膨潤(rùn)土

膨潤(rùn)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(zhǎng)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(rùn)土有的松散如土，也有的致密堅(jiān)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(duì)膨潤(rùn)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(shí)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(yáng)離子的種類、含量和層間電荷大小，膨潤(rùn)土可分為鈉基膨潤(rùn)土(堿性土)、鈣基膨潤(rùn)土(堿土性土)、天然漂白土(酸性土或酸性白土)，其中鈣基膨潤(rùn)土又包括鈣鈉基和鈣鎂基等。膨潤(rùn)土具有強(qiáng)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(dá)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(rùn)滑性；有較強(qiáng)的陽(yáng)離子交換能力；對(duì)各種氣體、液體、有機(jī)物質(zhì)有一定的吸附能力，最大吸附量可達(dá)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。

吸附是所有固體物質(zhì)存在的自然現(xiàn)象。我們將某些分子聚集在膨潤(rùn)土表面的現(xiàn)象，稱為膨潤(rùn)土的吸附作用。這種吸附作用在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。如鉆井泥漿經(jīng)常利用膨潤(rùn)土礦物的吸附特性來(lái)調(diào)整不同使用目的的泥漿參數(shù)，如添加降濾失劑，就是通過(guò)高分子聚合物一端吸附在膨潤(rùn)土顆粒表面，另一端溶于水使膨潤(rùn)土顆粒和水分子之間產(chǎn)生了一種間接的聯(lián)系。形成了一種橋聯(lián)作用，減少了泥漿中的自由水，改變了泥漿的性能參數(shù)，達(dá)到降低濾失率的目的。

膨潤(rùn)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(shuō)的范德華力產(chǎn)生的。物理吸附是一種可逆的吸附過(guò)程，吸附速度與脫附速度在一定條件下呈動(dòng)態(tài)平衡。產(chǎn)生物理吸附的主要原因是膨潤(rùn)土表面分子其有表面能。由于膨潤(rùn)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(rùn)土泥漿中就是利用鉻離子在膨潤(rùn)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(rùn)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(rùn)土礦物晶體一般帶負(fù)電荷，因此在膨潤(rùn)土顆粒表面要吸附等當(dāng)量的相反電荷的陽(yáng)離子。吸附的陽(yáng)離子可以和溶液中的陽(yáng)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(diǎn)是：同號(hào)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。

影響膨潤(rùn)土礦物吸附作用的因素是：

1）膨潤(rùn)土類型的影響。鈉質(zhì)膨潤(rùn)土的吸附能力明顯比鈣質(zhì)等其他類型的膨潤(rùn)土礦物吸附能力強(qiáng)。

2）膨潤(rùn)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(rùn)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(rùn)土礦物晶體帶負(fù)電，在形成雙電層時(shí)會(huì)進(jìn)行離子交換。如果溶液中離子濃度過(guò)高會(huì)壓縮膨潤(rùn)土顆粒雙電層，抑制膨潤(rùn)土的分散和擴(kuò)散，甚至使膨潤(rùn)土產(chǎn)生凝聚和聚結(jié)。

膨潤(rùn)土遇水就膨脹，這種自然現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是膨潤(rùn)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(rùn)土膨脹的原因還有膨潤(rùn)土礦物的陽(yáng)離子交換作用。膨脹性與膨潤(rùn)土的屬性和蒙脫石含量關(guān)系極大，鈉質(zhì)膨潤(rùn)土的膨脹性明顯比鈣質(zhì)膨潤(rùn)土要強(qiáng)，另外純度較高、蒙脫石含量高的膨潤(rùn)土的膨脹性要強(qiáng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果我們主要想利用膨潤(rùn)土礦物的膨脹性，那么我們?cè)诳紤]膨潤(rùn)土礦物的種類時(shí)首先要選擇鈉質(zhì)膨潤(rùn)土礦，其次要考慮蒙脫石含量高的鈉質(zhì)膨潤(rùn)土。在機(jī)械鑄造和鐵礦球團(tuán)工作中，對(duì)膨脹性要求較高。大量的鈣質(zhì)膨潤(rùn)土質(zhì)，達(dá)不到使用要求，因此在使用前需要對(duì)鈣質(zhì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性處理。

鈉質(zhì)膨潤(rùn)土的分散程度較鈣質(zhì)膨潤(rùn)土高，鈉質(zhì)膨潤(rùn)土的吸水率高、膨脹倍數(shù)大。鈉質(zhì)膨潤(rùn)土和鈣質(zhì)膨潤(rùn)上吸水膨脹產(chǎn)生不同結(jié)果的原因是：

1）陽(yáng)離子可以將膨潤(rùn)土顆粒聯(lián)結(jié)在起，制約了膨潤(rùn)土顆粒的分散。多價(jià)離子比一價(jià)離子電荷密度大，顆粒之間產(chǎn)生較強(qiáng)的靜電引力，使膨潤(rùn)土顆粒聯(lián)結(jié)的能力強(qiáng)，因此鈣質(zhì)膨潤(rùn)土的分散能力比鈉質(zhì)膨潤(rùn)土要弱。

2）蒙脫石晶格置換產(chǎn)生的負(fù)電荷要吸附電性相反的離子來(lái)平衡溶液的電性。這些電性相反的離子是以水化離子形式存在于溶液當(dāng)中，帶負(fù)電荷的蒙脫石顆粒吸附水化陽(yáng)離子形成雙電層。雙電層的厚度與反離子價(jià)數(shù)的兩次方成反比，即陽(yáng)離子價(jià)高，水化膜薄，膨脹倍數(shù)低；而陽(yáng)離子價(jià)效低，水化膜厚，膨脹倍數(shù)高。

3）鈉質(zhì)膨潤(rùn)土晶層吸附水的厚度是三層，鈣質(zhì)膨潤(rùn)土晶層吸附水的厚度是四層。在極性水分子的作用下，由于靜電引力較小，鈉質(zhì)膨潤(rùn)土晶層之間可以產(chǎn)生較大的晶層間距，而鈣質(zhì)膨潤(rùn)土由于晶層間的樸電引力較大，極性水分子不易進(jìn)入晶層之間，因此，鈣質(zhì)膨潤(rùn)土晶層間產(chǎn)生的距離明顯比鈉質(zhì)膨潤(rùn)土小，表現(xiàn)在鈣質(zhì)膨潤(rùn)土比鈉質(zhì)膨潤(rùn)土難于在水中分散、膨脹倍數(shù)低。實(shí)質(zhì)上，蒙脫石的膨脹性受其化學(xué)成分控制，含鈉離子多的蒙脫石可以待續(xù)不斷地膨脹，直至成為一種凝膠狀態(tài)。含鈣離子多的蒙脫石只能從干操狀態(tài)到含水狀態(tài)膨脹是有限度的。我們?cè)诹私饬擞绊懪驖?rùn)上膨脹性的深層次的原因后，可以人為有效地控制膨潤(rùn)土礦物的膨脹性能，使之達(dá)到最佳使用效果。

造漿率是膨潤(rùn)土顆粒在水中分散形成懸浮液，并且這種懸浮液的表觀粘度為15*10-3Ps·s時(shí)每噸膨潤(rùn)土造漿的立方數(shù)是衡量膨潤(rùn)土質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，一般鈉質(zhì)膨潤(rùn)土的造漿性能比鈣質(zhì)膨潤(rùn)土要好。計(jì)其選漿率公式是：

造槳率（m3/t）=水的體積（mL）/土的質(zhì)量（g）+1/土的密度一般在測(cè)試表觀粘度時(shí)配制表觀粘度在10~25(*10-3 Pa·s）范圍內(nèi)三杯泥漿，經(jīng)過(guò)攪拌靜止放置16h，再攪拌，測(cè)試粘度，然后在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)出三點(diǎn)的位置，進(jìn)行連線，在坐標(biāo)上求出表觀粘度為15*10-3 Pa·s時(shí)的加土量。

1898年美國(guó)地質(zhì)學(xué)者Knighl在美國(guó)懷俄明州落基山河附近發(fā)現(xiàn)了一種綠黃色吸水膨脹的粘土物質(zhì)，由于產(chǎn)地為:“ Fort Beton ”，因而取名膨潤(rùn)土(Betonite)。膨潤(rùn)土也叫斑脫巖或膨土巖,膨潤(rùn)土的主要礦物功效成分是蒙脫石，高品位的含量在85-90%，膨潤(rùn)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。可以成致密塊狀，也可為松散的土狀，用手指搓磨時(shí)有滑感，小塊體加水后體積脹大，在水中呈懸浮狀，水少時(shí)呈糊狀。蒙脫石有吸附性和陽(yáng)離子交換性能，可用于除去石油的毒素、汽油和煤油的凈化、廢水處理。

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（二）設(shè)備選型

1、分級(jí)式?jīng)_擊磨，該設(shè)備粉碎膨潤(rùn)土粒度可調(diào)，產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)；

2、環(huán)磨機(jī)，該設(shè)備適合集約化生產(chǎn)線，粉碎膨潤(rùn)土粒度可調(diào)范圍很廣，產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)。

美國(guó)在世界膨潤(rùn)土的研究一直處于領(lǐng)先，國(guó)內(nèi)膨潤(rùn)土產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)制定很多也是以美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為藍(lán)本。歐洲一些國(guó)家、日本、韓國(guó)也在部分產(chǎn)品上有較先進(jìn)的技術(shù)。相對(duì)于國(guó)外，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)相對(duì)緩慢，產(chǎn)品以常規(guī)產(chǎn)品為主。這與國(guó)內(nèi)環(huán)境、政策以及資源現(xiàn)狀都有很大關(guān)系。

肉眼鑒定中，優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土呈純白色，一般也有灰色或淺黃白色的，常因吸水或含有雜質(zhì)而呈淡綠、淡青、玫瑰紅等顏色。風(fēng)干后仍為純白色、灰色或淺黃白色。用手掰開(kāi)后斷面不平整，而呈凍膠狀。有油脂光澤，手觸有滑感。能吸水膨脹，好的可成為膠體狀。若經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)干水分散失后，又可變成松散狀。膨潤(rùn)土因有強(qiáng)烈的離子交換力，所以能吸附或吸收各種顏色。把它與油脂混合，可使油脂更加滑潤(rùn)。它的微細(xì)粉末加水的懸浮液，分散（散度）很好，不容易沉淀。天然膨潤(rùn)土類型，主要是按蒙脫石的陽(yáng)離子的種類相對(duì)含量分為鈣、鈉、氫、鋰蒙脫石等，其中以鈣蒙脫石為主的粘土稱為鈣基膨潤(rùn)土。我國(guó)大部分膨潤(rùn)土礦以生產(chǎn)鈣基膨潤(rùn)土為主，鈣基膨潤(rùn)土比鈉基膨潤(rùn)土便宜，而且容易到手，所以我們?cè)谌怆u和蛋雞試驗(yàn)上，都用的是鈣基土。用膨潤(rùn)土添加料喂雞，因?yàn)檫m口性好，雞愛(ài)吃。
但只靠上面介紹的肉眼等感官鑒定是不夠準(zhǔn)確的。我國(guó)尚無(wú)統(tǒng)一的鑒定膨潤(rùn)土的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。多數(shù)礦山執(zhí)行一機(jī)部關(guān)于“鑄造用膨潤(rùn)土、粘土的部頒標(biāo)準(zhǔn)”（1997）和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。主要測(cè)定吸蘭量、水分、膠質(zhì)介、通過(guò)率、濕壓強(qiáng)度、膨脹系數(shù)、pH值等，測(cè)定方法和標(biāo)準(zhǔn)這里就從略了。

膨潤(rùn)土礦石質(zhì)量的一般工業(yè)要求以礦石中蒙脫石含量來(lái)衡量:

邊界品位:≥40%;

工業(yè)平均品位:≥50%o

蒙脫石含量一般是用吸藍(lán)量換算.即:

M=B/K’100

式中M—膨潤(rùn)土礦石中蒙脫石相對(duì)含量，%:

B—吸藍(lán)量，毫克當(dāng)量/100克樣:

K—換算系數(shù)，150。

可采厚度:1-2m;