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蒙脱石的结构特点及物理化学性质

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蒙脱石的结构特点及物理化学性质

2020-08-23

内蒙古蒙脱石是含少量碱金属和碱土金属的层状水铝硅酸盐矿物,其结构层为2:1型,层间具有水分子和可交换阳离子的二八面体型铝硅酸盐,以蒙脱石为主要矿物成分的黏土称为膨润土。


1、蒙脱石的结构特点


晶格内的异价类质同象置换是蒙脱石较基本、较主要的构造特性,蒙脱石的晶体结构是由两层硅氧四面片和一层夹于其间的铝(镁)氧(羟基)八面体片构成,其硅氧四面体中的Si4+常被Al3+置换,铝氧八面体中的Al3+可被Mg2+、Fe2+等低价阳离子置换,使晶体层(结构层)间产生多余的负电荷。


为了保持电中性,晶层间吸附了大半径的阳离子如K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Li+、H+等,这些阳离子是以水化状态出现,并且是可相互交换的,使蒙脱石族矿物具有离子交换力等一系列特性。


2、蒙脱石的物理化学性质


蒙脱石的形态、成分和结构特点决定了它的优良吸附性、阳离子交换性、分散悬浮性、可塑性、黏结性等。


蒙脱石


(1)表面电性


蒙脱石的表面电性来自于以下三方面:


层电荷:每个晶胞较高可达0.6,且不受介质pH值的影响。这是蒙脱石表面负电性的主要原因。


破键电荷:产生于四面体片的基面、八面体片的端面,系Si-O破键和Al-O(OH)破键的水解作用所致。当pH值小于7时,破键吸引H+,表面带正电;当pH值大于7时,表面带负电。


八面体片中离子离解形成的电荷:在酸性介质中,OH-离解占优势,端面电荷为正电;在碱性介质中,Al3+离解占优势,端面电荷为负电;pH值为9.1左右为等电点。


(2)膨胀性


蒙脱石吸水或吸附有机物质后,晶层间距增大,体积膨胀。钙蒙脱石的吸水率和膨胀倍数大大低于钠蒙脱石。钠蒙脱石的膨胀倍数高达20-30倍,而钙蒙脱石仅几倍至十几倍。


(3)分散悬浮性和造浆性


蒙脱石在水介质中能分散成胶体状态。钠蒙脱石遇水膨胀可形成长时间性的悬浮液或乳浊液。这种悬浮液具有相对的黏滞性、触变形和润滑性。蒙脱石的造浆性不如坡缕石和海泡石好,钠蒙脱石的造浆率可达10m3/t,钙蒙脱石的造浆率较低。


(4)阳离子交换性和吸附性


蒙脱石的结构单元是两个硅氧四面体层夹一个铝氧八面体组成,靠共用的氧原子连接,其层间的阳离子可以交换,这些可交换的阳离子为钾、钠、钙、镁、铝、锂等,并很容易使颗粒分裂成带电胶体,晶层间被吸附的阳离子具有可交换性。天然蒙脱石在pH值为7的水介质中的阳离子交换容量为70-140mmol/100g(相当于每个晶胞带0.5-1个静电荷)。蒙脱石的离子交换主要是层间阳离子交换。晶体层面吸附的离子也具有交换性,且随颗粒变细而增大。蒙脱石的阳离子交换能力主要与层间阳离子的类型有关。


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