膨潤(rùn)土是一種黏土巖、亦稱(chēng)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。
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(chēng)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。
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。
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(chēng)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(lèi)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(lèi)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)。
肉眼鑒定中,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。