膨润土受热作用后的水-力性能研究

受核废料衰变热影响,处置库内缓冲层的膨润土会长期处于高温状态。经历持续高温作用后,膨润土的膨胀自愈能力能否得以保持,还没有明确的结论。利用马弗炉维持105 ℃恒温环境,对粉状膨润土持续加热到预定周期;然后,获得不同加热周期试样的水-力性能。结果表明,随着加热时间增长,膨润土水-力性能出现大幅衰减。借助X射线衍射仪测试发现持续加热90 d其晶面间距缩合,出现了硅质氧化物胶结,导致颗（团）粒集聚。其红外光谱和热重特征表明,持续加热作用脱去了蒙脱石层间离子水合水,引起部分Na、Mg离子随水分蒸发而逃逸,两者共同作用导致蒙脱石颗（团）粒发生缩合作用。通过观察其扫描电镜图片也能发现,经过90 d持续加热后,蒙脱石颗（团）粒表面不再层次分明,而是紧密地相互搭接,发生了显著的缩合行为。粒度分布特征进一步证实,膨润土经历90 d加热后,即使浸泡28 d,其颗（团）粒依然未被分散,可初步推断上述缩合行为不可逆。     

高庙子膨润土中蒙脱石碱性溶蚀的矿物学证据

高放废物地下处置库运营过程中,衬砌混凝土在地下水作用下产生的强碱性溶液,会扩散进入膨润土缓冲屏障,长期将使屏障性能发生退化。采用不同 pH 值的 KOH 溶液模拟衬砌混凝土溶出的碱性溶液,在室内进行为期一年的常温接触扩散试验,开展X射线荧光光谱（X-ray fluorescence spectroscopy,简称XRF）、X射线衍射（X-ray diffraction,简称 XRD）、扫描电镜（scanning electron microscope,简称 SEM）和能谱（energy dispersive spectrometry,简称 EDS）试验,研究强碱性溶液缓慢扩散对高庙子膨润土矿物的影响。XRF试验结果表明,当 KOH 溶液的 pH>12.6时,膨润土中 Si 元素的含量开始减少,即含Si 矿物蒙脱石、石英、方石英等发生了溶解;同时,K元素含量增多,表明膨润土与碱溶液发生离子交换反应,溶液中大量的K⁺进入蒙脱石层间。XRD 试验结果表明,在 pH=12.6时,蒙脱石矿物的 001峰开始右移、变宽,峰值强度大大减弱;在pH>13时,衍射角θ整体向右偏,晶面间距由原始膨润土样的1.385 3 nm（13.853 Å）减小为1.221 0 nm（12.210 Å）,表明蒙脱石矿物晶层被压缩。随着 KOH 溶液 pH 值增大,膨润土中蒙脱石、石英等矿物的含量明显减少,长石类矿物的含量逐渐增加,伊利石和斜发沸石的含量也呈现略微增多的趋势。SEM 试验结果表明,随着溶液 pH 的增大,蒙脱石部分晶层会发生重叠,进而产生部分裂隙和孔洞,加速蒙脱石的溶蚀进程。在为期一年的接触扩散试验中,pH=13.8的 KOH 溶液扩散深度超过7.5 mm,并且在碱溶液与膨润土接触面上观察到新生成的伊利石微晶,证实强碱性溶液会导致蒙脱石溶解及伊利石化。     

γ辐照老化对高庙子天然钠基膨润土力学强度和变形特性影响研究

为探究高放核废物深地质处置缓冲材料的长期稳定性,以内蒙古高庙子(GMZ)天然钠基膨润土为研究对象,揭示了γ辐照老化作用对高压实天然钠基膨润土样品力学强度和变形特性的影响。采用钴源在室温下对该膨润土进行不同累积剂量的辐照作用,分析了辐照前、后膨润土的矿物成分变化,并开展了三轴剪切以及膨胀变形试验。结果表明:γ辐照老化作用引起膨润土部分矿物成分的变化,蒙脱石微观结构稳定性降低并转化为更稳定的硅酸盐和硅铝酸盐矿物;膨润土经过辐照作用后剪切强度有所增长且随辐照剂量增大,矿物成分发生了变化,同等围压下膨润土的剪切峰值强度逐渐提高;随着围压的增大,强度增长的幅度逐渐变缓,辐照剂量对强度的影响减弱,表明围压对膨润土强度的增长有一定的抑制作用;由于辐照后蒙脱石的含量减少,膨润土的膨胀变形性能相应减弱,即膨胀力、自由膨胀应变、有荷膨胀应变等指标降低。     

碱金属离子及碱溶液对膨润土性能影响的研究进展

基于前人有关膨润土在碱性环境下的室内试验和数值模拟的研究结果 ,重点阐述了碱金属离子及碱溶液对膨润土矿物成分、微观结构、膨胀性和渗透性等方面的影响,讨论了温度、pH值与溶液浓度等对上述过程的影响。碱金属离子及碱性溶液不仅可交换膨润土中蒙脱石层间阳离子,而且可溶解膨润土中的蒙脱石,生成非膨胀性矿物,并随着温度和pH值升高,蒙脱石被溶解程度增加,从而导致了膨润土膨胀力减小,且随着温度、溶液浓度及pH值的增加,膨胀力削弱程度加强;同时,膨润土与碱金属离子及碱溶液接触时孔隙增多,进而渗透性增强,随着温度和溶液浓度增加,渗透性也明显增强。数值模拟可实现膨润土与碱性溶液长期接触时发生的矿物成分及渗透性变化的预测。高温、不同pH值的低碱性溶液及其耦合作用对膨润土的矿物化学成分、微观结构、膨胀力和渗透性的影响及机理研究应该是今后研究的重点。     

膨润土及其酸化土、碱处理酸化土的X射线衍射特征及扫描电镜下的表面特征分析

黑山膨润土及其酸化土、碱处理酸化土的X射线衍射数据及放大4500倍和33000倍的扫描电镜照片展示了不同浓度硫酸与膨润土作用后膨润土结构的变化及微观形貌的变化。分析表明：膨润土的主要矿物组分是蒙脱石，还有少量方英石和长石，膨润土经酸化改性后，随着硫酸浓度的增加，蒙脱石含量减少，结晶程度变差，颗粒表面粗糙程度增加。这为研究膨润土的酸化改性机理提供了重要的科学依据。     

刘房子钠基膨润土矿石质量研究及应用

刘房子钠基膨润土矿床是我国膨润土矿石质量优异的矿区,经过三年的详查与勘探,探明钠基膨润土矿石2 300万t,钠蒙脱石含量高可达98%,平均含量达63.74%。本文通过X射线衍射、红外吸收光谱分析、矿物的粒度分析,并结合电子扫描对矿石质量进行了研究,应用热分析方法,确定刘房子钠基膨润土矿石具有的优良特征。     

碱−热环境下MX80膨润土导热性能试验研究

以美国怀俄明州钠基（MX80）膨润土为研究对象,采用热探针法测定碱−热环境下MX80膨润土的导热系数,探讨了温度、碱液强度和干密度对试样导热系数λ的影响规律,并选择部分试样进行了X射线衍射（X-ray diffraction,简称XRD）和扫描电镜（scanning electron microscope,简称SEM）试验,揭示了碱−热环境下MX80膨润土导热性能演变的微观机制。试验结果表明：MX80膨润土的导热系数λ随碱液含量和干密度的递增而增大;在不同碱液含量条件下,膨润土的导热系数均随温度升高而增大,且碱液含量越高,导热系数的温度效应越显著;干密度较小时,膨润土导热系数λ随温度升高而增大的影响越明显,主要原因是温度促进了试样内部的水汽潜热传输;同一温度和干密度条件下,热传导系数λ随着碱液pH值的升高而降低6,且pH值越高,则λ降幅越明显,主要原因是强碱溶液腐蚀了膨润土的蒙脱石成分,减少了试样内石英含量,增大了膨润土试样的孔隙率,进而降低了膨润土导热系数,这与测试试样的XRD和SEM结果相吻合。     

用溴仿酒精溶液分离膨润土中的蒙脱石

一、引言 膨润土的一系列重要物理化学性质、使用性能(例如铸造生产中型砂的工艺性能、石油钻井泥浆等)主要由膨润土中的蒙脱石矿物含量所决定。有人通过试验证明,膨润土中的蒙脱石含量与型砂的湿压强度呈正相关关系。所以,除了鉴别膨润土的类型是属于钙基或是钠基等外,一个评价膨润土质量的重要指标就是测定膨润土中蒙脱石矿物的含量。蒙脱石的定量分析方法过去国内外介绍得比较多的有亚甲基兰染色法、X光衍射法和差热分析法等。 重液法测定蒙脱石含量的方法是F.C.Loughnan提出的。他测定了一些矿物与酒精混合后的比     

膨润土热传导性能时效性试验研究

在不同初始条件下试验研究了静置时间对高庙子钠基膨润土GMZ07和MX80膨润土压实样热传导性能的影响。在保持试样干密度和含水率不变情况下,将不同初始状态试样分别静置1、5、30、60、100 d,随后采用热探针法进行热传导系数测试,并对部分试样进行压汞试验。试验结果表明：GMZ07和MX80膨润土的热传导系数均随静置时间的增长而减小,静置早期热传导系数减小较快,随着静置时间延续,热传导系数逐渐趋于稳定。在相同干密度下,静置时间引起的热传导系数减小量随含水率的增大而增大。结合压实膨润土试样的微观孔隙结构变化,认为膨润土热传导系数随静置时间发生变化的主要原因是：试样静置过程中,蒙脱石发生水化膨胀,部分土中水转变成热传导性能较差的惰性水,导致膨润土的热传导系数减小。     

利用天然矿物承载TiO2制备光催化功能材料的研究

利用天然沸石、膨润土作载体制备的TiO2 /矿物复合体光催化材料 ,在阳光照射下对有机染料罗丹明 -B具分解脱色性能。实验证实未经高温处理的样品光催化性能优于经高温处理的 ,沸石的脱色率 6小时达 10 0 %,膨润土的脱色率达 94 %。晶相分析和热分析证实锐钛矿在有沸石、膨润土存在的水相体系中可直接在矿物表面生成 ,结合牢固 ,同时引起矿物结构的调整。     

江宁淳化蒙脱石粘土高温X射线衍射研究

由于技术和设备的原因,矿物高温 X 射线衍射研究,一直是矿物研究中的薄弱环节。笔者采用日本 D/MAX RA 型高温 X 射线衍射仪,对苏南江宁县淳化地区的蒙脱石粘土(膨润土)进行了系统实验,为扩大蒙脱石粘土的工业利用范围,提供了新的资料。一、样品和实验条件(一)样品样品取自淳化蒙脱石粘土矿区的商品土。经 X 射线衍射定性分析,主要矿物组分为:蒙脱石(>85%),并含有少量的蛋白石、长石、水云母以及石英(图1)。     

相混合计算法确定蒙脱石含量的对比研究

基于X射线粉晶衍射分析、化学成分分析数据,依据物质平衡原理,应用相混合计算法对陕西洋县、河南确山、内蒙古赤峰三地的膨润土进行了定量物相分析。根据电子探针微区分析所得蒙脱石晶粒化学成分数据,采用以阴离子为基准的氢当量法,计算了膨润土中蒙脱石的晶体化学式。应用CELLSR软件,计算得到膨润土中各主要矿物的晶胞参数。通过与传统的确定膨润土中蒙脱石含量的吸蓝量法和X射线衍射多相Rietveld分析法进行定量对比,结果表明,相混合计算法是确定多种矿物共生的膨润土中蒙脱石含量最有效的物相分析方法。尽管受不同分析方法的误差积累影响,但是由该法确定蒙脱石的含量仍能保证±20％的计算精度。     

水化后GCL中膨润土的微观结构研究

近年来土工织物膨润土垫（GCL）被越来越多地应用到各种防渗工程之中,而水化后GCL中膨润土的微观结构会对GCL的长期防渗性能和力学性能产生影响。采用压汞试验,对水化后GCL中膨润土的微观结构进行定量分析,研究了液体对微观结构的影响,并通过化学分析来揭示液体产生影响的机制。结果表明,(1) 采用垃圾渗滤液水化后的膨润土孔隙体积密度最大,大孔径孔隙所占比例最高;(2) 出现上述规律的原因可以归结为两个方面,一是由于渗滤液中阳离子浓度最高而使得蒙脱石表面双电层厚度最小,二是更加频繁的离子交换作用使得蒙脱石表面大直径离子比例最高。     

两种高庙子钠基膨润土膨胀特性比较研究

对两种高庙子钠基膨润土（简称GMZ001和GMZ07）在不同初始干密度下进行膨胀力试验、常压力下的膨胀变形试验以及压缩试验。试验结果表明,GMZ001的膨胀能力要比GMZ07的大,并且GMZ001比GMZ07更难压实。对饱和后两种膨润土进行压汞试验和扫描电子显微镜测试后发现,在相同孔隙比下,GMZ07集聚体间孔隙较多,并且GMZ001集聚体的水化程度大于GMZ07。结合土工和微观试验的结果,认为导致两者力学性能差异的主要原因是由于颗粒粒径大小的差异以及蒙脱石含量的不同。最后利用蒙脱石孔隙比的概念对两种膨润土的浸水膨胀试验结果进行归一化,并对膨润土的膨胀特性进行了预测。     

钠-蒙脱石地球化学性能模拟研究

膨润土已经被许多国家确定为高放废物深地质处置系统的缓冲/回填材料。钠-蒙脱石作为钠基膨润土的主要矿物,对钠基膨润土的地球化学稳定性能起着关键作用。以地球化学模拟软件PHREEQC和GWB为平台,对内蒙古高庙子膨润土的关键矿物——钠-蒙脱石在无氧和不同温度条件下的地球化学行为进行了模拟研究,分析了钠-蒙脱石在北山地下水体系中矿物成分、液相化学成分、pH值的长期演变规律。     

膨润土在核废料处置环境中的膨胀衰减规律研究

利用Phreeqc软件模拟了核废料处置库中高压实膨润土中发生的化学反应,建立了K+、Ca2+、Na+、Mg2+ 4种阳离子的离子交换和矿物溶解沉淀的一维运移反应模型。模拟了核废料处置环境中,膨润土化学组分在不同流体环境下随时间和空间的变化规律,验证了膨胀性的衰减主要是由Na基蒙脱石转变为Ca基蒙脱石引起。结合膨润土化学组分变化结果,对膨润土膨胀性衰减程度进行了评估。得到1万年后海水和地下水环境下的高庙子膨润土膨胀性衰减系数分别达到0.83和0.92,MX80膨润土达到0.79和0.90。     

新疆巴里坤膨润土的工艺应用矿物学特性研究

从工艺矿物学角度系统研究了新疆巴里坤膨润土矿的矿石特征、化学成分、物理性质、矿物组成与结构、工艺应用属性等,认为巴里坤膨润土矿蒙脱石相对含量高,原土适用于石油钻井、铸造和冶金工业,将膨润土深加工后,可制得符合市场需求的有机膨润土、无机凝胶和高纯度蒙脱石等深加工产品.     

贵州盘县地区膨润土矿产出地质特征及其物化性能的研究

膨润土矿在本省尚为缺门矿种。通过对省内钻井泥浆粘土矿的踏勘取样,经X射线衍射、红外光谱和差热等分析、测试手段及物化性能的测定,参照矿产工业要求,首次在贵州盘县地区被前人称为“绿豆岩”的岩层中,圈出了数个膨润土矿体;对矿石及矿石中小于2μm的粘粒矿物进行了物化性能及矿石、矿物的属性研究,确定区内膨润土矿为钙基和酸性钙基膨润土,其矿石中主要矿物——蒙脱石为钙质蒙脱石的属性;该膨润土矿不宜作钻井泥浆原料,但可为油脂脱色剂之用。该地区的膨润土矿有一定的工业价值和开发利用前景。     

高造浆膨润土制备及其性能评价

安徽铜陵市蕴含地质储量达15 000万t的低品位钙基膨润土,蒙脱石平均含量50%～80%,现主要用于附加值较低的球团土和铸造土。将这种低品位钙基膨润土先通过悬浮和挤压综合钠化改型工艺,再添加一定量的超高分子量聚丙烯酸钠(PAA-Na)和轻烧氧化镁(MgO)组成的有机无机复合增黏剂,以及由小分子水解聚丙烯腈钠盐与腐植酸接枝聚合的专用流变性调节剂(HmPS),制备出了符合水平穿越钻井(HDD)使用要求的高造浆膨润土。分析了钠化工艺和增效添加剂对HDD造浆土的黏度(600)、动塑比(YP/PV)、综合流变性能以及成本等的影响,优化得到了具有较好性价比的工艺配方。优化工艺下的HDD造浆土性能600读数大于100 dia,YP/PV小于1.5,30 min的API滤失量小于15 mL。铜陵钙基膨润土改性制备成HDD高造浆膨润土,可将产品附加值提高到1 000元/t左右,利润率提高2~3倍,实现了低品位膨润土资源的高附加值利用。     

热处理对柯尔碱膨润土微观结构和物化性能的影响

膨润土的热稳定性及其热处理过程中微结构和性能的变化直接影响着膨润土在矿物材料领域的应用,因此研究热处理过程中膨润土成分结构的演化以及表面性质的变化具有重要意义。目前对膨润土的研究多集中在钠化改型、有机化改性以及改型改性后的结构和性能方面,而对膨润土热处理过程中的微观结构和物化性能变化研究有待加强。本文以新疆柯尔碱膨润土为研究对象,在不同温度下进行热处理,利用X射线荧光光谱法分析原土的化学成分,通过同步热分析、X射线衍射、红外光谱以及扫描电镜等技术对热处理产物进行了物相分析和结构表征,并研究了比表面积、吸蓝量及胶质价在升温过程中的变化特征。结果表明:随着热处理温度的升高,柯尔碱膨润土的比表面积逐渐减少,物相组成和结构都发生了很大变化。加热到600℃后,膨润土的吸蓝量和胶质价急剧下降,其主要成分蒙脱石八面体片中的羟基开始脱出,层状结构发生破坏;800℃后蒙脱石相已经消失;1000℃时产生新的矿相——堇青石,粉末颗粒出现熔融现象;1200℃后转变为方石英相,颗粒基本完全熔融,重结晶现象明显。研究认为,600℃时柯尔碱膨润土的膨胀性和分散性基本丧失,矿物物化性能失效。