（4）钙蒙脱石以两层水分子最稳定； （5）钠蒙脱石可有1、2、3层水分子，层 间阳离子为K+时，吸水性最差。 （6）吸水性除与层间阳离子种类有关外， 还与层电荷的位置有关。 A. 层电荷来自八面体片时，吸水性强； B. 来自四面体片时，吸水性弱。
二、工艺技术特性
1. 表面电性(由3类电荷贡献)
1) 层电荷:单位晶胞最多可达0.6，不受介质 pH值的影响。——这是蒙脱石表面负电性的主 要原因；
4. 阳离子交换性和吸附性
阳离子交换能力主要与层间阳离子的种类 有关，也受蒙脱石的粒度、结晶度、介质性质等 因素影响。
1）在pH=7的水介质中，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）——主要是层间阳离子的交换。 2）晶体端面所吸附的离子也具可交换性，且随 颗粒变细而增大。
第13章 蒙脱石和膨润土
(montmorillonite) and (bentonite)
一、概述
1. 膨润土：是一种以蒙脱石为主要矿物的粘 土岩，蒙脱石含量一般在40~90%，还含有长石、 石英、伊利石、沸石、高岭石、云母等矿物。 2. 最早于1888年在美国怀俄明州罗克河 (Rock River)附近的泰勒(Taylor)地区发现并开 采，后由Knight(1898)正式命名。
11. 蒙脱石的化学式
Ex(H2O)n{(Al2xMgx)2[(Si,Al)4O10](OH)2} 1）四面体中由Si和少量Al、Fe、Ti占据。 2）八面体主要被Al占据，Mg、Fe、Zn、 Ni、Li、Cr等可代替Al。 3）二价阳离子代替三价阳离子是产生层间 电荷的主要原因。 4）Ｅ为层间阳离子，主要为Ca 2+、Na+， 其次有K+、Li+等。 5）x表示Ｅ为一价阳离子时单位化学式的 层电荷数，一般在0.2~0.6之间。
12. 层间水与结构-性能的关系
（1） 层间水的含量取决于层间阳离子的 种类及环境温度和湿度。 （2）水分子是以层的形式吸附于结构层之 间，最多可达四层。 （3）水分子数（n）、水分子层数和d001 间的关系为： n： 0~2 水分子层数： 0 d001/nm： 0.96 8 14 20 1 2 3 1.25 1.55 1.85 26 4 2.05
D. 絮凝体的骨架包含大量的水，在浓厚的分散液中， 当絮凝发展到整个体系时，即成凝胶。 E. 较稀薄的蒙脱石分散液，当吸附聚积发展到一 定程度时，颗粒增大，产生沉淀。
2）钠蒙脱石：钠蒙脱石遇水膨胀可形成永 久性乳浊液或悬浮液。——这种悬浮液具有一定 的粘滞性、触变性和润滑性。
3）钙蒙脱石：膨胀性较小的钙蒙脱石在水 中虽可以迅速分散，但一般会很快絮凝沉淀。 4）造浆性：蒙脱石的造浆性不及坡缕石和 海泡石。 A. 钠蒙脱石的造浆率约为10m3/t; B. 钙蒙脱石的造浆率较低。
3）以蒙脱石为主的白色粘土(pH＜７，称酸性
白土）脱色率可达100%，活化处理可增强其吸附性和 脱色性。
5. 热稳定性
A. 加热至200~700℃出现缓慢的膨胀;
B. 700~800℃时有一急剧膨胀过程，生成 无水蒙脱石, 接着有一个较大的收缩。 C. 950℃又重新开始膨胀。
3. 膨润土与斑脱岩（taylorite）、膨土岩同 义。
4. 在工业领域，用做漂白剂和吸附剂的膨润 土被称为漂白土（fuller’s earth）。 5. 膨润土的分类
1）高膨胀（钠型）膨润土：可交换阳离子以 Na+离子为主，遇水高度膨胀，且形成胶体。 2）低膨胀（钙型）膨润土：可交换阳离子以 Ca2+离子为主，与水混合膨胀能力较低（略大于普通粘 土），且崩解为颗粒。 3）中膨胀（过渡型或混合型）膨润土：可交换 阳离子为Na+和Ca 2+ ，膨胀能力中等，与水混合形成 的胶体比钠型膨润土低。
4）进入分散状态成为流体时, 吸水膨胀性能 受晶胞的离解程度制约。
A. 含二价层间阳离子的蒙脱石晶胞的离 解程度比含一价层间阳离子者晶胞的离解程度低， 吸水量小，吸水率低。
B. 钙蒙脱石的吸水率和膨胀倍数大大低于钠 蒙脱石: a. 钠蒙脱石的膨胀倍数高达20~30倍;
b. 钙蒙脱石仅几倍至十几倍。
6. 颜色：膨润土的颜色有白色、黄色、橄榄 绿色、棕色和蓝色等。 7. 颗粒形态：蒙脱石矿物颗粒极细，属胶体 级，在电子显微镜下呈绒毛状或绒毛毡状。通常 呈土状或块状集合体。 8. 莫氏硬度1~2; 9. 密度2~3g/cm3。 10. 蒙脱石受热变化
1) 100~300℃之间，脱出吸附水和层间水； 2) 600~700℃之间，析出结构水(OH)-； 3) 800~900℃之间，结构破坏； 4) 900℃之后，形成新矿物尖晶石、石英等。
2) 破键电荷：产生于四面体片的基面和四 面体片、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。 pH＜７时，破键吸引H+，带正电； pH＞７时，带负电；
3)八面体片中离子离解形成的电荷。
A. 在酸性介质中，(OH)-或AlO33-离解占优 势，端面荷正电； B. 碱性介质中，Al 3+离解占优势，端面荷 负电； C. pH值约9.1为等电点。
3. 悬浮性和造浆性
蒙脱石在水介质中能分散成胶体状态——受 分散相的颗粒大小和形态控制。 1）悬浮-凝聚的形式：蒙脱石晶体表面不同 部位的电荷多样性以及颗粒的不规则性，使蒙脱 石颗粒之间有不同的聚集形式。
A. 在分散液中添加大量金属阳离子, 将降低蒙脱石 晶层面的电动电位，产生面－面型聚集，使分散相的表 面积和分散度减小。——在碱性分散液中更易发生。 B. 在酸性分散液中，若外来金属阳离子干扰少或没 有干扰时，蒙脱石晶体带正电荷的端面与晶层面组成面 －端型絮凝。 C. 在中性分散液中，端面没有双电层，是端－端絮 凝。
2. 胀性
吸水或吸附有机物后，晶层底面间距增大， 体积膨胀。
1） 高水化状态的蒙脱石, c0可达1.84 ~ 2.14
nm;
2）吸附有机分子时，c0最大可达约4.8 nm。
3）含二价层间阳离子的蒙脱石处在塑性体 －流体过渡阶段时，比含一价阳离子的蒙脱石水 化能高，吸水速度快，吸水量大，膨胀性也大。