砂-膨润土混合屏障材料渗透性影响因素研究

膨润土因具有渗透性低、阳离子交换能力高等优点被认为是最适合高放废物深地质处置库中屏障系统的缓冲材料,工程实践发现随着水化过程的进行,纯高压实膨润土强度不断降低,并最终影响到工程屏障系统功能的发挥。针对这一问题,在膨润土中加入一定比例的石英砂,可以有效地提高工程屏障的热传导特性、压实性、力学强度和长期稳定性,降低工程造价。本文研究了影响砂-膨润土混合物渗透性的主要因素,包括膨润土含量、粒径分布、含水量和干密度、压实方法以及膨润土类型等。结果表明,砂土混合物渗透性主要受膨润土的渗透性控制,渗透系数随着膨润土含量和干密度的增加而减小,当膨润土含量超过某一界限值后,继续增加膨润土含量对降低渗透系数的作用有限;细颗粒和级配良好的混合物渗透系数小,当土体内部发生渗透侵蚀将增大渗透系数;最优含水量条件下压实得到的渗透系数最低,高于最优含水量压实得到的渗透系数比低于最优含水量压实得到的渗透系数要小。     

地下水对压实高庙子膨润土冲蚀作用研究

采用膨胀渗透仪和浊度仪,通过检测冲蚀循环溶液浊度和膨润土试样膨胀力的变化,获得了冲蚀液对高庙子（GMZ）膨润土的冲蚀规律,对比分析了膨润土干密度、冲蚀液pH值、冲蚀液渗流方向、围岩裂隙条数、溶液类型和浓度等因素对膨润土冲蚀的影响规律。研究表明：膨润土的膨胀力在冲蚀开始的几天内迅速增长,随后达到稳定,膨润土干密度越大,地下水对膨润土的冲蚀作用越弱;冲蚀液pH值对膨润土的冲蚀作用影响很大,碱性较强的地下水对膨润土的冲蚀作用较弱,而碱性较弱地下水的冲蚀作用则明显;地下水径向渗流时对膨润土的冲蚀作用大于纵向渗流情况,围岩裂隙增多后,地下水对膨润土的冲蚀作用加强;随着冲蚀液中NaCl浓度的增加,冲蚀液对膨润土的冲蚀作用先增强后减弱,冲蚀液中CaCl2的浓度对膨润土的冲蚀影响规律与NaCl浓度对膨润土的冲蚀影响规律相似,但CaCl2浓度的变化对膨润土的冲蚀影响不明显。     

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。     

中国东南陆缘区中生代膨润土矿床同位素地球化学研究

本文列述了８个膨润土矿床的２３个不同属性蒙脱石的氢、氧和硅同位素分析结果。其中，钠基蒙脱石δＤ值为－７１‰～－８０‰和δ１８Ｏ值为１０．９‰～１４．６‰；钙基或铝（氢）基蒙脱石δＤ值为－５０‰～－７０‰和δ１８Ｏ值为１５．１‰～１８．１‰；它们的δ３０Ｓｉ值－０．３‰～＋０．３‰。通过这些同位素示踪判别并结合矿床地质特征，提出了该区中生代陆相膨润土属低温热液蚀变成因及其在现代（近代）环境水的再作用下天然改型过程的新的同位素证据。     

铝柱撑膨润土吸附处理水中磷酸根和结晶紫

采用不同添加量(1~4 mmol/g)的聚合羟基铝离子(Al13)柱撑改性膨润土,制得系列铝柱撑膨润土(Al13-Bent)。采用X射线衍射、热分析、N2吸脱附比表面积分析等表征分析了其结构特点,比较了不同添加量Al13-Bent对水中磷酸根与结晶紫的吸附性能。结果显示,随着Al添加量增大,Al13-Bent的比表面积增大,柱撑产物的底面间距在添加量为2 mmol/g后达到最大,稳定于1.9 nm左右。Al13-Bent对水中磷酸根的吸附效果好于原始膨润土,且随着Al含量增加而提高。Al13-Bent在低Al添加量下对水中结晶紫虽有较好的吸附能力,但其吸附性能相比于膨润土原土却有所下降。就其吸附机理来看,层间域内Al13离子表面羟基与层间阴离子促进了对阴离子含氧酸根的吸附;由于Al13柱撑后,层间可交换阳离子减少,导致对阳离子型染料的吸附性能下降。     

膨润土热传导性能的温度效应

以高庙子（GMZ07）和美国怀俄明州（MX80）钠基膨润土为研究对象,采用热探针法研究温度对压实膨润土试样热传导性能的影响。在保持干密度和含水率不变的情况下,使用KD2 Pro型热特性分析仪测定不同温度（5～90 ℃）试样的热传导系数,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着温度的增大而增大,在90 ℃时最高可达5 ℃的1.2～1.5倍,主要原因是温度引起的水汽潜热传输促进了试样内部的热传导;当试样温度高于60 ℃时,温度对热传导系数的影响较低于60 ℃时更显著;含水率不为0时,两种膨润土热传导系数的温度效应均随干密度的增大而减小;干试样的热传导系数几乎不随温度发生变化,这与水汽潜热传输的强化机制有关。热传导系数温度效应的机制可理解为：热传导系数取决于试样内部可供潜热传输的水分和传热通道数。     

高庙子膨润土水化膨胀特性及其微观机理研究

膨润土具有遇水膨胀的特性,是高放核废料深地质处置库理想的缓冲回填材料。膨胀特性是其作为缓冲材料最重要的性能之一,同时受多方面因素的影响。本文以我国首选缓冲材料高庙子膨润土为研究对象,以含水率和干密度为控制变量,以恒体积法为试验方法,研究了高压实高庙子膨润土的水化膨胀特性,采用压汞试验法(MIP)对膨润土微观结构进行了研究,并以此对水化膨胀特性进行了解释。膨胀力试验结果表明,高庙子膨润土的膨胀力发展形式和最大膨胀力均受试样含水率和干密度影响,干密度较小时,水化曲线呈明显的双峰结构,干密度较大时,水化曲线形态与含水率相关,随着含水率增大,双峰结构逐渐消失。MIP试验结果表明,高庙子膨润土的孔径分布同样受含水率和干密度影响,随着含水率和干密度降低,集合体间大孔隙体积增多。膨润土的水化膨胀曲线受集合体间大孔隙影响显著。大孔隙较多时,膨润土集合体能迅速膨胀形成临时结构,当膨胀力超过临时结构的极限荷载时发生坍塌,膨胀力回落,内部结构重组后继续水化达到最大膨胀力,因此其水化膨胀曲线呈明显的双峰结构。随着大孔隙量减少,水化膨胀曲线由双峰结构演变成一条平滑曲线。     

湿干循环作用对压实黏土干裂特性的影响

针对红黏土-膨润土混合土材料在干湿循环作用及复杂化学环境下的性能演化问题,开展了盐溶液入渗作用下红黏土-膨润土混合土的干湿循环试验研究,分析了干湿循环次数、膨润土掺入比、盐溶液浓度对压实混合土材料体变特征与渗透特性的影响,并结合压汞试验揭示了试样收缩变形与渗透系数变化的微观机制。结果表明：随着干湿循环次数的增加,压实红黏土-膨润土混合土试样累计收缩变形逐渐增大,收缩趋势随入渗盐溶液浓度的增加而增大;干湿循环过程中试样渗透系数呈先增大后减少的趋势,且随着盐溶液浓度增加而逐渐降低;增大混合土中膨润土掺量可以提高试样化学相容性,减少胀缩变形并减小渗透系数。压汞试验表明,盐溶液入渗及干湿循环作用导致土体孔隙“双峰”分布特征减弱,土体中的大孔数量及孔径减小,小孔略有增多;随着入渗的盐溶液浓度增加,小孔变化不明显,而土体总孔隙率及大孔数量减小,进而导致土体收缩变形增大、渗透系数减小。

     

九台膨润土改性工艺的研究

通过对九台膨润土进行改性、增效处理,发现膨润土在经过剪切力作用后,造浆性能将到了很大改善,并按新工艺生产出九台膨润土产品,视粘度由原来的10CP提高到17CP,API失水量由原来的16ml降低到13ml,部分样品达到或超过了API标准。     

新疆巴里坤膨润土改性提纯试验

以新疆巴里坤膨润土矿三个样品为原料，进行膨润土改性提纯试验的研究，结果表明，改性提纯后蒙脱石含量为87％～95％，采用洗涤去除石盐后悬浮液加热法更适用于样品的改性。通过离心机转速和分散剂对提纯效果影响的实验，得出离心提纯时采用离心机转速为2100r／min、分散剂采用六偏磷酸钠和水玻璃以质量比为1：1混合使用，提纯效果最佳，为新疆巴里坤膨润土的深加工奠定基础。