有機(jī)膨潤土是一種無機(jī)礦物/有機(jī)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(jī)溶劑中溶脹分散成膠體級(jí)粘粒特性,通過離子交換技術(shù)插入有機(jī)覆蓋劑而制成的。有機(jī)膨潤土在各類有機(jī)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(jià)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(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(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、觸變性和潤滑性;有較強(qiáng)的陽離子交換能力;對(duì)各種氣體、液體、有機(jī)物質(zhì)有一定的吸附能力,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。
膨潤土,也叫斑脫巖,是以蒙脫石為主要礦物成分的非金屬礦產(chǎn),也是一種用途廣泛的天然礦物材料。
它由于有良好的物理化學(xué)性能,可做凈化脫色劑、粘結(jié)劑、觸變劑、懸浮劑、催化劑等,廣泛用于農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)及化妝品、藥品等領(lǐng)域。中國膨潤土的儲(chǔ)量居世界位,種類,分布廣。
活性白土是用粘土(主要是膨潤土)為原料,經(jīng)無機(jī)酸化處理,再經(jīng)水漂洗、干燥制成的吸附劑,外觀為乳白色粉末,無臭,無味,,吸附性能很強(qiáng),能吸附有色物質(zhì)、有機(jī)物質(zhì)。在空氣中易吸潮,放置過久會(huì)降低吸附性能。但是,加熱至300攝氏度以上便開始失去結(jié)晶水,使結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,影響褪色效果?;钚园淄敛蝗苡谒?、有機(jī)溶劑和各種油類中,幾乎完全溶于熱燒堿和鹽酸中,相對(duì)密度2.3~2.5,在水及油中膨潤極小。
膨潤土礦是一種多種用途的礦產(chǎn),其質(zhì)量和應(yīng)用領(lǐng)域主要取決于其中蒙脫石含量和屬性類型及其晶體化學(xué)特性。因而,其開發(fā)利用因礦而異,因作用而異。如生產(chǎn)活性白土,鈣基轉(zhuǎn)鈉基,供石油鉆探用的鉆井注漿,代替淀粉用于紡紗、印染的漿料,建材上用內(nèi)外墻涂料,制備有機(jī)膨潤土,用膨潤土合成4A沸石、生產(chǎn)白炭黑等等。
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(dòng)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(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。
影響膨潤土礦物吸附作用的因素是:
1)膨潤土類型的影響。鈉質(zhì)膨潤土的吸附能力明顯比鈣質(zhì)等其他類型的膨潤土礦物吸附能力強(qiáng)。
2)膨潤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高會(huì)壓縮膨潤土顆粒雙電層,抑制膨潤土的分散和擴(kuò)散,甚至使膨潤土產(chǎn)生凝聚和聚結(jié)。
造漿率是膨潤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)每噸膨潤土造漿的立方數(shù)是衡量膨潤土質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo),一般鈉質(zhì)膨潤土的造漿性能比鈣質(zhì)膨潤土要好。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。
蒙脫石的性質(zhì)和層間的交換性陽離子種類有很大關(guān)系。根據(jù)層間主要交換性陽離子的種類,通常蒙脫石分為鈣蒙脫石和鈉蒙脫石。
蒙脫石有吸附性和陽離子交換性能,可用于除去食油的毒素、汽油和煤油的凈化、廢水處理;由于有很好的吸水膨脹性能以及分散和懸浮及造漿性,因此用于鉆井泥漿、阻燃(懸浮滅火);還可在造紙工業(yè)中做填料,可優(yōu)化涂料的性能如附著力、遮蓋力、耐水性、耐洗刷性等;由于有很好的粘結(jié)力,可代替淀粉用于紡織工業(yè)中的紗線上漿既節(jié)糧,又不起毛,槳后還不發(fā)出異味,真是一舉雙得。
總的說,鈉質(zhì)蒙脫石(或鈉膨潤土)的性質(zhì)比鈣質(zhì)的好。