矿物与岩石》结课论文-膨润土的特性优势及其在建筑中的应用.docx

矿物与岩石结课论文膨润土的特性优势及其在建筑中的应用姓 名：孙巧稚班 级：无机1401学 号：1404230107浅谈蒙脱石（高岭石、沸石、蛭石等硅酸盐矿物）在建筑材料中的应用一、摘要蒙脱石（montmorillonite）又名微晶高岭石或胶岭石，是一种硅铝酸盐，其主要成分为八面体蒙脱石微粒，名称的由来是其最初发现于法国的蒙脱城而命名的。现如今，蒙脱石的应用发展方向主要有两种：一个是有关非金属矿行业中的蒙脱石，另一个则是蒙脱石在化妆品行业以及医药行业中的应用。膨润土中的有效矿物组成就是蒙脱石。膨润土是当今社会中应多最为广泛，性价比较高的一种黏土矿物。膨润土不仅应用于冶金工业，建筑材料，还应用于环保，农业等其他方面。但人们对于当今膨润土的发展需求是远远不够的。我们对膨润土的应用需求与物理性质需求越来越高，所以本次试验将会选择三种不同产地的钙基膨润土(A样，B样和C样)为研究对象，通过加入合适的分散剂，并控制适宜的工艺条件，成功的制备出性能优良的蒙脱石基质材料，为下一步含Ti蒙脱石纳米复合材料的研制打下了良好的基础。关键词：蒙脱石；膨润土；硅酸盐矿物；硅铝酸盐；建筑材料；基质；分散提纯；膨胀容二、基本介绍 蒙脱石，英文名称montmorillonite，又称为微晶高岭石或胶岭石，属于硅铝酸盐系列，化学式是(Al,Mg)2Si4O10(OH)2nH2O，颜色是白色，有时微带红色或绿色，光泽暗淡，属于单斜晶系，鳞片状者001解理完全，硬度为：22.5，晶体惯态是土状隐晶质块状，电镜下细小鳞片状，矿物密度是2到2.7之间，蒙脱石CAS1318-93-0。 膨润土，英文名称Bentoulte，又称为斑脱岩或膨土岩。膨润土常含有少量石英、长石、云母、高岭石、绿泥石、方解石、方英石及有机物等，是一种以天然蒙脱石为主要矿物成分的粘土岩。膨润土的颜色有很多,最为常见的是白色，也有浅灰色、黑色、杂色，还有以红色为主的浅红色、砖红色、肉红色、红褐色等等。膨润土的表面光泽也分很多种，主要呈油脂光泽、蜡状光泽或土状光泽,其断口通常为贝壳状或锯齿状，滑感度强，粘度高，可塑性较强。膨润土的比重约为2.2。三、定义我国对于蒙脱石产品的定义不统一，许多学习过矿物与岩石专门科目的同学包括我在内常常对蒙脱石的定义有所混淆。如今能查到的文献以及网络上专家给的关于蒙脱石产品的定义主要有二个，一个是与我们日常生活息息相关的医药行业以及化妆品行业等。医药化妆品等行业对蒙脱石产品的要求，许多专家认为这才是真正意义上的蒙脱石，他的概念最接近科研研究领域上的蒙脱石的界定，其产品含量多用XRD等方法定性定量；另一个就是与我现在所学专业关联最大的非金属矿行业。非金属矿行业对于蒙脱石产品的定义是：黏土矿中蒙脱石含量大于80%就称为蒙脱石，如蒙脱石干燥剂等，其产品含量多用吸蓝量等方法定性定量，品位不外乎为高纯度的膨润土而已，蒙脱石是膨润土的一种起主要作用的成分，但膨润土不是蒙脱石，蒙脱石也不是膨润土，只不过是蒙脱石需要从膨润土中提纯获得的。国内外称呼有关医药以及化妆品方面的蒙脱石，常常采用八面体蒙脱石或十六角蒙脱石的叫法。四、膨润土主要的物化性能 蒙脱石的理化性质有很多，他是由颗粒极细的含水铝硅酸盐构成的层状矿物，所以又被称为微晶高岭石或胶岭石。他名字的由来，是因为人们第一次发现蒙脱石是在法国。蒙脱石一般为块状或者土状，它是重要的黏土矿物。蒙脱石的分子式是(Al,Mg)2Si4O10(OH)2nH2O, 其构造中间是铝氧八面体，上面和下面是三层片状结构由铝氧四面体组成，是一种黏土矿物。蒙脱石的吸水膨胀能力较为显著，也是它比较重要的一个性质。蒙脱石所含层间可交换性阳离子种类、含量和结晶化学性质等,可将膨润土划分为钙基、钠基、镁基及钙一钠基膨润土等不同类型,但最为常见的种类是钙基和钠基膨润土两种。膨润土主要的物化性质取决于蒙脱石的含量与组成。蒙脱石是中间夹一层铝氧八面体层的2:1型结构，两层硅氧四面体层组成的结构单元。半个晶胞中，总阴离子电荷O10(OH)2为22，八面体中存在的阳离子数为2换为低价时,使原结构增加等当量的负电荷,由层间吸附阳离子补偿。由于蒙脱石晶层之间的结合力较弱，又能吸收极性水分子，并且在蒙脱石中层间阳离子与晶格价间结合为电偶极子，所以晶层间能以负一层到两层水分子。当然，蒙脱石的表面同时也吸附了一定量的水分子。接来下要介绍的就是膨润土的主要工艺特性： （1）吸湿性及吸水膨胀性 前文也有所介绍，因为蒙脱石具有吸水性，吸水过后蒙脱石的晶层地面间距会增大，所以膨润土也具有吸水膨胀性。与其他黏土矿物比较，膨润土具有很高的吸水性，尤其是钠基膨润土吸水后的膨胀倍数可达40倍以上。但膨润土中，钙基膨润土的吸水性能及膨胀率就远远没有钠基膨润土的性能高。 （2）阳离子交换性 蒙脱石的结构是由两个硅氧四面体夹一个铝氧八面体组成，中间的连接方式是靠桥氧链接，晶胞内含有高价硅离子、铝离子能部分或全部被晶胞中其它低价阳离子在四面体和八面体内发生同晶置换，所以蒙脱石单位晶胞带负电荷。膨润土具有一定的性能，它层间的阳离子很容易发生置换，并能分裂出带电粒子。由于这个性质，被吸附的阳离子具有可交换性，所以人们常常应用这一性质来改善膨润土的性能来有所应用。 （3）分散悬浮性 蒙脱石的基本孔径很小，又具有金属阳离子和羟基亲水基团，所以蒙脱石具有很强的亲水性和分散性。蒙脱石的粒子半径小于0.2nm，由于同性相斥及溶液比较稀，很难去吸附溶液中较大的颗粒，所以它就具有很好的悬浮性。(4)吸附性由于蒙脱石可以交换阳离子所以膨润土具有较高的吸附性能。因为蒙脱石的基本孔径较大，比表面积也比一般的黏土矿物大，所以它能吸附很多像溶液中的色素、有机化合物和更多溶液中较大的颗粒。并且，因为蒙脱石中具有较多的高价阳离子，例如Al离子，Si离子等等，他们可以被低价阳离子置换成一个较大的阴离子，这样就可以大大的提高它的吸附率。（5）稳定性蒙脱石具有较高的稳定性，他不仅耐高温，而且他不溶于水，微溶于强酸强碱溶液中，更不溶于有机溶液。在室温下，蒙脱石不能被强氧化剂氧化，也不能被强还原剂还原，很少有物质能破坏它。（6）可塑性膨润土具有较高的可塑性，利用这一性质，膨润土在建筑材料的应用更为广泛。（7）粘结性膨润土具有很高的亲水性，由于他的晶层间孔径很小，又不规则，再加上OH离子与H2O形成氢键，所以它具有很好的粘结性。（8）无毒无害性膨润土无毒、无害、无腐蚀这是一个非常重要的性质，利用这一性质，我们可以把膨润土发展为各个方面贴近人们的生活，例如，医药方面、农业方面、建筑方面等等。五、蒙脱石（膨润土）在建筑材料中的应用膨润土在建筑材料中一直有着较为广泛的应用，近几年来，在建筑材料的行业中加重了对块状膨润土的应用。在上世纪70年代前苏联使用膨润土与钻井膨润土的比例是2:3，随着20年的改进，在90年代这项比例优化为1:1，大大的提高了彭锐图的利用度与性能。许多人利用膨润土吸湿性、吸水膨胀性、阳离子交换性、分散悬浮性、吸附性、稳定性、可塑性、粘结性等等的优点进行改良从而做出性能更为好的膨润土供给建筑市场的应用。1、轻质墙体材料膨润土的稳定性很高，强度也很大，人们就利用这一点用膨润土来制作轻质墙体材料。用膨润土来制作轻质墙体材料不仅可以降低建筑材料的容重，更可以增加它的强度，这项应用于高层建筑居多。并且，用膨润土制造的轻质墙体材料生产过程较为简单，无须蒸汽的养护，并且具有较高的产品性能，并且具有成型速度快。由于这些优秀的性能，不仅可以提高建筑的完整性，提高建筑速度，并且还能发挥出这种材料优秀的保温性和隔音性，又可以减少许多的生产步骤，优越性十分突出。2、膨润土生产防水材料屋面防水可以用膨润土乳化沥青做防水涂料。传统的现熬热沥青的施工方法太落后，用膨润土乳化沥青做防水材料大大的提高了工效，还极大地降低了工程造价，以前的传统生产工艺也有所优化，也极大地提高了防水效果。六、试验原料与研究方法1、实验原料试验原料选自三处,分别是湖南某地膨润土(记作A),安徽某地膨润土(记作B)及湖北鄂东某地膨润土(记作C)。化学成分分析结果见表2.1。表2.1膨润土的化学成分分析结果(%)其中A膨润土呈淡黄色,为湖南某膨润土公司的初级产品,一般直接作为工程施工中的泥浆,用于钻孔、灌注桩及混凝土浇注等。B膨润土呈灰白色,为安徽某球团厂所使用的粘结剂。C膨润土呈白色,略带红色条痕,为鄂东某化工厂生产活性白土的原料。三种土样都尚未进行过深加工。2、主要试剂3、性能结构及测试方法试验过程中,对各阶段的产物进行理化性能和结构的测定,并以此评价分散提纯及改性效果。对试验产物测定其吸蓝量、膨胀容、阳离子交换容量(CEC)等理化性能，并采用X射线衍射和BET法对其进行结构分析。(l)吸蓝量吸蓝量是指膨润土分散于水溶液中,具有的吸附次甲基蓝的能力,以100克样吸附的次甲基蓝毫克当量数表示(。价009)。膨润土中的蒙脱石含量越高,吸蓝量愈多。因此,吸蓝量可作为粗略估价膨润土矿中蒙脱石相对含量的主要技术指标。具体的测定过程是：预先配置0.005mol/l的次甲基蓝标准溶液。将0.2000g试样置于盛有50ml蒸馏水的锥形瓶中摇匀,再加入20ml1%焦磷酸钠溶液。将盛有混合溶液的锥形瓶置于电炉上,加热微沸5分钟,取下冷却至室温,再用0.005mol/l的次甲基蓝标准溶液进行滴定。到达终点时记下所消耗次甲基蓝标准溶液的体积数,并按公式(2.1)算出试样的吸蓝量。B=NxVxG一,x100 公式(2.1)式中B一吸蓝量，mmol/100gN一次甲基蓝标准溶液的摩尔浓度，0.005mol/lV一滴定所消耗次甲基蓝标准溶液的体积，mlG一试样重量，g (2)膨胀容膨润土遇水有明显的膨胀性能,与盐酸溶液混合后,膨胀后所占有的体积称为膨胀容,以ml/g表示。膨胀容与膨润土的属型和蒙脱石含量有密切关系,是鉴定膨润土矿石属型和估价膨润土质量的技术指标之一。测定过程为:将1.000g试样加入已盛有3040ml蒸馏水的100ml具塞量筒内,加水至75ml,塞紧摇匀,再加入25ml浓度为1mol/l的盐酸溶液,摇匀后静置24小时,读出沉淀物界面的刻度值,即为试样的膨胀容。(3)胶质价膨润土与水按比例混合后，加适量氧化镁，使其凝聚形成的凝胶体的体积称为胶质价，以ml/15g表示。胶质价显示试样颗粒分散与水化的程度，是分散性、亲水性和膨胀性的综合表现，也是鉴定膨润土矿石属型和估价膨润土质量的技术指标之一。测定过程为:将15.00g试样加入已盛有5060ml蒸馏水的100ml具塞量筒内，加水至90ml,塞紧摇匀,再加入1.00g氧化镁,加水至100ml后，摇匀，静置24小时，读出凝胶体界面的刻度值,即为试样的胶质价。(4)阳离子交换容量(CEC)膨润土具有良好的吸附和阳离子交换性能,测定膨润土矿阳离子交换容量是综合评价膨润土矿的重要指标之一。测定采用氯化按一氨水法：将1.00g试样放入100ml的烧杯中，加入25ml3%氯化按一3%氨水溶液,搅匀，放置25分钟。边搅拌边加入10滴0.1%聚丙烯酞胺溶液，待溶液清亮后,用9cm快速定量滤纸过滤。弃去滤液,残渣继续用0.01mol/ml氨水溶液洗涤至无氯离子(硝酸银检验)。将滤纸连同残渣一起移至100ml锥形瓶中，加入25ml氯化钙一甲醛混合溶液,再加入适量NaoH标准溶液，以及6滴酚酞指示剂,塞上橡皮塞，激烈振荡1分钟。继续用NaoH标准溶液滴定至稳定的粉红色即为终点。CEC=N*V*G-1*100 公式（2.2）式中 CEC一膨润土阳离子交换容量，mmol/100gN-NaOH标准溶液的摩尔浓度，0.1mol/lV一滴定所消耗NaOH标准溶液的体积，mlG一试样重量，g (5)X射线衍射分析X射线衍射(X-Ray Diffration，RXD)被广泛地用于晶格学和矿物学领域的研究。本试验利用XRD来分析蒙脱石的层间结构和测定其层间距(d001)值。采用日本班GAKUD/Max一3B粉晶衍射仪，测定样品的001晶面e值，测试条件为CuKa射线,Ni滤波，管压3OvK,管流3OmA,扫描速度4度/分。(6)比表面积测定采用武汉石化公司的美国产MicormeiritcsASAP2000型表面吸附仪测定。试样120烘干后,在300抽真空脱气4一6h，,至13.33Mpa,NZ为吸附质，在液氮温度下(约77K)吸附,采用BET法计算比表面积。七、结果讨论膨润土是当今社会中应多最为广泛，性价比较高的一种黏土矿物。膨润土不仅应用于冶金工业，建筑材料，还应用于环保，农业等其他方面。我们虽然已经开始应用膨润土于建筑材料，但现阶段的发展是远远不够的。我国富含大量的膨润土，不仅在数量上而且在品种上也有优势，这不仅让我国建材市场更加丰富，还有利于我国建筑材料的发展。目前，我国根据膨润土的吸湿性、吸水膨胀性、