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膨潤土的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)
來源:www.wxlrtz.com 發(fā)布時間:2023年05月11日
膨潤土具有優(yōu)良的物理、化學(xué)性質(zhì),包括吸水性、溶脹性、黏結(jié)性、吸附性、催化活性、觸變性、懸浮性、可塑性、潤滑性和陽離子交換性等,膨潤土廠家講述因此鉆井泥漿膨潤土是一種應(yīng)用極其廣泛的非金屬礦物。
一、吸水膨脹性
膨潤土具有吸濕性,能吸附8-15倍于自己體積的水量。吸水后能膨脹,膨脹倍數(shù)是自己原體積的30余倍。膨潤土的主要成分蒙脫石為兩層硅氧四面體偏晶層中間夾一層鋁(鎂)氧八面體片晶層構(gòu)成的2:1層狀硅酸鹽。鈉基蒙脫石與鈣基蒙脫石相比,鈉基蒙脫石在水中分散程度高,其特點(diǎn)是吸水速率慢,但吸水延續(xù)的時間長,總吸水量大,而且Na+的半徑小,它在蒙脫石單位晶層底面占據(jù)的面積小,晶體吸水膨脹倍數(shù)就高,可達(dá)30倍。鈣基蒙脫石吸水速率快,2h即達(dá)到飽和,吸水量少。鈉基蒙脫石的吸水量和膨脹倍數(shù)是鈣基蒙脫石的2-3倍。蒙脫石的吸水作用有一定限制,所吸的水分子層(即水化膜)達(dá)到一定厚度并分布均勻時,吸水量達(dá)到平衡,若此平衡被破壞即失水后,吸水膨脹性能又得以恢復(fù)。
二、分散懸浮性
蒙脫石以膠體分散狀態(tài)存在于溶液中。蒙脫石礦物顆粒細(xì)小,它的單位晶層之間易分離,水分子易進(jìn)入晶層與晶層之間,充分水化后以溶膠形式懸浮于水溶液中。在膨潤土分散液中,蒙脫石顆??赡艹蕟我痪О蚓用娴钠叫携B置狀存在,也可以是少量晶胞的附聚體:晶層面和晶體端面的附聚體或晶層端面和端面的附聚體。由于蒙脫石晶胞在水溶液中,都帶有相同的負(fù)電荷,彼此相互排斥;在稀溶液里又很難凝聚成大顆粒,因此蒙脫石是一種很好的助懸浮劑。在蒙脫石小顆粒的分散液中,顆粒分布均勻,pH>7時助懸效果更好。
若在分散液中加入金屬陽離子,尤其是高價金屬陽離子,或是降低溶液的堿度至中性甚至弱酸性時,則附聚體會發(fā)生聚集、絮凝,分散液呈濃厚懸浮液,顆粒增大,均勻程度差,絮凝發(fā)展到整個體系時即成凝膠,比較稀薄、不穩(wěn)定的蒙脫石分散液隨附聚的發(fā)展顆粒逐漸增大,蒙脫石顆粒產(chǎn)生沉積。
鈉基蒙脫石顆粒較細(xì)?。ㄢ}基蒙脫石礦物顆粒較粗),在水介質(zhì)中可以解離成單位晶胞,分布均勻,沉積速率較慢,故分散性好。
三、觸變性
觸變性是指膠體溶液攪拌時變稀(剪切力降低),而靜置后變稠(剪切力升高)的特性。
膨潤土結(jié)構(gòu)中的羥基在靜置的介質(zhì)中會產(chǎn)生氫鍵,使之成為均勻的膠體,并且有一定的黏度。當(dāng)在外界剪切力存在下進(jìn)行攪拌時,氫鍵被破壞,黏度降低。所以膨潤土溶液在攪動時懸浮液表現(xiàn)為流動性很好的溶膠液;停止外加攪動時就會自行排列成具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠,不發(fā)生沉降分層和有水離析。再施加外力攪動時,凝膠又能迅速被打破,恢復(fù)流動性。
四、 黏結(jié)性和可塑性
黏結(jié)性是指膨潤土的膠體懸浮液具有較高的黏度。黏度是膠體流動時固體顆粒之間、固體顆粒與液體之間、液體分子之間等的內(nèi)摩擦力。膨潤土與水混合具有黏結(jié)性由多種因素所致,如膨潤土親水,顆粒細(xì)小,晶體表面電荷多樣化,顆粒不規(guī)則,羥基與水形成氫鍵等。由多種聚附形式形成溶膠,使膨潤土與水混合具有很大的黏結(jié)性。
膨潤土具有較好的可塑性,它的可塑性及水的百分含量大大高于高嶺石和伊利石,而形變所需要的力則較其它黏土小。膨潤土中的應(yīng)力應(yīng)變值隨蒙脫石交換陽離子種類不同而變化。鈉基膨潤土的可塑性高,黏結(jié)性強(qiáng)。
五、離子交換性
在純水中,不溶于水的蒙脫石晶胞骨架帶負(fù)電荷,與帶正電荷的陽離子互相制約,在弱電場作用下正離子不能自由移動。當(dāng)遇到介質(zhì)中其它能自由移動的陽離子時,晶胞層間被吸附的陽離子與溶液中自由運(yùn)動的另一種陽離子發(fā)生交換反應(yīng),交換性陽離子被交換到溶液中。常見的可交換陽離子是Ca2+和Na+。因此,根據(jù)所含的可交換陽離子的種類和含量,膨潤土又可分為鈣基膨潤土和鈉基膨潤土。鈉基膨潤土較鈣基膨潤土有更好的陽離子交換能力。
六、對有機(jī)物的吸附性
蒙脫石中硅氧四面體或鋁氧八面體中的Si4+或Al3+被其它低價離子取代的晶格置換引起內(nèi)部電荷不平衡,形成電負(fù)性吸附,從而具有吸附各種陽離子和極性分子的能力,因此,蒙脫石晶層間和晶胞表面能吸附多種有機(jī)分子。同時,又由于蒙脫石獨(dú)特的雙八面體結(jié)構(gòu)和層狀組合,使其具有較大的比表面積,達(dá)456~676㎡/g,所以蒙脫石對大分子有機(jī)物也具有高度的選擇吸附性。蒙脫石吸附有機(jī)物形成有機(jī)蒙脫石復(fù)合物,在有機(jī)溶劑中也具有膨脹和膠凝作用,對看機(jī)溶劑具有稠化能力。
蒙脫石對有機(jī)物質(zhì)的吸附形式有交換吸附和物理吸附兩種,交換吸附可以是共價鍵結(jié)合,吸附物也可以是離子鍵結(jié)合,交換吸附作用使蒙脫石晶層間距加大,同時使親水的蒙脫石變?yōu)槭杷挠袡C(jī)蒙脫石復(fù)合物,鈉基蒙脫石比鈣基蒙脫石更容易被有機(jī)陽離子取代,形成的取代復(fù)合物穩(wěn)定性也更強(qiáng),廣泛用于制作膨潤土稠化劑。
物理吸附與蒙脫石吸附極性水分子形成水化膜一樣,蒙脫石吸附的極性有機(jī)分子取代蒙脫石的層間吸附水呈有機(jī)溶劑化膜狀態(tài),這種有機(jī)吸附不改變蒙脫石的陽離子交換性,一般極性有機(jī)分子取代極性水分子是可逆的。但較大的極性有機(jī)分子由于吸附能較大,它可以取代水,但水無法取代它,所以可以形成一種較穩(wěn)定的有機(jī)蒙脫石復(fù)合物而存在。物理吸附通常在高溫或有機(jī)溶劑中進(jìn)行。這種物理吸附能與蒙脫石交換性陽離子的電荷和極性有機(jī)分子的偶極矩成正比,與作用距離成反比。與交換吸附情況不同的是,蒙脫石交換性陽離子價數(shù)越大,則物理吸附能越大。
七、 穩(wěn)定性
1、膨潤土具有一定的熱穩(wěn)定性。在受熱情況下,仍具有一定的陽離子交換能力和膨脹性能。
2、蒙脫石的化學(xué)穩(wěn)定性及溶解度
(1)蒙脫石的化學(xué)穩(wěn)定性: 蒙脫石不溶于一般的酸,氫氟酸是其溶劑。蒙脫石在室溫下不與堿、氧化劑、還原劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng),具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性。
(2)膨潤土的溶解性 :蒙脫石的晶格骨架不溶于水,同晶置換在晶層底面的陽離子在水介質(zhì)中具有親水性,形成水化膜,同時作為交換劑的反離子可以溶解于水中。蒙脫石為極性分子,故不溶于有機(jī)溶劑。
八、無毒性
膨潤土對人、畜、植物無毒害和腐蝕作用,對人體皮膚無刺 激,對神經(jīng)、呼吸系統(tǒng)無影響。因此,可用于醫(yī)藥載體、賦形劑和飼料添加劑等。
一、吸水膨脹性
膨潤土具有吸濕性,能吸附8-15倍于自己體積的水量。吸水后能膨脹,膨脹倍數(shù)是自己原體積的30余倍。膨潤土的主要成分蒙脫石為兩層硅氧四面體偏晶層中間夾一層鋁(鎂)氧八面體片晶層構(gòu)成的2:1層狀硅酸鹽。鈉基蒙脫石與鈣基蒙脫石相比,鈉基蒙脫石在水中分散程度高,其特點(diǎn)是吸水速率慢,但吸水延續(xù)的時間長,總吸水量大,而且Na+的半徑小,它在蒙脫石單位晶層底面占據(jù)的面積小,晶體吸水膨脹倍數(shù)就高,可達(dá)30倍。鈣基蒙脫石吸水速率快,2h即達(dá)到飽和,吸水量少。鈉基蒙脫石的吸水量和膨脹倍數(shù)是鈣基蒙脫石的2-3倍。蒙脫石的吸水作用有一定限制,所吸的水分子層(即水化膜)達(dá)到一定厚度并分布均勻時,吸水量達(dá)到平衡,若此平衡被破壞即失水后,吸水膨脹性能又得以恢復(fù)。
二、分散懸浮性
蒙脫石以膠體分散狀態(tài)存在于溶液中。蒙脫石礦物顆粒細(xì)小,它的單位晶層之間易分離,水分子易進(jìn)入晶層與晶層之間,充分水化后以溶膠形式懸浮于水溶液中。在膨潤土分散液中,蒙脫石顆??赡艹蕟我痪О蚓用娴钠叫携B置狀存在,也可以是少量晶胞的附聚體:晶層面和晶體端面的附聚體或晶層端面和端面的附聚體。由于蒙脫石晶胞在水溶液中,都帶有相同的負(fù)電荷,彼此相互排斥;在稀溶液里又很難凝聚成大顆粒,因此蒙脫石是一種很好的助懸浮劑。在蒙脫石小顆粒的分散液中,顆粒分布均勻,pH>7時助懸效果更好。
若在分散液中加入金屬陽離子,尤其是高價金屬陽離子,或是降低溶液的堿度至中性甚至弱酸性時,則附聚體會發(fā)生聚集、絮凝,分散液呈濃厚懸浮液,顆粒增大,均勻程度差,絮凝發(fā)展到整個體系時即成凝膠,比較稀薄、不穩(wěn)定的蒙脫石分散液隨附聚的發(fā)展顆粒逐漸增大,蒙脫石顆粒產(chǎn)生沉積。
鈉基蒙脫石顆粒較細(xì)?。ㄢ}基蒙脫石礦物顆粒較粗),在水介質(zhì)中可以解離成單位晶胞,分布均勻,沉積速率較慢,故分散性好。
三、觸變性
觸變性是指膠體溶液攪拌時變稀(剪切力降低),而靜置后變稠(剪切力升高)的特性。
膨潤土結(jié)構(gòu)中的羥基在靜置的介質(zhì)中會產(chǎn)生氫鍵,使之成為均勻的膠體,并且有一定的黏度。當(dāng)在外界剪切力存在下進(jìn)行攪拌時,氫鍵被破壞,黏度降低。所以膨潤土溶液在攪動時懸浮液表現(xiàn)為流動性很好的溶膠液;停止外加攪動時就會自行排列成具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠,不發(fā)生沉降分層和有水離析。再施加外力攪動時,凝膠又能迅速被打破,恢復(fù)流動性。
黏結(jié)性是指膨潤土的膠體懸浮液具有較高的黏度。黏度是膠體流動時固體顆粒之間、固體顆粒與液體之間、液體分子之間等的內(nèi)摩擦力。膨潤土與水混合具有黏結(jié)性由多種因素所致,如膨潤土親水,顆粒細(xì)小,晶體表面電荷多樣化,顆粒不規(guī)則,羥基與水形成氫鍵等。由多種聚附形式形成溶膠,使膨潤土與水混合具有很大的黏結(jié)性。
膨潤土具有較好的可塑性,它的可塑性及水的百分含量大大高于高嶺石和伊利石,而形變所需要的力則較其它黏土小。膨潤土中的應(yīng)力應(yīng)變值隨蒙脫石交換陽離子種類不同而變化。鈉基膨潤土的可塑性高,黏結(jié)性強(qiáng)。
五、離子交換性
在純水中,不溶于水的蒙脫石晶胞骨架帶負(fù)電荷,與帶正電荷的陽離子互相制約,在弱電場作用下正離子不能自由移動。當(dāng)遇到介質(zhì)中其它能自由移動的陽離子時,晶胞層間被吸附的陽離子與溶液中自由運(yùn)動的另一種陽離子發(fā)生交換反應(yīng),交換性陽離子被交換到溶液中。常見的可交換陽離子是Ca2+和Na+。因此,根據(jù)所含的可交換陽離子的種類和含量,膨潤土又可分為鈣基膨潤土和鈉基膨潤土。鈉基膨潤土較鈣基膨潤土有更好的陽離子交換能力。
六、對有機(jī)物的吸附性
蒙脫石中硅氧四面體或鋁氧八面體中的Si4+或Al3+被其它低價離子取代的晶格置換引起內(nèi)部電荷不平衡,形成電負(fù)性吸附,從而具有吸附各種陽離子和極性分子的能力,因此,蒙脫石晶層間和晶胞表面能吸附多種有機(jī)分子。同時,又由于蒙脫石獨(dú)特的雙八面體結(jié)構(gòu)和層狀組合,使其具有較大的比表面積,達(dá)456~676㎡/g,所以蒙脫石對大分子有機(jī)物也具有高度的選擇吸附性。蒙脫石吸附有機(jī)物形成有機(jī)蒙脫石復(fù)合物,在有機(jī)溶劑中也具有膨脹和膠凝作用,對看機(jī)溶劑具有稠化能力。
蒙脫石對有機(jī)物質(zhì)的吸附形式有交換吸附和物理吸附兩種,交換吸附可以是共價鍵結(jié)合,吸附物也可以是離子鍵結(jié)合,交換吸附作用使蒙脫石晶層間距加大,同時使親水的蒙脫石變?yōu)槭杷挠袡C(jī)蒙脫石復(fù)合物,鈉基蒙脫石比鈣基蒙脫石更容易被有機(jī)陽離子取代,形成的取代復(fù)合物穩(wěn)定性也更強(qiáng),廣泛用于制作膨潤土稠化劑。
物理吸附與蒙脫石吸附極性水分子形成水化膜一樣,蒙脫石吸附的極性有機(jī)分子取代蒙脫石的層間吸附水呈有機(jī)溶劑化膜狀態(tài),這種有機(jī)吸附不改變蒙脫石的陽離子交換性,一般極性有機(jī)分子取代極性水分子是可逆的。但較大的極性有機(jī)分子由于吸附能較大,它可以取代水,但水無法取代它,所以可以形成一種較穩(wěn)定的有機(jī)蒙脫石復(fù)合物而存在。物理吸附通常在高溫或有機(jī)溶劑中進(jìn)行。這種物理吸附能與蒙脫石交換性陽離子的電荷和極性有機(jī)分子的偶極矩成正比,與作用距離成反比。與交換吸附情況不同的是,蒙脫石交換性陽離子價數(shù)越大,則物理吸附能越大。
七、 穩(wěn)定性
1、膨潤土具有一定的熱穩(wěn)定性。在受熱情況下,仍具有一定的陽離子交換能力和膨脹性能。
2、蒙脫石的化學(xué)穩(wěn)定性及溶解度
(1)蒙脫石的化學(xué)穩(wěn)定性: 蒙脫石不溶于一般的酸,氫氟酸是其溶劑。蒙脫石在室溫下不與堿、氧化劑、還原劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng),具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性。
(2)膨潤土的溶解性 :蒙脫石的晶格骨架不溶于水,同晶置換在晶層底面的陽離子在水介質(zhì)中具有親水性,形成水化膜,同時作為交換劑的反離子可以溶解于水中。蒙脫石為極性分子,故不溶于有機(jī)溶劑。
八、無毒性
膨潤土對人、畜、植物無毒害和腐蝕作用,對人體皮膚無刺 激,對神經(jīng)、呼吸系統(tǒng)無影響。因此,可用于醫(yī)藥載體、賦形劑和飼料添加劑等。
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