鈉基膨潤土膠質價測試方法探究

王國強

(中國建筑材料工業地質勘查中心內蒙古總隊，內蒙古 呼和浩特 010010)

膨潤土理論結構式為(1/2Ca,Na)0.7(Al,Mg,Fe)4(Si,Al)8O20(OH)4?nH2O，是以蒙脫石為主的黏土礦物，系一種含水的層狀硅酸鹽礦物。類質同象置換是蒙脫石產生許多重要性能的原因。膨潤土具有許多優良的物化性能，如分散懸浮性、觸變流變性、吸附交換性、膨潤膨脹性、可塑性和粘結性等，因而膨潤土被作為粘結劑、吸附劑、填充劑、觸變劑、凝絮劑、穩定劑、增稠劑等廣泛使用[1-3]。

膨潤土按蒙脫石可交換陽離子種類和層電荷大小劃分屬性和屬型，通常根據占膨潤土陽離子交換容量(CEC)50%以上的主要交換性陽離子來命名其屬型。同一屬型的膨潤土，含蒙脫石愈多膠質價愈高。所以，膠質價是鑒定膨潤土礦石屬型和估價膨潤土質量的技術指標之一[1,3]。而鈉基膨潤土層間陽離子價態數小，靜電力小，層間易于分離，水合離子半徑大，分散性和懸浮性更好，測試膠質價時形成的膠體體積大，按傳統規程方法膠質價太大無法測量，國標方法中也未對鈉基膨潤土的膠質價測定進行詳細介紹。為找到測試鈉基膨潤土膠質價的合適條件，本研究在考慮便捷性和實用性的基礎上對測試參數進行對比試驗，為鈉基膨潤土膠質價的測試工作提供參考[4,5,10-16]。

1 試驗部分

1.1 試劑與器材

氧化鎂AR(滬試)，量筒100mL(申玻)，量筒500mL(申玻)。

1.2 測試方法

將定量(精確至±0.01g)試料置于已加入70mL水的帶塞量筒中，上下方向搖300 次，使試料與水混勻，應無明顯顆粒或團塊[3,6-9]。

打開量筒塞，加入定量(精確至±0.01g)輕質氧化鎂，加水至100mL 刻度處，塞緊量筒塞，再上下搖動200 次。將帶塞量筒置于不受震動的臺面上，放置24h，讀取凝膠沉降界面的刻度值(精確至0.5mL)。按下式計算膠質價：

式中：Vg 為膠質價(mL/15g)，保留一位小數；V為凝膠沉降界面的刻度值(mL)；m 為稱取試樣的質量(g)。

所有試樣都平行兩份測試，平行結果不一致或者數據異常需重新測試。

1.3 測試結果

選取內蒙古某礦區30 件樣品中的兩件按照1.2 步驟進行測試，根據國標和相關分析規程，沉降時間定為24h，針對不同量筒體積(表1)、不同稱樣量(表2)和不同氧化鎂加入量(表3)分別進行對比試驗。

表2 不同稱樣量對比

表3 不同氧化鎂加入量對比

量筒越大，所乘系數越小，精確度越高，但實用性和操作性較弱，由表1 知500mL 量筒需要加大氧化鎂加入量，考慮地質試驗樣品量多和100mL 量筒的操作便捷性，在分析工作中選用100mL 量筒作為主要試驗對象，后續500mL量筒數據僅做對比參考用。

表1 不同量筒體積對比

鈉基膨潤土膠質價高，可以降低稱樣量至1.00g或2.00g;樣重2.00g 的鈉基膨潤土膠質價整體高于樣重1.00g 的鈉基膨潤土，且樣重2.00g 的樣品的換算誤差更小。因此，本文選取樣重2.00g。

氧化鎂加入量會影響膠質價，隨著氧化鎂加入量增大膠質價數值整體下降，形成的凝膠界面也越來越明顯，加入過少會導致膠質價偏高。1.00g 樣品加入0.20g 氧化鎂凝膠界面模糊，加入0.30g 氧化鎂開始凝膠界面逐漸清晰，加入0.60g 氧化鎂時界面明顯；2.00g 樣品加入0.40g 氧化鎂凝膠界面模糊，加入0.50g 氧化鎂凝膠界面開始清晰，加入0.70g 氧化鎂時界面明顯。結合500mL 量筒5.00g 氧化鎂界面沉降明顯，氧化鎂過量界面非常明顯是沉降過渡的表現，實際膠質價結果大于試樣中選擇10.00g 樣品加5.00g 氧化鎂的膠質價結果。通過分析統計凝膠界面，得到稱樣量為1.00g 時氧化鎂選擇0.60g、稱樣量為2.00g 時氧化鎂選擇0.70g 試驗條件較好。為減少系數誤差，本研究認為稱樣量為2.00g 氧化鎂加入量為0.70g 為最佳試驗條件。

2 討論

膠質價與膨潤土中蒙脫石的雙電層厚度和金屬陽離子的水化性質和濃度有關。本文中鈉基膨潤土一價鈉離子靜電力小，雙電層厚度大，分散性和吸水性好，形成的膠體體積大，膠質價高，需要減少稱樣量進行試驗檢測。鎂離子水化作用后會對鈉基膨潤土的雙電層形成壓縮，使得膨潤土凝聚，加速膠質價膠體的形成；氧化鎂量太少，會導致凝聚緩慢，膠體形成界面模糊，對應試驗中氧化鎂量太少膠體界面模糊；氧化鎂過量，鎂離子水化后，過量壓縮雙電層，會使凝絮形成速度加快的同時也使膠體體積偏小，膠質價結果偏低，對應試驗中氧化鎂越來越多，膠質價結果越來越小[4,16]。故氧化鎂加入量需要控制好。試驗中鈉基膨潤土樣品稱樣量減少后，原始條件的1.00g 氧化鎂對應的樣品變少，鎂離子水化后對鈉基膨潤土雙電層壓縮過量，會導致結果偏低，故需要條件試驗找到合適的稱樣量和氧化鎂加入量。

本文是在國家標準方法的基礎上，結合原理分析及試驗結果數據、試驗膠體形態對比分析得出結論。生產測試中發現不同礦區鈉基膨潤土差別特別大，稱樣量和氧化鎂加入量需要根據礦區樣品特點進行分析、條件試驗對比才可得出。

3 結論

(1)測試膨潤土膠質價需要綜合考慮形成的凝膠界面是否清晰，氧化鎂是否加入太少或過量，對比稱樣10.00g 體積500mL 的測試結果，認為試驗最佳條件為稱樣量2.00g，氧化鎂加入量0.70g，量筒100mL，靜置時間24h。

(2)膠質價屬于物化性能試驗，非常容易產生誤差，試驗中發現氧化鎂的干燥程度和振蕩的力度都容易導致結果產生較大誤差。試驗中應使用有效期內保存完好的氧化鎂，振蕩力度基本一致，保證振蕩完成后試液均勻無顆粒，同一樣品至少兩組試驗結果一致。

(3)鈉基膨潤土的稱樣量、氧化鎂加入量和體積并不成固定比例關系，三者中任一條件變化時其他兩因素的調整量需要根據試驗條件和對比試驗確定。

(4)本試驗方法解決了鈉基膨潤土膠質價高不易測定的問題，填補了鈉基膨潤土膠質價測定方法的空白，且操作便捷，測量范圍廣，能夠測量大多數范圍的鈉基膨潤土膠質價。