹性明顯強於鈣質膨潤土,純度高、蒙脫石含量高的膨潤土膨脹性更強。所以在實際應用中,如果主要是想利用膨潤土礦物的膨脹性,那麽在考慮膨潤土礦物的種類時,首先要選擇鈉基膨潤土礦物,然後再考慮蒙脫石含量高的鈉基膨潤土。在機械鑄造和鐵礦石球團中,對膨脹性的要求更高。大量的鈣質膨潤土不能滿足使用要求,使用前需要對鈣質膨潤土進行改性。
鈉基膨潤土的分散度高於鈣質膨潤土,鈉基膨潤土吸水率高,膨脹倍數大。鈉基膨潤土吸水膨脹和鈣膨脹結果不同的原因如下:
1)陽離子能使膨潤土顆粒結合在壹起,制約了膨潤土顆粒的分散。多價離子的電荷密度高於壹價離子,顆粒間產生較強的靜電引力,使膨潤土顆粒具有較強的連接能力,因此鈣質膨潤土的分散能力弱於鈉基膨潤土。
2)蒙脫石晶格置換產生的負電荷要吸附電性相反的離子,以平衡溶液的電性。這些電性相反的離子以水合離子的形式存在於溶液中,帶負電荷的蒙脫石顆粒吸附水合陽離子形成雙電層。雙電層厚度與抗衡離子的二次價成反比,即陽離子價高,水化膜薄,膨脹倍數低;然而,陽離子具有低的價效率、高的水合膜厚度和高的膨脹倍數。
3)鈉基膨潤土晶層中吸附水的厚度為三層,鈣質膨潤土晶層中吸附水的厚度為四層。在極性水分子的作用下,由於靜電引力小,鈉基膨潤土的晶層間可產生較大的層間距,而鈣基膨潤土的晶層間靜電引力大,極性水分子不易進入晶層間。因此,鈣基膨潤土的晶層間距離明顯小於鈉基膨潤土,說明鈣基膨潤土在水中更難分散,其膨脹系數低於鈉基膨潤土。本質上,蒙脫石的膨脹性是由其化學組成控制的,鈉離子多的蒙脫石可以繼續膨脹,直到變成凝膠狀態。含有較多鈣離子的蒙脫石只能從幹燥狀態膨脹到含水狀態,這是有限度的。了解了影響膨脹性的深層次原因後,就可以人為有效地控制膨潤土礦物的膨脹性,達到最佳的使用效果。
制漿性能
成漿率是膨潤土顆粒分散在水中形成懸浮液,當這種懸浮液的表觀粘度為15 * 10-3ps·s時,每噸膨潤土的成漿立方數是衡量膨潤土質量的重要指標。總體而言,鈉基膨潤土的制漿性能優於鈣質膨潤土。
蒙脫石的性質與層間可交換陽離子的類型密切相關。根據層間主要可交換陽離子的類型,蒙脫石通常分為鈣蒙脫石和鈉蒙脫石。壹般來說,鈉基蒙脫石(或鈉基膨潤土)的性能比鈣要好。