膨潤土也叫斑脫巖,皂土或膨土巖。我國開發(fā)使用膨潤土的歷史悠久,原來只是做為一種洗滌劑。(四川仁壽地區(qū)數(shù)前就有露天礦,當(dāng)?shù)厝朔Q膨潤土為土粉)。真正被廣泛使用卻只有百來年歷史。美國早發(fā)現(xiàn)是在懷俄明州的古地層中,呈黃綠色的粘土,加水后能膨脹成糊狀,后來人們就把凡是有這種性質(zhì)的粘土,統(tǒng)稱為膨潤土。其實膨潤土的主要礦物成分是蒙脫石,含量在85-90%,膨潤土的一些性質(zhì)也都是由蒙脫石所決定的。蒙脫石可呈各種顏色如黃綠、黃白、灰、白色等等??梢猿芍旅軌K狀,也可為松散的土狀,用手指搓磨時有滑感,小塊體加水后體積脹大數(shù)倍至20-30倍,在水中呈懸浮狀,水少時呈糊狀。蒙脫石的性質(zhì)和它的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。
有機膨潤土是一種無機礦物/有機銨復(fù)合物,以膨潤土為原料,利用膨潤土中蒙脫石的層片狀結(jié)構(gòu)及其能在水或有機溶劑中溶脹分散成膠體級粘粒特性,通過離子交換技術(shù)插入有機覆蓋劑而制成的。有機膨潤土在各類有機溶劑、油類、液體樹脂中能形成凝膠,具有良好的增稠性、觸變性、懸浮穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、潤滑性、成膜性,耐水性及化學(xué)穩(wěn)定性,在涂料工業(yè)中有重要的應(yīng)用價值。在油漆油墨、航空、冶金、化纖、石油等工業(yè)中也有廣泛的應(yīng)用。
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。按蒙脫石可交換陽離子的種類、含量和層間電荷大小,膨潤土可分為鈉基膨潤土(堿性土)、鈣基膨潤土(堿土性土)、天然漂白土(酸性土或酸性白土),其中鈣基膨潤土又包括鈣鈉基和鈣鎂基等。膨潤土具有強的吸濕性和膨脹性,可吸附8~15倍于自身體積的水量,體積膨脹可達數(shù)倍至30倍;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、觸變性和潤滑性;有較強的陽離子交換能力;對各種氣體、液體、有機物質(zhì)有一定的吸附能力,大吸附量可達5倍于自身的重量;它與水、泥或細(xì)沙的摻和物具有可塑性和黏結(jié)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)能吸附有色離子。
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,另外純度較高、蒙脫石含量高的膨潤土的膨脹性要強。
層間陽離子為Na+時稱鈉基膨潤土;層間陽離子為Ca2+時稱鈣基膨潤土;層間陽離子為H+時稱氫基膨潤土(活性白土、天然漂白土-酸性白土);層間陽離子為有機陽離子時稱有機膨潤土。
膨潤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。
2)化學(xué)吸附。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。
3)離子交換吸附。膨潤土礦物晶體一般帶負(fù)電荷,因此在膨潤土顆粒表面要吸附等當(dāng)量的相反電荷的陽離子。吸附的陽離子可以和溶液中的陽離子發(fā)生交換作用,這種作用稱為離子交換吸附。離子交換吸附的特點是:同號離子相互交換,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。