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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。衡量膨潤土的造漿性能的主要指標之一是造漿率,即單位重量的膨潤土可以配制成具有表觀粘度為15mPa?s的懸浮液體積數(單位為m3/t)。(四川仁壽地區(qū)數百年前就有露天礦,當地人稱膨潤土為土粉)。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倍至20-30倍,在水中呈懸浮狀,水少時呈糊狀。蒙脫石的性質和它的化學成分和內部結構有關。
膨潤土吸附可以分為物理吸附、化學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之間分子間引力產生的,即我們常說的范德華力產生的。膨潤土廣泛應用于鉆井業(yè),海邊鉆井等工程需要抗鹽膨潤土來保證順利進行。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)化學吸附?;瘜W吸附是靠吸附劑與吸附質之間的化學鍵力而產生的,化學吸附作用一般不可逆。本發(fā)明優(yōu)點是:1)微波合成有機膨潤土,可大大縮短合成處理時間。在鉆井泥漿中應用化學處理劑就是化學吸附作用的典型例子,如鐵鉻木質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。這種化學吸附作用明顯比物理吸附作用要穩(wěn)定。因此用鐵鉻木質素磺酸鹽處理的膨潤土泥漿具有較高的抗溫能力,可作為地熱和超深井的抗高溫泥漿體系。
3)離子交換吸附。膨潤土礦物晶體一般帶負電荷,因此在膨潤土顆粒表面要吸附等當量的相反電荷的陽離子。微波干法制備有機膨潤土對一些要求高的場合,可用水洗滌以除去沒有交換的多余反應物及反應產生的鹽類,然后烘干、粉碎制備高質量的有機膨潤土。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,這種影響符合質量作用定律。
由于膨潤土具有上述工藝特性,使其作為粘結劑、吸附劑、催化劑、增稠劑、觸變劑、脫色劑等廣泛應用于冶金球團、鑄造、鉆井、化工、食品等24個領域100多個部門,見表2。2、提高網案部、真空部和壓榨部的濾水性能,凈化白水系統(tǒng),減少產生沉積物,抑菌防霉、避免形成腐漿,同時減少濕部斷紙。但其主要消費領域是鑄造型砂、鐵礦球團、鉆井泥漿,消費量約占世界總產量的75%。我國膨潤土主要應用領域的消耗量為:鑄造用膨潤土90.41萬噸(占73.5%),鉆井泥漿8.61萬噸(占7%),石油化工(包括脫色)用膨潤土7.75萬噸(占6.3%),鐵礦球團用膨潤土3.69萬噸(占3%),輕工建材、農業(yè)藥和印染等10.1萬噸(占8.2%)。