粘土-水系统胶体化学.ppt

第四节 粘土-水系统胶体化学 粘土胶体 粘土的离子吸附与交换 粘土-水系统的电动性质 粘土-水系统的胶体性质 瘠性料的悬浮与塑化 （二）粘土与水的结合 （2）粘土中水的类型（位置、作用） 二、 粘土的离子交换与吸附 1、离子交换的概念 三、 粘土－水系统电动性质 * * 泥浆：溶胶-悬浮液-粗分散体系 1. 带电机理 1）晶格内离子的同晶置换（同晶取代） 2）颗粒边棱的价键断裂（边棱破键） 3）颗粒表面（有机）腐殖质电离 一、粘土胶体 （一）粘土的荷电性与带电原因 2. 负电荷 （1）各族矿物荷负电的多少，取决于晶格内的同晶置换的多少 蒙脱石 伊利石 高岭石 （2）负电荷分布： 层状硅酸盐的板面上 2. 两性电荷 （1）荷电性与介质PH值的关系 高岭石在酸性条件下，边面带正电 （2）正电荷分布： 层状硅酸盐的边棱、边面上 3. 净电荷 粘土带负电荷 三种途径： 通过氢键结合 极性水分子在粘土表面的定向排列 水化离子带进去的水 1. 粘土与水的结合方式（牢固结合水和松结合水） 2） 吸附水 1）结构水 以OH基的形式存在于粘土矿物的晶格结构中。 以水分子的形式吸附在粘土矿物层间。 按结合力的大小，分为： 牢固结合水 疏松结合水 自由水 影响结合水量的因素： 1）粘土矿物的种类： 蒙脱石 高岭石 2）粘土的分散度： 细度越大，结合水量越高 3）吸附离子的种类： 不同价 M＋ M2＋ M3＋ 同价 Li＋ Na＋ K＋ 密度大、热容小，介电常数小，冰点低 脱水温度低（100～200℃），脱水后晶格结构不受破坏 脱水温度高（400～600℃），脱水后粘土结构破坏 特 点 20nm 20nm 3～10个水分子层 在粘土的结构内 作用范围 粘土胶团外的非定向水分子层 粘土表面定向排列过渡到非定向排列的水层，它处于胶粒的扩散层内 吸附在粘土矿物层间及表面的定向水分子层，它与粘土胶粒形成整体并一起移动 以OH基形式存在于粘土晶格结构内的水 含 义 松结合水 牢固结合水 自由水 结合水 结构水 （三）粘土胶团结构 粘土阳离子交换：粘土颗粒吸附的阳离子被溶液中其它浓度大、价数高的阳离子所交换 2、阳离子交换的特点 1）同号离子相交换 2）等当量交换 3）交换、吸附是可逆过程 4）交换不影响粘土本身结构 3、吸附与交换的区别 离子吸附和离子交换是一个反应中同时进行的两个不同过程。 离子吸附：是粘土胶体与离子之间的相互作用 离子交换：是离子之间的相互作用 应用：提纯粘土和制备单一离子的粘土 4、阳离子交换容量 阳离子交换容量：为PH＝7 时100g干粘土所吸附的离子的毫克当量数。 影响因素： 1）粘土矿物组成： 与同晶置换多少有关 蒙脱石 伊利石 高岭石 2）粘土的细度、含腐殖质数量、溶液的PH值、离子浓度等 常见粘土的阳离子交换容量 100～150 75～150 10～40 20～40 3～15 阳离子交换容量（100g土）/mmol 蛭 石 蒙脱石 伊利石 多水高岭石 高岭石 矿物 5、阳离子交换顺序 与粘土与离子间的作用力有关 电价因素 离子大小 ※※粘土阳离子交换顺序： H＋Al3＋Ba2＋Sr2＋Ca2＋NH4＋K＋Na＋Li＋ 带电荷的粘土胶体分散在水中时，在胶体颗粒和液相的界面上会有扩散双电层出现。在电场或其它力场作用下，带电粘土与双电层的运动部分之间发生剪切运动而出现来的电学性质称为电动性质。 粘土离子的扩散双电层 φ 吸附层：在外电场作用下，粘土质点与一部分吸附牢固的水化阳离子随粘土质点相正极移动，这一层称为吸附层。 扩散层：另一部分水化阳离子不随粘土质点移动，却向负极移动，这层称为扩散层。 电动电位（ζ-电位）：在外电场作用下，因吸附层与扩散层各带有相反电荷，在相对移动时两者之间就存在着电位差，这个电位差称为电动电位或ζ-电位。 1、影响ζ-电位的因素 （1）阳离子电价的影响 阳离子饱和粘土负电荷时的ζ-电位，与离子水化度及离子与粘土吸引力强弱有关。 H＋→