天然膨潤(rùn)土根據(jù)化學(xué)成分可分為:鈉基膨潤(rùn)土和鈣基膨潤(rùn)土。一般情況下,鈉基膨潤(rùn)土比鈣基膨潤(rùn)土的理化性能和工藝性質(zhì)更好,主要體現(xiàn)在吸水速度慢、吸水率和膨脹倍數(shù)大;陽(yáng)離子交換量高;在水介質(zhì)中分散性好,膠質(zhì)價(jià)高;加熱穩(wěn)定性好等。因而使得鈉基膨潤(rùn)土的使用價(jià)值高,并且能夠滿足多種用途的要求。在以前,我國(guó)已經(jīng)探明的90%儲(chǔ)量是鈣基土,鈉基土一般在礦山的較深層,仍需詳細(xì)勘探。
近年來(lái)我國(guó)在新疆發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量高達(dá)50億立方米的大型膨潤(rùn)土礦,并且品質(zhì)優(yōu)于美國(guó)。而天然鈣基膨潤(rùn)土在諸多方面無(wú)法滿足多種用途的要求,但是經(jīng)過(guò)酸堿處理即可提高某些性能(如粘結(jié)性、膨脹性、懸浮性、抗剪性、抗壓性等),成為人工或改性的鈉基膨潤(rùn)土,可與天然鈉基膨潤(rùn)土一樣滿足多種用途的要求。鈣基膨潤(rùn)土的酸堿處理工藝簡(jiǎn)單,采用的是濕法,需一定設(shè)備、動(dòng)力外加劑,才可使膨潤(rùn)土改型。
一般天然膨潤(rùn)土鈉化的方法有懸液法、堆場(chǎng)鈉化法(即陳化法)和擠壓法。
(1)懸液法
在配制膨潤(rùn)土泥漿時(shí),向水中加入鈣基土和純堿,長(zhǎng)時(shí)間預(yù)水化,使更多的ca2+和Mg2+被置換出來(lái)。
(2)堆場(chǎng)鈉化法
在原礦堆場(chǎng)中,將2-4%的Na2CO3粉放在含水量大于30%的膨潤(rùn)土原礦中,攪拌均勻,碾壓、老化10分鐘,干燥粉碎成鈉基膨潤(rùn)土。
(3)擠壓法
利用剪切應(yīng)力,使聚結(jié)的顆粒分開(kāi),甚至推開(kāi)晶層、增加鈣蒙脫石的比表面積,加速Na+交換Ca2+。在擠壓過(guò)程中,一部分將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽古驖?rùn)土的溫度升高,促進(jìn)Na,Ca2+交換過(guò)程。擠壓還可使蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)遭到破壞,產(chǎn)生斷鍵。暴露出來(lái)的硅離子、鋁離子、氧離子吸附水,有利于蒙脫石水化。斷鍵同時(shí)增加了原土顆粒表面的負(fù)電荷,使鈉化較為完全。
外加Na2CO3的量須大于Ca2+、Mg2+等的濃度,才能使鈣基膨潤(rùn)土完全鈉化。但是Na+的濃度過(guò)大時(shí),將增加濾失量和降低粘度。李蘇璋、周運(yùn)臣研究開(kāi)發(fā)出使用造成膨潤(rùn)土蒙脫石的物化性能、水體系性能和化工技術(shù)路線的方法,使膨潤(rùn)土固體內(nèi)發(fā)生快速離子交換反應(yīng),直接把天然鈣基膨潤(rùn)土改型成鈉基膨潤(rùn)土。
人工鈉化處理的膨潤(rùn)土目前還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。較經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可行的鈣基膨潤(rùn)土改性處理方法是在使用時(shí),根據(jù)礦物成分加入2-5%的Na2CO3,這在60年代初我國(guó)在沉井、沉箱減阻下沉及70年代的長(zhǎng)距離頂管工程中已得到成功的應(yīng)用。鉆井、地下連續(xù)墻護(hù)壁泥漿用得更多,但不能作防滲用。