xx大学《材料物理化学》第四章总

1、编辑ppt材料学院编辑ppt 本章着重介绍粘土水系统本章着重介绍粘土水系统 粘土为许多无机非金属材料的原料，粘土为许多无机非金属材料的原料，在陶瓷原料中，粘土是重要的组成原料或在陶瓷原料中，粘土是重要的组成原料或辅助原料辅助原料 粘土水系统在无机材料，尤其是硅粘土水系统在无机材料，尤其是硅酸盐工业中，具有非常重要的地位酸盐工业中，具有非常重要的地位 编辑ppt1 1、胶体的定义：、胶体的定义： (1) (1) 胶体：胶体是由物质的三种状态所组成的胶体：胶体是由物质的三种状态所组成的高度分散的物系高度分散的物系 (2) (2) 高度分散物系：一种或几种物质以极微小高度分散物系：一种或几种物质以极

2、微小的粒子分散在另一种物质中所组成的物系的粒子分散在另一种物质中所组成的物系 编辑ppt (3) (3) 分散相与连续相：分散物系中被分散的分散相与连续相：分散物系中被分散的物质称为分散相物质称为分散相( (分散物质、分散内相、分分散物质、分散内相、分散质散质) )，分散其它物质的介质称为连续相，分散其它物质的介质称为连续相( (分分散介质、分散外相、分散剂散介质、分散外相、分散剂) ) (4) (4) 特点：高度分散性及多相性为分散物系特点：高度分散性及多相性为分散物系的特点的特点 聚结不稳定性、流变性聚结不稳定性、流变性编辑ppt2分散物系的分类：分散物系的分类：a、真溶液：粒子、真溶液：

3、粒子 f，10编辑ppt FfD，F f，af/DF/D， D时时a 其中其中a称为表观粘度称为表观粘度 实例为：新拌的混凝土实例为：新拌的混凝土 编辑pptDF宾汉型宾汉型f编辑ppt2、塑性流体：、塑性流体： 应力超过某一最低值才开始流动。随剪应力超过某一最低值才开始流动。随剪切应力增加，粘度相应增加；直至剪切应切应力增加，粘度相应增加；直至剪切应力达一定值后，物料发生牛顿型流动力达一定值后，物料发生牛顿型流动 编辑ppt (1) 特点：特点： 低剪切速度下高粘度；低剪切速度下高粘度；高剪切速度下低粘度高剪切速度下低粘度 F fN 时，时，FfBD 实例：油漆、油墨、泥浆等实例：油漆、油墨

4、、泥浆等 编辑pptDF塑流型塑流型f1fBfN15编辑ppt3、假塑性流体：、假塑性流体： 类似于塑性流体，但无屈服值类似于塑性流体，但无屈服值 流动特点：流动特点： 表观粘度随切变速率增加而降低表观粘度随切变速率增加而降低 实例：高聚物溶液、淀粉浆等实例：高聚物溶液、淀粉浆等 编辑pptDF假塑流型假塑流型编辑ppt4、膨胀型流体、膨胀型流体 与假塑性流体相反。搅拌时变得占稠，与假塑性流体相反。搅拌时变得占稠，而停止搅拌后又恢复原来的流动状态而停止搅拌后又恢复原来的流动状态 流动特点：表观粘度随切变速率增加流动特点：表观粘度随切变速率增加而增加而增加 编辑pptDF膨胀型膨胀型编辑ppt1

5、明确胶体分散系统的分类、性质及稳定因素，熟悉胶体的基本理论。 2重点掌握粘土-水系统的胶体的特性，明确其带电原因、电学性质、胶团结构。明确粘土-水系统的其胶体性质（流动性、稳定性、触变性、可塑性）。编辑ppt粘土胶体并非指干粘土，而指粘土水两相系统粘土胶体并非指干粘土，而指粘土水两相系统粘土粒子一般为片状；粘土粒子一般为片状；粘土中的水：吸附水结构水粘土中的水：吸附水结构水 吸附水：吸附在粘土矿物层之间，约吸附水：吸附在粘土矿物层之间，约100200 可脱去，对粘土水系统很重要；可脱去，对粘土水系统很重要；结构水：以结构水：以OH基形式存在于粘土晶格中，基形式存在于粘土晶格中，400600 脱

6、去脱去20编辑ppt分散在水中的粘土颗粒在电流影响下分散在水中的粘土颗粒在电流影响下(电场作用电场作用下下)会向阳极移动，说明粘土会向阳极移动，说明粘土(Clay)颗粒带负电颗粒带负电荷荷 1809年卢斯年卢斯(Luse)发现发现编辑ppt湿粘土湿粘土沙层沙层水水水水土粒土粒编辑ppt一、粘土电荷种类一、粘土电荷种类 1 1、负电荷、负电荷 A、粘土所带负电荷主要由粘土晶格内同、粘土所带负电荷主要由粘土晶格内同晶置换所产生晶置换所产生 B、粘土负电荷还可以由吸附在粘土表面、粘土负电荷还可以由吸附在粘土表面的腐植质离解而产生（随的腐植质离解而产生（随pH值改变，碱性环值改变，碱性环境有利于境有利

7、于H离解产生更多负电荷）离解产生更多负电荷） 编辑ppt 粘土组成：粘土组成： 硅氧四面体构成的层状硅氧四面体构成的层状结构硅酸盐，部分硅被铝取代结构硅酸盐，部分硅被铝取代形成铝氧八面体形成铝氧八面体 编辑ppt 同晶置换：同晶置换： 部分硅氧四面体中的硅部分硅氧四面体中的硅(四价四价)被铝被铝(三三价价)取代，部分铝氧八面体中的铝取代，部分铝氧八面体中的铝(三价三价)被被镁、铁等镁、铁等(二价二价)取代，从而产生剩余负电荷取代，从而产生剩余负电荷 编辑ppt 棱边与板面：棱边与板面： 在层状结构硅酸盐中，以共价键在层状结构硅酸盐中，以共价键联结的原子层层面称为板面联结的原子层层面称为板面(垂

8、直于垂直于C轴轴)，而原子层面中断的边沿称为棱边，而原子层面中断的边沿称为棱边 编辑ppt层状硅酸盐结构的板面和边面层状硅酸盐结构的板面和边面高龄石蒙脱石编辑ppt 电荷分布：电荷分布： 大部分负电荷分布在层状硅酸盐的大部分负电荷分布在层状硅酸盐的板面板面(垂直于垂直于C轴轴) 板面上的负电荷可以依靠静电引力吸引一些介质中的阳离子以平衡编辑ppt2、两性电荷、两性电荷 粘土颗粒在一定条件下也可以带正粘土颗粒在一定条件下也可以带正电荷。棱边为层状结构的断裂处，棱边电荷。棱边为层状结构的断裂处，棱边上存在的活性破键上存在的活性破键(悬键悬键)在不同的介质中在不同的介质中接受或释放质子接受或释放质子

9、(H)而带电荷而带电荷 因此，粘土颗粒所带的正电荷主要因此，粘土颗粒所带的正电荷主要分布在棱边上分布在棱边上 编辑pptn实验证明：30编辑ppt3、净电荷（综合电性）、净电荷（综合电性） 粘土的正负电荷的代数和为粘土的净电荷。粘土的正负电荷的代数和为粘土的净电荷。 板面上电荷通常被其它正离子抵销，但在溶液板面上电荷通常被其它正离子抵销，但在溶液中易发生离解而显现出板面的负电荷，棱边局部的中易发生离解而显现出板面的负电荷，棱边局部的正电荷抵销部分后，整个粘土颗粒一般都带负电荷正电荷抵销部分后，整个粘土颗粒一般都带负电荷 编辑pptn粘土颗粒的荷电性是其具有一系列胶体化学性质的主要原因之一编辑p

10、ptn粘土颗粒由于破键、晶格内类质同晶置粘土颗粒由于破键、晶格内类质同晶置换和吸附在粘土表面腐殖质离解等原因换和吸附在粘土表面腐殖质离解等原因而带负电。因此，它必然要吸附介质中而带负电。因此，它必然要吸附介质中的阳离子来中和其所带的负电荷，被吸的阳离子来中和其所带的负电荷，被吸附的阳离子又能被溶液中其它浓度大价附的阳离子又能被溶液中其它浓度大价数高的阳离子所交换，即粘土的阳离子数高的阳离子所交换，即粘土的阳离子交换性质交换性质编辑ppt一、粘土的阳离子吸附与交换一、粘土的阳离子吸附与交换1 1、阳离子吸附：、阳离子吸附： 由于粘土带负电荷，因而必然要吸由于粘土带负电荷，因而必然要吸附介质中的阳

11、离子以达到电中性附介质中的阳离子以达到电中性 编辑ppt2、阳离子交换：、阳离子交换： 粘土上被吸附的阳离子又能被溶液中粘土上被吸附的阳离子又能被溶液中其它浓度大，电价高的阳离子交换下来其它浓度大，电价高的阳离子交换下来 NaClayCaCaClayNaNa22235编辑pptn对对Ca2而言是由溶液转移到胶体上，是离而言是由溶液转移到胶体上，是离子的吸附过程。子的吸附过程。n对被粘土吸附的对被粘土吸附的Na转入溶液而言是解吸转入溶液而言是解吸过程。过程。n吸附和解吸的结果，使钙、钠离子相互换吸附和解吸的结果，使钙、钠离子相互换位即进行交换。由此可见，离子吸附是粘位即进行交换。由此可见，离子吸

12、附是粘土胶体与离子之间相互作用。而离子交换土胶体与离子之间相互作用。而离子交换则是离子之间的相互作用。则是离子之间的相互作用。编辑ppt3、离子交换特点：、离子交换特点：(1)、同号离子相互交换、同号离子相互交换(2)、离子以等当量进行交换、离子以等当量进行交换(3)、交换和吸附是可逆过程、交换和吸附是可逆过程(4)、交换不影响粘土本身结构、交换不影响粘土本身结构编辑ppt 离子交换在化工生产、离子交换在化工生产、湿法冶金等过程的净化除杂湿法冶金等过程的净化除杂上有广泛应用上有广泛应用编辑ppt4、离子交换容量、离子交换容量CeC： (1)定义为定义为pH=7时，时，100g干粘土所吸附离子干

13、粘土所吸附离子的的mg或或mmol当量数当量数 由于阳离子交换容量通常代表了粘土在一定pH条件下的净负电荷数，各种粘土矿物交换容量数值相差巨大； 故可通过测定粘土阳离子交换容量鉴定矿物组成。编辑ppt(2)、影响因素：、影响因素：A、矿物组成：疏松与否、同晶置换多少、矿物组成：疏松与否、同晶置换多少B、粘土粒度：比表面积及棱边破键数、粘土粒度：比表面积及棱边破键数C、有机质数：影响电荷数、有机质数：影响电荷数D、溶液、溶液 P H：影响棱边释放：影响棱边释放/吸收质子数从吸收质子数从 而影响粘土净电荷而影响粘土净电荷E、离子浓度：影响离子与粘土的撞击几率、离子浓度：影响离子与粘土的撞击几率 4

14、0编辑ppt5、离子吸附顺序：、离子吸附顺序： 离子吸附顺序主要取决于粘土与离子吸附顺序主要取决于粘土与离子间作用力大小离子间作用力大小 影响粘土与离子间作用力大小的影响粘土与离子间作用力大小的因素主要是电荷数及其水化半径因素主要是电荷数及其水化半径(阳离阳离子的表观大小子的表观大小) 编辑ppt不同电价：不同电价： M3M2M (H例外例外)相同电价：相同电价： R小小水膜厚水膜厚距离增大距离增大(水化半径水化半径大大)吸引力下降吸引力下降吸附顺序为：吸附顺序为：（离子价效应、离子水化半径）（离子价效应、离子水化半径） HAl3+Ba2+Ca2+Mg2+K+Na+Li+H：容积小，电荷密度高

15、：容积小，电荷密度高编辑ppt 6 6、吸附发生位置：、吸附发生位置： 阳离子吸附在板面及棱阳离子吸附在板面及棱边上进行边上进行 编辑ppt二、粘土的阴离子吸附与交换二、粘土的阴离子吸附与交换 由于粘土棱边带两性电由于粘土棱边带两性电荷，一定条件下可以发生阴离荷，一定条件下可以发生阴离子吸附及交换子吸附及交换 。编辑ppt阴离子吸附的特点：阴离子吸附的特点：(1)、阴离子吸附在棱边上进行、阴离子吸附在棱边上进行(2)、吸附量随、吸附量随PH增加而降低增加而降低 (3)、若阴离子形状与粘土棱边结构相适、若阴离子形状与粘土棱边结构相适 应则吸附牢固应则吸附牢固 45编辑ppt阴离子吸附顺序：阴离子

16、吸附顺序： OHCO32P2O74I BrClNO3FSO42 编辑pptn粘土粒子的水化：粘土粒子的水化：起源水为极性分子粘土起源水为极性分子粘土粒子带电粒子带电OHHOHHHOOC非极性分子非极性分子 1.板面同晶置换带负电；2.吸附腐殖质的分解；3.边面：破键、悬键。编辑ppt一、粘土与水的作用一、粘土与水的作用 1、氢键联结：、氢键联结： 粘土晶粒表面上粘土晶粒表面上O/OH与与H2O以氢以氢键键合，继而发生第二层氢键键合，直键键合，继而发生第二层氢键键合，直至水分子的热运动足以克服氢键的键合至水分子的热运动足以克服氢键的键合 编辑ppt 氢键：水分子基团上的H核外无电子，容易受到另一

17、个电负性较大的原子（离子），如：O、F等的吸引而形成较强的相互作用ClayOOHHOOHHHOHHOHH编辑ppt 2、静电作用：粘土颗粒表面附近存在、静电作用：粘土颗粒表面附近存在静电场，使极性水分子定向排列。水静电场，使极性水分子定向排列。水分子的正电荷中心向着粘土。分子的正电荷中心向着粘土。 ClayE极性水分子定向排列r增大、定向程度减小自由水自由水无定向无定向50编辑ppt3、阳离子水化：、阳离子水化： 粘土颗粒表面的交换性阳离子粘土颗粒表面的交换性阳离子发生水化发生水化Clay带负电的带负电的Clay表面表面吸附阳离子吸附阳离子交换性阳离子带电，因此必然与水分子发生作用水化阳离子E

18、 编辑pptn水化阳离子水化膜厚度：n同价离子，离子半径因素：qLi Na Kn异价离子，离子价因素：q高价离子表面电荷密度更高，静电引力越大，水化分子数越大编辑pptn交换阳离子影响粘土表面水化的方式n1.本身的水化，即本身具有水分子的外壳。n2.与水分子竞争，键接到粘土晶体的表面，并倾向于破坏水分子的结构。 Clay +-E编辑ppt编辑pptn故：以上原因使粘土表面吸附着层层定向排列的水分子，极性分子依次重叠，直至水分子热运动足以克服上述引力作用n粘土粒子与阳离子水分子共同构成粘土胶团编辑pptn1.结晶水：矿物晶体构造的一部分n例：铝氧八面体中的OH层。n2.吸附水（结合水）：n极性水

19、分子 带电粘土表面 n 水化膜水化膜n3.自由水：存在于粘土颗粒的孔隙、孔道中，不受粘土束缚，自由运动。分子间力，静电引力55编辑ppt 吸附水（结合水）类型：吸附水（结合水）类型： A、牢固结合水：吸附水膜，、牢固结合水：吸附水膜，310水分子水分子厚。厚。 这部分水与粘土颗粒形成一个整这部分水与粘土颗粒形成一个整体，一起在介质体，一起在介质(电场中）中移动电场中）中移动水分子层完全定向排列EClay +-编辑pptB、疏松结合水：扩散水膜、疏松结合水：扩散水膜 吸附水膜外定向程度较差的水吸附水膜外定向程度较差的水C、自由水：松结合水外不受粘土颗粒影响的水。、自由水：松结合水外不受粘土颗粒影

20、响的水。r r增大，水分子定向程度越差增大，水分子定向程度越差Clay自由水自由水 疏松结合水疏松结合水牢固结合水牢固结合水编辑ppt6、结合水量的影响因素：、结合水量的影响因素： (1)、矿物组成：影响粘土电荷而影响所形成的电场及、矿物组成：影响粘土电荷而影响所形成的电场及水化作用强弱。水化作用强弱。 矿物矿物阳离子交换阳离子交换容量容量水化水化程度程度其他其他蒙脱石蒙脱石最高最高最好最好分散度也好分散度也好高龄石高龄石低低差差分散度也低，颗粒粗，非分散度也低，颗粒粗，非膨胀型矿物膨胀型矿物伊犁石伊犁石较低较低差差晶层晶层K的特殊作用，非的特殊作用，非膨胀型矿物膨胀型矿物编辑ppt(2)、粘

21、土分散度：、粘土分散度： 粘土颗粒的棱边面积及比表面积粘土颗粒的棱边面积及比表面积 比如：高岭石：粒度越细，边面越比如：高岭石：粒度越细，边面越多，结合水量越大；而蒙脱石、蛭石的多，结合水量越大；而蒙脱石、蛭石的结合水量与粒度关系不大。结合水量与粒度关系不大。编辑ppt(3)、吸附的阳离子种类：、吸附的阳离子种类： A、对异价离子：一价、对异价离子：一价二价二价三价三价 B、对同价离子：、对同价离子： 离子半径大离子半径大水化半径小水化半径小吸附水量少吸附水量少60编辑ppt离离子子价价效效应应离子离子半径半径效应效应Clay Li+ Clay Na+ Na+Na+Clay Ca2+Ca2+

22、水分子/Ca2175水分子/Na 编辑pptCa水化CaCa蒙脱石：晶格膨胀蒙脱石：晶格膨胀CaNaNa0.88nmNa1.7nm4nmNaNaNaNaNaNaNa蒙脱石：晶格膨胀、晶层分离蒙脱石：晶格膨胀、晶层分离编辑pptn因此，为了提高粘土（如膨因此，为了提高粘土（如膨润土）的水化性能，一般需润土）的水化性能，一般需将其水化，使钙膨润土变为将其水化，使钙膨润土变为钠膨润土钠膨润土编辑pptn不同交换阳离子引起水化程度不同不同交换阳离子引起水化程度不同的原因：的原因：n粘土单元层间的作用力：n1. 层间阳离子水化产生的膨胀力及层（带负电荷）间的斥力。n2. 粘土单元：晶层层间阳离子晶层 之

23、间的静电引力编辑pptn钙土：晶格膨胀静电引力大于晶层间斥力n钠土：晶层分离晶层斥力大于静电引力 粘土渗透膨胀，形成扩散双电层 双电层斥力导致晶层分离65编辑ppt 固体与液体接触，除了润湿、铺展和吸附外，还可呈固体与液体接触，除了润湿、铺展和吸附外，还可呈现出带电现象，使固液界面出现特殊的双电层结构。界面现出带电现象，使固液界面出现特殊的双电层结构。界面带电后具有特殊性质，可在外电场作用下，使固液界面发带电后具有特殊性质，可在外电场作用下，使固液界面发生相对位移，从而导致电位或电流的产生，即动电现象。生相对位移，从而导致电位或电流的产生，即动电现象。编辑pptn胶体带负电胶体带负电周围必然分

24、布水化正离子以保持整周围必然分布水化正离子以保持整个分散体系电中性个分散体系电中性双电层双电层双电层中的正离子双电层中的正离子 胶粒表面负电荷胶粒表面负电荷吸引力吸引力热运动热运动扩散至液相扩散至液相两种相反作用两种相反作用正离子扩散地分布在界面周围正离子扩散地分布在界面周围扩散双电层扩散双电层编辑ppt1 1、胶体的动电性质：、胶体的动电性质： 在电场作用下，胶体中固体颗粒相对于液相在电场作用下，胶体中固体颗粒相对于液相作相对移动时表现出来的电学性质称为胶体的作相对移动时表现出来的电学性质称为胶体的动动电性质电性质流动电位、沉降电位编辑ppt2、电位：电位： 在外电场作用下，粘土质点及吸附牢

25、固的水在外电场作用下，粘土质点及吸附牢固的水化阳离子向阳极移动，此层称为吸附层。另一部化阳离子向阳极移动，此层称为吸附层。另一部分水化阳离子却向阴极移动，称为扩散层分水化阳离子却向阴极移动，称为扩散层编辑ppt 吸附层（）、扩散层（）所带电荷相吸附层（）、扩散层（）所带电荷相反，电位不同，相对运动时存在电位差，称为反，电位不同，相对运动时存在电位差，称为动电电位或称为动电电位或称为-电位电位 (即吸附层表面与扩散层外整体的电即吸附层表面与扩散层外整体的电位差位差)70编辑ppt3、电位：电位： 质点表面与扩散层总电位质点表面与扩散层总电位差称为热力学电位差或差称为热力学电位差或-电位电位（或（

26、或E表示）表示） 显然：显然： 或或E 编辑ppt介质中，粒子移介质中，粒子移动时，吸附层随动时，吸附层随胶粒一起移动，胶粒一起移动，滑动面在吸附层滑动面在吸附层与扩散层之间。与扩散层之间。E吸附层吸附层扩散层扩散层距离距离d固体固体表面表面带电带电：吸附层界面：吸附层界面（滑动面）（滑动面）均匀液相均匀液相：固体表面：固体表面均匀液相均匀液相编辑ppt吸附层吸附层扩散层扩散层距离距离d粘土表面双电层Clay溶剂化水编辑ppt4、阳离子对、阳离子对电位的影响：电位的影响： A、-电位与阳离子浓度有关，电位与阳离子浓度有关， -电位随扩电位随扩散层厚度减小而减小散层厚度减小而减小 任何电解质的加

27、入均会影响任何电解质的加入均会影响-电位。电解电位。电解质具有压缩双电层作用：质具有压缩双电层作用：电解质电解质阳离子浓度阳离子浓度越易扩散越易扩散进入吸附层机会进入吸附层机会胶粒净负电荷胶粒净负电荷扩散层变薄扩散层变薄-电位电位编辑ppt-0+d112d21234 1234 ：电解质加入量：电解质加入量4等电态等电态 电解质电解质吸附层吸附层逐渐压缩双电层厚度逐渐压缩双电层厚度d3 3075编辑ppt编辑ppt B、 一般有高价阳离子或大有机离子存在一般有高价阳离子或大有机离子存在时，时，d有可能小于吸附层厚度有可能小于吸附层厚度，发生，发生-电位变电位变号号 (此时，阳离子被强烈吸附到吸附

28、层之内）编辑ppt胶粒符负电-电位电位0；胶粒等电态-电位电位0；胶粒再符正电-电位电位0部分电解质被胶粒强烈吸引，进入吸附层扩散层阳离子全部进入吸附层编辑pptC、阳离子种类的影响：、阳离子种类的影响： 离子半径效应：离子半径效应： 对同价离子，对同价离子，离子半径大，对应水化离子半径小离子半径大，对应水化离子半径小，双电层厚度薄，电位下降快，双电层厚度薄，电位下降快，-电位小电位小 编辑pptn离子价效应：M3M2M（H2O除外）n阳离子价态越高阳离子价态越高对粘土表面负电荷的抵消越对粘土表面负电荷的抵消越多多双电层厚度越薄双电层厚度越薄-电位越低电位越低80编辑ppt 其中其中为动电电位

29、，为动电电位，为为表面电荷密度，表面电荷密度，d为双电层厚为双电层厚度，度，D为介质介电常数为介质介电常数 Dd /4编辑ppt12/30/202184三、粘土的胶团结构三、粘土的胶团结构 胶团胶粒胶团胶粒(胶核吸附层胶核吸附层)扩散层扩散层 胶核附近静电引力强，空隙小，阳胶核附近静电引力强，空隙小，阳离子水化程度低离子水化程度低 编辑ppt12/30/202185胶胶 核：粘土质点本身，带负电荷核：粘土质点本身，带负电荷吸附层：围绕胶核的定向偶极水分子吸附层：围绕胶核的定向偶极水分子 及水合阳离子，水胶核在介及水合阳离子，水胶核在介 质中移动质中移动扩散层：吸附层之外，阳离子浓度及扩散层：吸

30、附层之外，阳离子浓度及 粘土负电荷逐渐递减的扩散粘土负电荷逐渐递减的扩散 层层 编辑ppt12/30/202186粘土的胶团结构例：仅由晶格取代引起的钠微晶高岭土的胶团结构：编辑pptn胶体粒子的带电情况、双电层结构及理论是从静静态角度态角度考虑；而从动态角度动态角度考虑在外场作用下带电粒子的情况：在外电场下或外力作用下使粘土固液两相发生相对运动的现象称为电动现象，而所有的电动现象都与电位直接相关，电位直接相关，如粒子在外场作用下的移动速度等，因此学习电位对深入学习胶粒的电动现象有着十分重大的指导意义。编辑ppt2021-12-3088第五节第五节 粘土水系统的胶体性质粘土水系统的胶体性质一、

31、泥浆的流动性和稳定性一、泥浆的流动性和稳定性流动性：流动性：粘度粘度小小流动性好流动性好流动度流动度1/ n稳定性稳定性:长时间保持初始长时间保持初始流动度流动度n1.1.沉降稳定性：沉降稳定性：n重力重力分散相颗粒分散相颗粒下沉下沉速度小速度小稳定性好稳定性好n2.2.聚结稳定性聚结稳定性: :n分散相颗粒分散相颗粒自动聚结变大自动聚结变大（降低分散度（降低分散度聚结不稳定聚结不稳定编辑ppt2021-12-3089n沉降稳定性的影响因素：沉降稳定性的影响因素：分散相离子大小、分散介质粘度及分散分散相离子大小、分散介质粘度及分散相和分散介质的密度差相和分散介质的密度差n动力学实验证明：胶体是

32、动力学实验证明：胶体是动力稳定体系动力稳定体系，具有具有较高的沉降稳定性较高的沉降稳定性。n因此，讨论粘土的稳定性，主要考虑其因此，讨论粘土的稳定性，主要考虑其聚结稳定性聚结稳定性n粘土水分散体系：粘土颗粒的分散与粘土水分散体系：粘土颗粒的分散与聚结相互转化聚结相互转化 泥浆性能发生变化泥浆性能发生变化本质本质编辑ppt2021-12-3090n聚结稳定性的影响因素：聚结稳定性的影响因素：n1.双电层斥力双电层斥力n粘土颗粒聚结合并前，必然要移动，随粘粘土颗粒聚结合并前，必然要移动，随粘土颗粒一起运动的仅为吸附层的阳离子。土颗粒一起运动的仅为吸附层的阳离子。n电位表征了实际负电荷的多少。电位表

33、征了实际负电荷的多少。n电位电位颗粒间斥力越大颗粒间斥力越大难以聚结难以聚结聚结稳定性好聚结稳定性好n2.2.吸附溶剂化层的稳定作用吸附溶剂化层的稳定作用n吸附吸附固液界面表面能固液界面表面能阻止聚结阻止聚结n水化膜水化膜粘度、弹性粘度、弹性妨碍胶粒聚结妨碍胶粒聚结（水分子定向排列）编辑ppt2021-12-3091ZetaZeta电位的测量表征对粉体，电位的测量表征对粉体，胶体体系的评价有重要意义胶体体系的评价有重要意义。超细超细TiOTiO2 2超细超细TiOTiO2 2编辑ppt2021-12-30921、无机材料制备中对泥浆的要求（如注、无机材料制备中对泥浆的要求（如注浆成型工艺）浆成

34、型工艺） 含水量低：孔隙少，收缩率小含水量低：孔隙少，收缩率小 流动性好：减小粘度流动性好：减小粘度 稳定性高：稳定性高： 电位高电位高编辑ppt2021-12-3093 在实际的泥浆系统中，通过引在实际的泥浆系统中，通过引入减水剂入减水剂(碱性电解质碱性电解质)，在降低水量，在降低水量的同时，提高系统的流动性的同时，提高系统的流动性(减小粘减小粘度度)和稳定性和稳定性(提高动电电位提高动电电位)。编辑ppt2021-12-3094高岭土中加入NaOH剪切力速度降1234x=0 x=0.02 molx=0.2 mol编辑ppt2021-12-3095电解质加入量粘度高岭土中加入NaOH泥浆稀释

35、曲线编辑ppt2021-12-3096 系统粘度随电解质的加入量增加系统粘度随电解质的加入量增加而出现一个极小值而出现一个极小值。 加入电解质，粘土在介质中分散加入电解质，粘土在介质中分散泥浆稀释（胶溶）泥浆稀释（胶溶）。 过多电解质，粘土粒子聚集变粘过多电解质，粘土粒子聚集变粘泥浆增稠泥浆增稠 （絮凝）（絮凝）。编辑ppt2021-12-30972、电解质对粘度的影响、电解质对粘度的影响 粘土为层状结构，片状粘土颗粒在粘土为层状结构，片状粘土颗粒在介质中由于板面、边面所带的电荷不介质中由于板面、边面所带的电荷不同必然表现出不同的结合方式。同必然表现出不同的结合方式。在泥浆中其结合形式可分为：

36、在泥浆中其结合形式可分为：编辑ppt2021-12-3098边面结合：边面结合： 静电引力静电引力高粘度高粘度边边结合：边边结合：静电引力静电引力高粘度高粘度面面结合：面面结合： 无吸引状态无吸引状态低粘度低粘度编辑ppt2021-12-3099泥浆胶溶的条件：泥浆胶溶的条件：流变学观点：只有面面结合可以降流变学观点：只有面面结合可以降低粘度；欲使泥浆在相同含水量下粘度低粘度；欲使泥浆在相同含水量下粘度降低，则需拆开泥浆内部的边面、边降低，则需拆开泥浆内部的边面、边边结合边结合 因此，需要具备的条件为因此，需要具备的条件为 :编辑ppt2021-12-30100(1)、碱性介质：、碱性介质：只

37、有在碱性条件下棱边、板面均只有在碱性条件下棱边、板面均带负电荷，保证不发生结合带负电荷，保证不发生结合 。酸性条件下，棱边带正电荷，易酸性条件下，棱边带正电荷，易与带负电荷的板面形成结合；弱碱与带负电荷的板面形成结合；弱碱性和中性条件下，棱边局部带正电性和中性条件下，棱边局部带正电荷，易形成边面结合与边边结荷，易形成边面结合与边边结合。（尤其是合。（尤其是高岭石高岭石）编辑ppt2021-12-30101(2)、碱金属离子存在以交换原吸附离子：、碱金属离子存在以交换原吸附离子： 欲分散，需使粒子间有足够的排斥力欲分散，需使粒子间有足够的排斥力及溶剂化膜及溶剂化膜 其中其中f为排斥力；为排斥力；

38、为动电电位；为动电电位；1/K为扩为扩散层厚度散层厚度 Kf/2Eiter：编辑ppt2021-12-30102碱金属离子作用的两个方面：碱金属离子作用的两个方面： A、对、对电位的影响：电位的影响：MM2M3，自然界：自然界：Ca土、土、Mg土等为主土等为主 所以碱金属离子须置换粘土中所以碱金属离子须置换粘土中Ca2、 Mg2电位增加（离子价效应）电位增加（离子价效应） B、随、随M增加，增加，1/K下降，下降，电位下降。电位下降。（阳离子加入压缩双电层作用）（阳离子加入压缩双电层作用） 编辑ppt2021-12-30103 因此，因此，M正好完全置换正好完全置换M2时最佳时最佳； 粘土充分

39、胶溶，粘度最低粘土充分胶溶，粘度最低； 高高电位及厚扩散层的电位及厚扩散层的Na黏土具备黏土具备了胶溶稳定的条件了胶溶稳定的条件。编辑ppt(3)、阴离子作用：、阴离子作用： 阴离子与原粘土上阳离子形成稳定络合阴离子与原粘土上阳离子形成稳定络合物或不溶物，则碱金属离子的交换反应更物或不溶物，则碱金属离子的交换反应更趋完全趋完全 。 完全交换的途径：增加完全交换的途径：增加M浓度，但易絮凝；浓度，但易絮凝；选择适合的阴离子选择适合的阴离子 。编辑ppt2021-12-30105 聚合阴离子在胶溶过程中的特殊作用聚合阴离子在胶溶过程中的特殊作用： 硅酸盐、磷酸盐及有机阴离子在硅酸盐、磷酸盐及有机阴

40、离子在水介质中发生聚合，易牢固地吸附在棱水介质中发生聚合，易牢固地吸附在棱边上，棱边带正电时起中和作用，棱边边上，棱边带正电时起中和作用，棱边带负电时以物理吸附增加负电荷。结果带负电时以物理吸附增加负电荷。结果使净负电荷增加，增加粒子间排斥力，使净负电荷增加，增加粒子间排斥力，使其充分分散使其充分分散 。编辑ppt2021-12-30106n比如：硅酸盐工业中有机无机复比如：硅酸盐工业中有机无机复合物被广泛作为胶溶剂：合物被广泛作为胶溶剂：n如：木质素璜酸钠，聚丙烯酸酯，如：木质素璜酸钠，聚丙烯酸酯，芳香醛璜酸盐等芳香醛璜酸盐等编辑ppt2021-12-30107二、泥浆的触变性二、泥浆的触变

41、性1、触变性、触变性 胶体系统当搅拌或振荡时，内部胶体系统当搅拌或振荡时，内部结构能暂时被破坏，但静止后能够再恢结构能暂时被破坏，但静止后能够再恢复原来结构，这种性质称为触变性复原来结构，这种性质称为触变性 。编辑ppt2021-12-30108 泥浆的状态可以分为：稀释流泥浆的状态可以分为：稀释流动态、稠化凝聚态以及介于二者之动态、稠化凝聚态以及介于二者之间的中间触变态间的中间触变态 。泥浆静泥浆静止：凝固止：凝固扰动：扰动：流动流动静止：重静止：重新凝固新凝固* 为触变态：似是而非为触变态：似是而非 编辑ppt2021-12-30109 凝固态凝固态流动态向流动态向凝固态凝固态的转变是逐渐

42、进行的，非突跃性的变的转变是逐渐进行的，非突跃性的变化，并伴随着粘度的变化化，并伴随着粘度的变化 。触变是介于分散和凝絮之间的中间状态触变是介于分散和凝絮之间的中间状态编辑ppt2021-12-30110n2、触变产生的原因触变产生的原因HoffmanHoffman模型模型n HoffmanHoffman模型又称为模型又称为“纸牌结构纸牌结构”或或“卡片结构卡片结构” 编辑ppt2021-12-30111nA、泥浆胶溶：粘土颗粒的活性边面、泥浆胶溶：粘土颗粒的活性边面正电荷被中和而使颗粒间相互排斥正电荷被中和而使颗粒间相互排斥而分散而分散。面面结合面面结合n B、不完全胶溶：少量正电荷未被、不

43、完全胶溶：少量正电荷未被中和，棱边负电荷不足以排斥板面中和，棱边负电荷不足以排斥板面负电荷而聚集负电荷而聚集。结果：形成局部边面、边边结合结果：形成局部边面、边边结合编辑ppt2021-12-30112高岭石触变结构示意图高岭石触变结构示意图疏松网架结构疏松网架结构六角片状粒子三维网络架状空隙包裹大量自由水局部边边（面）结合编辑ppt2021-12-30113nHoffman模型：模型：n 不完全胶溶的体系中，局部边不完全胶溶的体系中，局部边- -面面/ /边边- -边聚合边聚合组成三维网络，包裹大量自由水的结构，使得体组成三维网络，包裹大量自由水的结构，使得体系变得粘稠系变得粘稠( (高粘度

44、高粘度) )；n边面斥力边面斥力稍加稍加剪切力即可破坏三维网剪切力即可破坏三维网络，释放自由水，体系变得稀释而恢复流络，释放自由水，体系变得稀释而恢复流动性；动性；n边面引力边面引力静止后，重新生成网络结构静止后，重新生成网络结构 在变化中，动力学因素在变化中，动力学因素结构重建结构重建需要一定、需要一定、时间过程时间过程。 编辑ppt2021-12-30114n3 3、触变影响因素、触变影响因素n A、泥浆含水量：、泥浆含水量：n 水多水多胶粒间远胶粒间远边面引力小边面引力小胶胶粒定向性弱粒定向性弱不易形成触变结构不易形成触变结构 ；n 反之，在胶溶泥浆的含水范围内，反之，在胶溶泥浆的含水范

45、围内，泥浆越稠，粒子相互接触，越易形成触泥浆越稠，粒子相互接触，越易形成触变结构。变结构。编辑ppt2021-12-30115nB、粘土矿物组成：、粘土矿物组成：n 矿物结构遇水膨胀，水的渗入有矿物结构遇水膨胀，水的渗入有两种方式：两种方式：n水渗入颗粒间（高岭石、伊犁石）水渗入颗粒间（高岭石、伊犁石）n水渗入单位晶格间。水渗入单位晶格间。n蒙脱石等具有两种形式的水化膨胀，蒙脱石等具有两种形式的水化膨胀，遇应力破坏时释放的水多，静止时遇应力破坏时释放的水多，静止时“消耗消耗”的水亦多，触变明显的水亦多，触变明显。 编辑ppt2021-12-30116nC、粘土胶粒大小及形状：、粘土胶粒大小及形

46、状：n粘土胶粒细小粘土胶粒细小活性边面多活性边面多易形易形成触变结构；成触变结构；n 粘土胶粒形状不规则粘土胶粒形状不规则形成卡片结形成卡片结构时需要的颗粒数少构时需要的颗粒数少易形成触变易形成触变结构结构。 编辑ppt2021-12-30117nD D、电解质种类及数量：、电解质种类及数量：n 触变效应与吸附的阳离子及吸附离子的触变效应与吸附的阳离子及吸附离子的水化有关。水化有关。n吸附阳离子吸附阳离子电价低、半径小电价低、半径小粘土的结合粘土的结合水多水多触变性下降触变性下降 临界临界Zeta电位电位粘土胶粒-电位电位略高于高于聚沉聚沉稳定稳定触变性触变性（静止：边面（静止：边面吸引，卡片

47、吸引，卡片结构）结构）编辑ppt2021-12-30118nE、温度：、温度：n 温度温度热运动（布朗运热运动（布朗运动）动）颗粒间联系颗粒间联系触变触变性性 编辑ppt12/30/2021119三、粘土的可塑性三、粘土的可塑性1.1.粘土的可塑性是对泥团系统而言：粘土的可塑性是对泥团系统而言：粘土水粘土水( (一定比例一定比例) ) 泥团泥团 可塑性可塑性剪切力某屈服值剪切力某屈服值任意塑型任意塑型应力消除应力消除形状保持形状保持编辑ppt产生可塑性的原因:l 一般来说，干的泥料只有弹性，颗粒间表面力使一般来说，干的泥料只有弹性，颗粒间表面力使泥料聚在一起，由于这种力的作用范围很小，稍泥料聚

48、在一起，由于这种力的作用范围很小，稍有外力即可使泥料开裂。有外力即可使泥料开裂。l要使泥料能塑成一定形状而不开裂，则必须提高要使泥料能塑成一定形状而不开裂，则必须提高颗粒间作用力，同时在产生变形后能够形成新的颗粒间作用力，同时在产生变形后能够形成新的接触点，接触点，l基于这种认识，有过种种关于泥料塑性的产生机基于这种认识，有过种种关于泥料塑性的产生机理。理。编辑ppt(1) 固体键理论n可塑性是由于粘土可塑性是由于粘土水界面键力作用的结果。水界面键力作用的结果。n粘土和水结合时，第一层水分子是牢固结合的，它不粘土和水结合时，第一层水分子是牢固结合的，它不仅通过氢键与粘土粒子表面结合，同时也彼此

49、联结成仅通过氢键与粘土粒子表面结合，同时也彼此联结成六角网层。六角网层。n随着水量增加，这种结合力减弱，开始形成较不规则随着水量增加，这种结合力减弱，开始形成较不规则排列的松结合水层。它起着润滑剂作用，虽然氢键结排列的松结合水层。它起着润滑剂作用，虽然氢键结合力依然起作用，但泥料开始产生流动性。合力依然起作用，但泥料开始产生流动性。n当水量继续增加，即出现自由水，泥料向流动状态过当水量继续增加，即出现自由水，泥料向流动状态过渡。渡。编辑pptn因此对应于可塑状态，泥料应有一个最适宜的因此对应于可塑状态，泥料应有一个最适宜的含水量，这时它处于松结合水和自由水间的过含水量，这时它处于松结合水和自由

50、水间的过渡状态。渡状态。编辑ppt(2). 紧薄膜理论n在水存在时，颗粒间隙的毛细管作用对粘土粒子结合的影在水存在时，颗粒间隙的毛细管作用对粘土粒子结合的影响。响。n认为在塑性泥料的粒子间存在两种力，一是粒子间的吸引认为在塑性泥料的粒子间存在两种力，一是粒子间的吸引力；另一种是带电胶体微粒间的斥力。力；另一种是带电胶体微粒间的斥力。n由于在塑性泥粒中颗粒间形成半径很小的毛细管（缝隙），由于在塑性泥粒中颗粒间形成半径很小的毛细管（缝隙），当水膜仅仅填满粒子间这些细小毛细管时，毛细管力大于当水膜仅仅填满粒子间这些细小毛细管时，毛细管力大于粒子间的斥力，颗粒间形成一层张紧的水膜，泥粒达到最粒子间的斥

51、力，颗粒间形成一层张紧的水膜，泥粒达到最大塑性。大塑性。n当水量多时，水膜的张力松弛下来，粒子间吸引力减弱。当水量多时，水膜的张力松弛下来，粒子间吸引力减弱。水量少时，不足以形成水膜，塑性也被破坏。水量少时，不足以形成水膜，塑性也被破坏。编辑ppt(3). 胶团与介质，胶团与胶团之间的静电引力n可塑性是基于带电粘土胶团与介质中离子之间的可塑性是基于带电粘土胶团与介质中离子之间的静电引力和胶团间的静电斥力作用的结果。静电引力和胶团间的静电斥力作用的结果。n由于粘土胶团的吸附层和扩散层厚度是随交换性由于粘土胶团的吸附层和扩散层厚度是随交换性阳离子的种类而变化的。阳离子的种类而变化的。n当两个颗粒逐

52、渐接近到吸附层以内，斥力开始明当两个颗粒逐渐接近到吸附层以内，斥力开始明显表现出来，但随着距离拉大，斥力迅速降低。显表现出来，但随着距离拉大，斥力迅速降低。当引力占优势，它吸引其它粘土粒子包围自己而当引力占优势，它吸引其它粘土粒子包围自己而呈可塑性。呈可塑性。n当斥力大于引力，可塑性较差。因此可以通过阳当斥力大于引力，可塑性较差。因此可以通过阳离子交换来调节粘土可塑性。离子交换来调节粘土可塑性。编辑ppt2021-12-301252、粘土中颗粒间作用力、粘土中颗粒间作用力 粘土中颗粒间吸引力：范围为粘土中颗粒间吸引力：范围为20埃左右埃左右 引力斥力1.范德华力范德华力2.局部边面的静电引力局

53、部边面的静电引力3.毛细管力。毛细管力。 其中毛细管力为最主要的作用力其中毛细管力为最主要的作用力编辑ppt2021-12-30126 粘土中颗粒间斥力：范围为粘土中颗粒间斥力：范围为200埃左右埃左右 n粘土表面带电荷n静电斥力静电斥力ClayClay同性相斥同性相斥编辑ppt2021-12-30127颗粒间力的平衡：颗粒间力的平衡： 吸引力和排斥力均随颗粒间距离而吸引力和排斥力均随颗粒间距离而变化。在某一适当距离，两力达到平衡。变化。在某一适当距离，两力达到平衡。受外力作用时，合力线向上移动，颗粒受外力作用时，合力线向上移动，颗粒间距离改变。间距离改变。编辑ppt2021-12-30128

54、外力去除后，在吸引力作用下颗粒外力去除后，在吸引力作用下颗粒间距离恢复原状间距离恢复原状(对应于弹性变形对应于弹性变形)F弹性变形弹性变形编辑ppt2021-12-30129外力较大：颗粒间发生相对位移外力较大：颗粒间发生相对位移 在在新位置上重新形成吸引力新位置上重新形成吸引力外力去除外力去除颗粒在新位置形成平衡颗粒在新位置形成平衡(塑性变形塑性变形)塑性变形塑性变形F编辑ppt2021-12-30130外力很大外力很大颗粒间距离超出吸引力范颗粒间距离超出吸引力范围围只有排斥力作用只有排斥力作用:泥团断裂泥团断裂F泥团断裂泥团断裂编辑ppt2021-12-30131水膜厚水膜厚吸引力吸引力排

55、斥力排斥力吸力为主吸力为主可塑可塑含水量含水量编辑ppt2021-12-30132颗粒间：引力斥力含水量大含水量大含水量低含水量低不含水，不含水，干泥料干泥料颗粒间距远颗粒间距远颗粒接近颗粒接近20埃埃20埃埃:泥浆状态泥浆状态:塑性体塑性体:弹性体、弹性体、易断裂易断裂仅范氏力仅范氏力斥力为主斥力为主引力增大引力增大编辑ppt2021-12-30133由于泥团中吸引力主要来自毛细管由于泥团中吸引力主要来自毛细管力，颗粒间的水膜起到关键的作用。力，颗粒间的水膜起到关键的作用。连续水膜能否维持是决定其塑性的主连续水膜能否维持是决定其塑性的主要因素要因素 。编辑ppt2021-12-30134所以

56、：水量适当水量适当毛细管内：水膜保持连续性 合力：吸力为主颗粒间距颗粒间距适当适当可塑性水量太小毛细管力水量太大水膜太厚颗粒间距合力：斥力或无吸引力水膜中断编辑ppt2021-12-301353 3、影响泥团可塑性的因素、影响泥团可塑性的因素(1)(1)、矿物组成：、矿物组成： 矿物组成不同矿物组成不同比表面积悬殊比表面积悬殊 毛细管力相差很大毛细管力相差很大可塑性不同可塑性不同 蒙脱土蒙脱土 球土球土 耐火粘土耐火粘土 瓷土瓷土 编辑ppt2021-12-30136(2)(2)、电解质（吸附或交换阳离子）：、电解质（吸附或交换阳离子）： 由于吸附离子直接影响颗粒间水膜厚度由于吸附离子直接影响

57、颗粒间水膜厚度 及吸引力，因而对可塑性影响很大。及吸引力，因而对可塑性影响很大。 吸引力大吸引力大克服吸引力位移所需力大克服吸引力位移所需力大屈服点高屈服点高塑性强弱次序同：阳离子交换顺序塑性强弱次序同：阳离子交换顺序 此外、提高阳离子交换容量也会改善可塑性编辑ppt2021-12-30137(3)、颗粒细度及形状：、颗粒细度及形状： 颗粒细颗粒细比表面积大比表面积大毛细管半径小毛细管半径小成型水分成型水分高高塑性增强；塑性增强； 对不同形状颗粒（板状、短柱状）对不同形状颗粒（板状、短柱状） 比表面积大比表面积大毛细管力大毛细管力大塑性增高塑性增高 。如片状颗粒因具有定向沉积特性，可以在较大范

58、围滑动而不致相互失去联结，因而比粒状颗粒常有较高可塑性。编辑ppt2021-12-30138(4)(4)、含水量影响含水量影响： 粘土只有在含水量为一定范围内粘土只有在含水量为一定范围内才表现出可塑性，水多则颗粒间距离才表现出可塑性，水多则颗粒间距离远，吸引力小；水少则水膜不连续，远，吸引力小；水少则水膜不连续，易断裂。易断裂。表现出塑性好的则其含水量较高表现出塑性好的则其含水量较高 编辑ppt2021-12-30139(5)、介质表面张力介质表面张力： 表面张力大表面张力大吸引力大吸引力大塑性好：塑性好： 工作性能工作性能(屈服值屈服值最大变形最大变形)13.3105水表面张力大最好的液体介

59、质水膜编辑ppt2021-12-30140(6)(6)、其它：、其它： 添加剂、有机质、颗粒方向性、添加剂、有机质、颗粒方向性、处理工艺等也都有一定影响处理工艺等也都有一定影响编辑ppt2021-12-30141总结：总结： 可塑性是粘土泥团的非常重要的可塑性是粘土泥团的非常重要的工艺性能，对于坯体的成型均匀有着工艺性能，对于坯体的成型均匀有着非常重要的意义，而决定泥团可塑性非常重要的意义，而决定泥团可塑性的重要因素是的重要因素是颗粒间连续水膜的存在颗粒间连续水膜的存在与否与否 。编辑ppt12/30/2021142第七节瘠性料的悬浮与塑化第七节瘠性料的悬浮与塑化在陶瓷原料中，粘土的加工性能好

60、，但在陶瓷原料中，粘土的加工性能好，但天然原料的成分波动大，不利于成分的准天然原料的成分波动大，不利于成分的准确控制。确控制。 化工原料纯度高、杂质少，能准确控制化工原料纯度高、杂质少，能准确控制坯料成分从而调整提陶瓷的机、电、热、坯料成分从而调整提陶瓷的机、电、热、光等性能光等性能 编辑ppt12/30/2021143n化工原料中有许多都属于瘠性料。化工原料中有许多都属于瘠性料。n因而，使用瘠性料瘠性料（氧化物及其他化学试剂）来制备材料是提高材料性能的必由之路编辑ppt2021-12-30144瘠性料瘠性料是指原料颗粒水化能力差是指原料颗粒水化能力差（亲水性差）、缺少吸附水膜，其泥（亲水性差