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第十一章 坯体制备与成型的理论基础 粘土-水系统中，粘土粒子为分散相，粒度一般均在0.1(10 um范围（有时更粗），分散于水当中实际上是悬浮体与胶体的混合物，但它具有许多胶体的性质。 第一节 粘土-水系统中粘土颗粒表面带电的原因 粘土—水系统中，粘土颗粒表面带电。 把平行于复网层的表面称为板面，而垂直于复网层的表面称为边面。 一.板状表面带电的原因----板面总是带负电的。 粘土矿物晶体结构中的晶格置换造成了板面带负电。原来复网层中晶格置换造成的负电由复网层间进入的正离子来平衡，当黏土分散于水中后，原来平衡电荷的正离子进入水中，使板面带负电。 高岭石其结构为单网层，理论上没有晶格置换，所以理论上板面不带电，但实际上由于微量的晶格置换使得板面也带负电，但带电量少；伊利石的晶格置换比蒙脱石严重，单位面积板面的负电量应该比蒙脱石多，但伊利石结构中复网层之间是钾离子，而且钾离子可以牢固地把两个复网层连接在一起，不易解理，分散度小，成为板面的层面少，比表面积小，所以相同质量的伊利石带负电量比蒙脱石少；三种矿物带负电量多少顺序为蒙脱石伊利石高岭石。 二.边表面的带电机理 以高岭石为例分析边表面的带电机理。 边表面是指垂直于复网层的表面，当产生边表面时必然会出现很多断键，也就会出现以下Al(3-n)+、Si(4-n)+、O(2-n)-（其中n指未断裂的键的价数，如果全部断裂则n=0），这些离子对周围的水施加了一个电场的作用，电场作用于水，则水会电离形成H+和OH-，这些离子与H+或OH-结合形成过渡表面化合物。过渡表面化合物在适当的PH值条件下，会发生解离，解离后使黏土边面带电，该机理称为“破键机理”。 过渡表面化合物有Si(4-n)+---- OH-；Al(3-n)+---- OH-；O(2-n)-----H+。当溶液的pH 7时,过渡表面化合物H+脱落，和溶液中的OH-反应生成水，H+脱落后使得粘土边表面带负电；当溶液的pH 7时， H+脱落，和溶液中的OH-反应生成水，H+脱落后使得粘土边表面带负电。 过渡表面化合物Al(3-n)+---- OH-的解离有两种情况： pH 7时，OH-脱落，使得粘土边表面带正电，pH 7时，H+脱落后使得粘土边表面带负电。由此可见，边表面可以带正电，也可以带负电。粘土的边表面所带电性取决于溶液的pH 值，即pH 7带负电，pH 7带正电。 粘土表面所带的正电荷和负电荷的代数和就是粘土的净电荷。由于粘土所带的负电荷一般都远大于正电荷，所以粘土的净电荷是负的，因此通常认为粘土是带负电的粒子。 第二节 粘土的离子吸附和离子交换 粘土表面既然带电，它就会吸附溶液中带有相反电荷的离子，而这些被吸附的带有相反电荷的离子又可以被溶液中的其它离子所交换。 吸附氢离子的黏土称为H-粘土，吸附钠离子的黏土称为Na-粘土，吸附钙离子的黏土称为Ca-粘土。 Na+ 粘土+Ca2+→Ca-粘土+2Na+ Na+ 一.阳离子交换----边面和板面上都可以发生 粘土表面带负电，吸附的反离子为阳离子，而吸附的阳离子又可以与溶液中其它的正离子发生交换，称为阳离子交换。 1.阳离子交换容量 阳离子交换容量用100克干粘土所吸附离子的毫克当量数来表示。 吸附阳离子交换容量的大小取决于表面带电量的多少。表面带电量越高，吸附的离子越多，阳离子交换容量就越高。 主要粘土矿物的阳离子交换容量如下： 蒙脱石 80—150 毫克当量/100G干粘土 伊利石 10—40 毫克当量/100G干粘土 高岭石 3—15 毫克当量/100G干粘土 由此可知，根据阳离子交换容量可以区别黏土的矿物类型。 带电量的多少主要是看板面带电量的多少，而三种矿物板面的带电量为：蒙脱石伊利石高岭石，所以，它们的阳离子交换容量如上。 2.影响阳离子交换容量的因素（除了矿物组成外） （1）分散度 分散度越高，系统中固体的比表面积越大，阳离子交换容量越大。 （2）溶液的pH值 溶液的pH值大于7时边表面带负电，pH值大小会影响边表面的所带负电量， pH值越大，所带负电量越多，阳离子交换容量越大。 （3）粘土矿物的结晶程度 结晶程度越差，阳离子交换容量越大。 结晶程度越差，粘土矿物中晶格置换越多，带负电量越多，吸附的阳离子越多，因此阳离子交换容量也越大。 2. 阳离子交换顺序 阳离子交换顺序由粘土表面和阳离子间吸引力的大小来决定。在浓度相同的条件下，与粘土表面吸引力大的阳离子会交换与粘土表面吸引力小的阳离子。 一般情况下对同价离子，离子半