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(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(jìn)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(qiáng),另外純度較高、蒙脫石含量高的膨潤土的膨脹性要強(qiáng)。
層間陽離子為Na+時(shí)稱鈉基膨潤土;層間陽離子為Ca2+時(shí)稱鈣基膨潤土;層間陽離子為H+時(shí)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(jī)陽離子時(shí)稱有機(jī)膨潤土。
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。活性白土不溶于水、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。
膨潤土的層間陽離子種類決定膨潤土的類型,層間陽離子為Na+時(shí)稱鈉基膨潤土;層間陽離子為Ca+時(shí)稱鈣基膨潤土.鈉質(zhì)蒙脫石(或鈉膨潤土)的性質(zhì)比鈣質(zhì)的好。但世界上鈣質(zhì)土的分布遠(yuǎn)廣于鈉質(zhì)土,因此除了加強(qiáng)尋找鈉質(zhì)土外就是要對(duì)鈣質(zhì)土進(jìn)行改性,使它成為鈉質(zhì)土。
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土表面的現(xiàn)象,稱為膨潤土的吸附作用。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)常利用膨潤土礦物的吸附特性來調(diào)整不同使用目的的泥漿參數(shù),如添加降濾失劑,就是通過高分子聚合物一端吸附在膨潤土顆粒表面,另一端溶于水使膨潤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。