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膨润土
膨润土的广泛定义为“主要由蒙脱石类矿物组成的岩石,不考虑成因和产地”。与蒙脱石经常伴生的粘土矿物有伊利石、高岭石、埃洛石、绿泥石、水铝英石以及一些间层粘土矿物。伴生的非粘土矿物有石英、长石、沸石、石膏、方解石、黄铁矿、氧化铁矿物以及岩屑等。膨润土还常有钾、钠、钙、镁的盐类矿物。
膨润土( Bentonite )一词源于1898年美国怀俄明州一粘土产地名。中国出现的译名有斑脱岩、搬土、皂土、膨土岩等名称。
膨润土是人类利用最早的矿产之一,古代主要用于制陶。近代工业有十分广泛的用途,铸造、能源、钻探、造纸、化工、建筑、医药、纺织等几十个部门,与膨润土有关的产品多达400~500种,被誉为万能的矿物原料,因此在国民经济中有独特的作用。
一、矿石矿物原料特点
膨润土矿的颜色有白色、乳酪色、淡灰色、淡黄绿色、淡红色、褐红色以及黑色、斑杂色等。油脂光泽、蜡状光泽,有的为土状光泽。断口常为贝壳状或锯齿状。结构构造多种多样,有块状、微层纹状、角砾状、土状及斑杂状构造;泥质结构为主,尚有变余火山碎屑、角砾凝灰及粉砂状结构。
膨润土的主要矿物成分是蒙皂石(Smectite)族矿物,为有益组分。蒙皂石族矿物包括二八面体和三八面体两个亚族,而膨润土所含通常为二八面
体亚族中的矿物,有以下三种矿物:
+()Si4O10(OH)2·nH2O
+() O10(OH)2·nH2O
+3+() O10(OH)2·nH2O
其中E+为可交换的层间阳离子。
3+3+二八面体亚族的晶体化学通式为:Mu+V+Z(AlxFeyMgz)(Si4-(u+v)Fev、Alu)O10(OH)2 ·nH2O。
式中u+v+z为层间电荷,蒙脱石一般为22,贝得石的y、v、z为零,绿脱石v、x、z为零。某些膨润土以三八面体亚族中的皂石(一种含镁的蒙皂石)和锂蒙脱石(含锂和镁的变种)为主要矿物成分。
膨润土中常混杂有非蒙皂石族的矿物,含量不等。混杂成分可归为三类:其他粘土矿物,例如高岭石和伊利石;粒状及片状硅酸盐矿物和岩屑;可溶性盐类。非蒙皂石族矿物及各种杂质对膨润土的物理化学性能有明显的影响,因此为有害组分。
膨润土的性能由所含矿物成分而定。二八面体蒙皂石的端员成分之一蒙脱石属于单斜晶系,晶胞参数:a0=,b0=,c0=~.。化学成分:SiO2 48%~56%,Al2O3 11%~22%,Fe2O3 0%~5%,MgO 4%~9%,CaO %~%,H2O 12%~24%。此外还含有K2O、Na2O、MnO、FeO、TiO2、P2O5、Cl和CO2等。矿物颗粒细,在电子显微镜下可见到片状、球状、海绵状等集合体形状。
2++++3+蒙脱石具有离子交换性能,主要是阳离子如Na+、Ca、K、Mg2、Li、H+、Al等,交
换是可逆的。在pH为7的介质中阳离子交换容量为70~140me/100g。
蒙脱石通常含有三种状态的水,表面自由水,层间吸附水和晶格水。蒙脱石吸水性很强,吸水后膨胀,即晶格底面间距增大,在高水化状态时晶