膨润土通常指含有至少70%的蒙脱石矿物的粘土。蒙脱石(以下简称 MM)是一种高度分散的层状铝硅酸盐,比表面积高达 800 m2/g。MM 晶格由硅酸盐层组成,硅酸盐层由两个四面体硅氧网状结构组成,八面体铝氧网状结构通过共同的顶端氧原子与之融合而相互连接。此外,MM 的一个特点是,在八面体层中,部分三价铝原子被二价阳离子原子所取代,从而使硅酸盐层获得过多的负电荷,而这些负电荷由位于层间的阳离子所补偿(图 1)。

图1

由于阳离子的这种 “交联 ”作用,各层形成了触塑体(图 2a)。触塑体反过来又组装成聚合体(图 2b)。

图2. a) 触变体 b) 触变体聚合体 c) Na-触变体扩散

MM 颗粒的这种结构使其具有很高的亲水性和吸附性。当与水作用时,层间阳离子水化,从而导致 MM 层间距离增加。这种现象被称为膨胀,膨润土在此过程中体积可增加数倍。如果膨胀发生在有限的体积内,膨润土就会形成一个致密的水密块。但在自由状态下,如果水量进一步增加,MM 聚集体就会分离,形成高度分散的稳定悬浮液。触变体可膨胀至分解成独立的颗粒(图 2c),悬浮液实际上成为一种具有触变性能的半胶体。在水合状态下,MM 具有替代和交换层间电荷补偿阳离子的能力,因为它们与硅酸盐层的相互作用力减弱了。

基于上述特性,膨润土已在200多个不同领域和方向得到广泛应用。膨润土被用作铸型混合物和铁矿球团的粘结剂,以获得最佳的流变特性,并在钻井、水平定向钻井和隧道工程中降低钻井液的过滤率。

此外,膨润土还有效地用于农业–生产混合饲料、动物垫料、矿物质食品和调节添加剂、改良土壤以及澄清葡萄酒和果汁。膨润土还可用于生产最优质的结块猫砂盆填充物。

在陶瓷产品和瓷器的生产中,膨润土可用于赋予陶瓷块可塑性和保湿性,增加半成品干燥后的机械强度,并降低烧制温度。此外,膨润土还可用作流变添加剂,用于组成釉料和釉彩,使其不易沉降

在纸浆和造纸工业中,膨润土有助于将细小纤维保留在网眼上,增加排水性并改善纸幅的均匀性。

在油漆行业中,膨润土既可以单独使用,也可以作为复合流变添加剂的一部分使用。膨润土可用作悬浮添加剂,为颜料填充物提供动力学(沉降)和聚集稳定性,即防止悬浮液快速分层和形成难以混合的沉淀物。

天然漂白或酸活性膨润土(BAB)可用于动植物油脂和矿物油的净化、澄清和稳定。

膨润土在干建筑混合物中用作保水和水调节流变添加剂。

膨润土可用作过量湿气吸附剂(除湿剂)。

膨润土具有最佳的工艺性能,其中蒙脱石主要含有可交换的钠阳离子。外高加索和哈萨克斯坦都有天然钠基膨润土矿床。与它们不同的是,几乎所有俄罗斯膨润土都是钙镁膨润土。这种膨润土至少含有60-70%的蒙脱石,在用纯碱活化后,其消费特性可以接近天然钠基膨润土的特性。