鈉基膨潤(rùn)土膠質(zhì)價(jià)測(cè)試方法探究

王國(guó)強(qiáng)

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心內(nèi)蒙古總隊(duì)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

膨潤(rùn)土理論結(jié)構(gòu)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(lèi)質(zhì)同象置換是蒙脫石產(chǎn)生許多重要性能的原因。膨潤(rùn)土具有許多優(yōu)良的物化性能，如分散懸浮性、觸變流變性、吸附交換性、膨潤(rùn)膨脹性、可塑性和粘結(jié)性等，因而膨潤(rùn)土被作為粘結(jié)劑、吸附劑、填充劑、觸變劑、凝絮劑、穩(wěn)定劑、增稠劑等廣泛使用[1-3]。

膨潤(rùn)土按蒙脫石可交換陽(yáng)離子種類(lèi)和層電荷大小劃分屬性和屬型，通常根據(jù)占膨潤(rùn)土陽(yáng)離子交換容量(CEC)50%以上的主要交換性陽(yáng)離子來(lái)命名其屬型。同一屬型的膨潤(rùn)土，含蒙脫石愈多膠質(zhì)價(jià)愈高。所以，膠質(zhì)價(jià)是鑒定膨潤(rùn)土礦石屬型和估價(jià)膨潤(rùn)土質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)之一[1,3]。而鈉基膨潤(rùn)土層間陽(yáng)離子價(jià)態(tài)數(shù)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(cè)試膠質(zhì)價(jià)時(shí)形成的膠體體積大，按傳統(tǒng)規(guī)程方法膠質(zhì)價(jià)太大無(wú)法測(cè)量，國(guó)標(biāo)方法中也未對(duì)鈉基膨潤(rùn)土的膠質(zhì)價(jià)測(cè)定進(jìn)行詳細(xì)介紹。為找到測(cè)試鈉基膨潤(rùn)土膠質(zhì)價(jià)的合適條件，本研究在考慮便捷性和實(shí)用性的基礎(chǔ)上對(duì)測(cè)試參數(shù)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，為鈉基膨潤(rùn)土膠質(zhì)價(jià)的測(cè)試工作提供參考[4,5,10-16]。

1 試驗(yàn)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(cè)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(yīng)無(wú)明顯顆?；驁F(tuán)塊[3,6-9]。

打開(kāi)量筒塞，加入定量(精確至±0.01g)輕質(zhì)氧化鎂，加水至100mL 刻度處，塞緊量筒塞，再上下?lián)u動(dòng)200 次。將帶塞量筒置于不受震動(dòng)的臺(tái)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(jì)算膠質(zhì)價(jià)：

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

所有試樣都平行兩份測(cè)試，平行結(jié)果不一致或者數(shù)據(jù)異常需重新測(cè)試。

1.3 測(cè)試結(jié)果

選取內(nèi)蒙古某礦區(qū)30 件樣品中的兩件按照1.2 步驟進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)國(guó)標(biāo)和相關(guān)分析規(guī)程，沉降時(shí)間定為24h，針對(duì)不同量筒體積(表1)、不同稱(chēng)樣量(表2)和不同氧化鎂加入量(表3)分別進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

表2 不同稱(chēng)樣量對(duì)比

表3 不同氧化鎂加入量對(duì)比

量筒越大，所乘系數(shù)越小，精確度越高，但實(shí)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(zhì)試驗(yàn)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(yàn)對(duì)象，后續(xù)500mL量筒數(shù)據(jù)僅做對(duì)比參考用。

表1 不同量筒體積對(duì)比

鈉基膨潤(rùn)土膠質(zhì)價(jià)高，可以降低稱(chēng)樣量至1.00g或2.00g;樣重2.00g 的鈉基膨潤(rùn)土膠質(zhì)價(jià)整體高于樣重1.00g 的鈉基膨潤(rùn)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(huì)影響膠質(zhì)價(jià)，隨著氧化鎂加入量增大膠質(zhì)價(jià)數(shù)值整體下降，形成的凝膠界面也越來(lái)越明顯，加入過(guò)少會(huì)導(dǎo)致膠質(zhì)價(jià)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(kāi)始凝膠界面逐漸清晰，加入0.60g 氧化鎂時(shí)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(kāi)始清晰，加入0.70g 氧化鎂時(shí)界面明顯。結(jié)合500mL 量筒5.00g 氧化鎂界面沉降明顯，氧化鎂過(guò)量界面非常明顯是沉降過(guò)渡的表現(xiàn)，實(shí)際膠質(zhì)價(jià)結(jié)果大于試樣中選擇10.00g 樣品加5.00g 氧化鎂的膠質(zhì)價(jià)結(jié)果。通過(guò)分析統(tǒng)計(jì)凝膠界面，得到稱(chēng)樣量為1.00g 時(shí)氧化鎂選擇0.60g、稱(chēng)樣量為2.00g 時(shí)氧化鎂選擇0.70g 試驗(yàn)條件較好。為減少系數(shù)誤差，本研究認(rèn)為稱(chēng)樣量為2.00g 氧化鎂加入量為0.70g 為最佳試驗(yàn)條件。

2 討論

膠質(zhì)價(jià)與膨潤(rùn)土中蒙脫石的雙電層厚度和金屬陽(yáng)離子的水化性質(zhì)和濃度有關(guān)。本文中鈉基膨潤(rùn)土一價(jià)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(zhì)價(jià)高，需要減少稱(chēng)樣量進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。鎂離子水化作用后會(huì)對(duì)鈉基膨潤(rùn)土的雙電層形成壓縮，使得膨潤(rùn)土凝聚，加速膠質(zhì)價(jià)膠體的形成；氧化鎂量太少，會(huì)導(dǎo)致凝聚緩慢，膠體形成界面模糊，對(duì)應(yīng)試驗(yàn)中氧化鎂量太少膠體界面模糊；氧化鎂過(guò)量，鎂離子水化后，過(guò)量壓縮雙電層，會(huì)使凝絮形成速度加快的同時(shí)也使膠體體積偏小，膠質(zhì)價(jià)結(jié)果偏低，對(duì)應(yīng)試驗(yàn)中氧化鎂越來(lái)越多，膠質(zhì)價(jià)結(jié)果越來(lái)越小[4,16]。故氧化鎂加入量需要控制好。試驗(yàn)中鈉基膨潤(rùn)土樣品稱(chēng)樣量減少后，原始條件的1.00g 氧化鎂對(duì)應(yīng)的樣品變少，鎂離子水化后對(duì)鈉基膨潤(rùn)土雙電層壓縮過(guò)量，會(huì)導(dǎo)致結(jié)果偏低，故需要條件試驗(yàn)找到合適的稱(chēng)樣量和氧化鎂加入量。

本文是在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合原理分析及試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)、試驗(yàn)?zāi)z體形態(tài)對(duì)比分析得出結(jié)論。生產(chǎn)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)不同礦區(qū)鈉基膨潤(rùn)土差別特別大，稱(chēng)樣量和氧化鎂加入量需要根據(jù)礦區(qū)樣品特點(diǎn)進(jìn)行分析、條件試驗(yàn)對(duì)比才可得出。

3 結(jié)論

(1)測(cè)試膨潤(rùn)土膠質(zhì)價(jià)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(guò)量，對(duì)比稱(chēng)樣10.00g 體積500mL 的測(cè)試結(jié)果，認(rèn)為試驗(yàn)最佳條件為稱(chēng)樣量2.00g，氧化鎂加入量0.70g，量筒100mL，靜置時(shí)間24h。

(2)膠質(zhì)價(jià)屬于物化性能試驗(yàn)，非常容易產(chǎn)生誤差，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)氧化鎂的干燥程度和振蕩的力度都容易導(dǎo)致結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。試驗(yàn)中應(yīng)使用有效期內(nèi)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(wú)顆粒，同一樣品至少兩組試驗(yàn)結(jié)果一致。

(3)鈉基膨潤(rùn)土的稱(chēng)樣量、氧化鎂加入量和體積并不成固定比例關(guān)系，三者中任一條件變化時(shí)其他兩因素的調(diào)整量需要根據(jù)試驗(yàn)條件和對(duì)比試驗(yàn)確定。

(4)本試驗(yàn)方法解決了鈉基膨潤(rùn)土膠質(zhì)價(jià)高不易測(cè)定的問(wèn)題，填補(bǔ)了鈉基膨潤(rùn)土膠質(zhì)價(jià)測(cè)定方法的空白，且操作便捷，測(cè)量范圍廣，能夠測(cè)量大多數(shù)范圍的鈉基膨潤(rùn)土膠質(zhì)價(jià)。