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《高岭石晶粒表面的电荷分布及其工业意义-杨帅杰》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第24卷第3期非金属矿Vol124No132001年5月Non-MetallicMinesMay,2001高岭石晶粒表面的电荷分布及其工业意义杨帅杰沈忠悦叶瑛(浙江大学地球科学系,杭州310027)摘要从高岭石的晶体结构出发,根据分散剂使用的量及其比表面积计算,得出了1B1型高岭石与其他2B1型粘土矿物所具有的表面电荷结构不同的认识。在pH=315~815范围内,高岭石层状结构中的硅氧四面体层一侧带负电荷,而铝氧八面体层一侧带正电荷,端面则是正负电荷相间分布。本研究结果对指导选矿及对高岭土应用于造纸、陶瓷及橡胶、塑料等工业很有意义。关键词高岭石表面电荷胶体分散性高岭石的分散性决定其流变性能
2、,了解高岭石与四面体中心的一个Si离子相接,得到一个单位正的表面电荷分布对于改善其分散性以及制取有良好电荷外,尚有一个单位的负电荷未得到中和,形成活[1]性能的泥浆、控制生产过程,至关重要。性氧。活性氧也呈六边形网格,与氢氧形成配位八[3]传统的粘土矿物的双电层结构理论,是从粘土面体,彼此共棱相接构成八面体片。八面体片与的絮凝结构中得出的。凝聚而成的粘土矿物的聚合硅氧四面体片通过共用活性氧的方式,相互连结形状态,并非为紊乱状态,而是具有各式各样的结构。成结构层。高岭石为一个四面体片与一个八面体片最典型的是近年来,用冷冻干燥或特殊树脂使粘土构成1B1型结构;有别于其它粘土矿物,诸如蒙皂凝聚固
3、结,用金刚石刀切制超薄片,在TEM或SEM石、伊利石和绿泥石,则为二个硅氧四面体层夹一个下观察,见到卡片房架状结构(图1),这种结构在八面体层的2B1型结构(图2)。pH值较小时较容易形成。其成因为:粘粒表面多半是由带有一些负电荷的氧原子面,同时在端面破裂点上则有Al和OH离子暴露出来,这个粘粒端面带正电荷、底面带负电荷,因而端点与底面因互为相反[2]电荷而相吸引,从而形成卡片房架状结构。这一现象也被带负电荷的金原子微粒与粘土片层带正电图2粘土矿物的基本结构[1]a-由一层硅氧四面体层(t)和一层铝氧八面体层(o)构成的1B1型结荷的端面吸附凝聚现象所证实。这种传统的电构;b-由二层硅氧四
4、面体层(t)和一层铝氧八面体层(o)构成的2B1荷分布观点也带入了高岭石矿物,即认为高岭石具型结构有带负电荷的底面和带正电荷的端面。但这种观点认识高岭石晶体结构,对理解高岭石的胶体性与高岭石的晶体结构不一致。高岭石晶粒具有双层质至关重要。其中硅氧四面体将表现出类似二氧化型二元电荷层结构。在315~815的pH范围内,高硅的性质,而铝氧八面体则表现出类似氧化铝或氢岭石层状结构中的硅氧四面体层带负电荷,而铝氧氧化铝的性质。八面体层带正电荷。2高岭石在水介质中的性质当一个氧化物颗粒悬浮在水中时,一系列可以在颗粒表面产生电荷中心的酸性反应就发生了,反应平衡时,颗粒表面的电荷呈中性,此时的pH值被称
5、为零电荷点(pointofzerocharge,缩写为PZC)。零电荷点对每一种氧化物都是唯一的。图1粘土矿物凝聚成的卡片房架结构胶体化学提出了双电层的概念,即:质点与介质1高岭石的晶体结构作为一个整体是电中性的,故质点周围的介质中,必高岭石为层状结构硅酸盐矿物,其硅氧四面体有与其表面电荷数量相等而符号相反的过剩离子存通过位于同一平面上的桥氧在二维空间内相互连在,这些离子称为反离子,质点的表面电荷与介质中结,形成四面体结构片,四面体顶尖上的一个氧,除的反离子构成所谓双电层。接近颗粒表面是一个被)5)[4]称为Stern层的离子支持层。介于Stern层和扩高岭石晶体具假六边形,其完整性取决于
6、晶体散层之间的表面,被称为切动面;切动面处的电势被的结晶度和晶体生长的空间条件。假定有一个完美定义为F电势。F电势改变质点表面电荷符号(+、的平行六面体,其表面积和侧面积的计算如图3所-)时的pH值,被定义为等电势点(theisoelectric示,晶层厚度h与六边形对应点长度为2L。这样,point,IEP)。在中性电解质的存在下(正负离子对一个六边形小片的端面侧表面积为Aa、底面积为颗粒表面具有相同的亲和力),零电荷点(PZC)和等Ab,则总表面积Az可表示为:电势点(IEP)是相等的。2Az=Aa+Ab=6h#L+2(33/2#L)在高岭石晶粒表面,一面由硅氧四面体组成,而=6h#L
7、+33#L2(1)另一面由铝氧八面体组成。通常认为铝氧八面体在为了计算端面与底面的表面积比率,设L为1,厚径水体中形成氢氧化铝表面。高岭石晶粒的边缘是由比x=h/2L,则端面表面积与总表面积之比值可以硅氧四面体和铝氧八面体相间组成。在悬浮液中,表示为:高岭石晶片的硅氧四面体一侧应表现与氧化硅类似Aa12xf1(x)==(2)的性质,而另一面应表现与氧化铝类似的性质。Az12x+33已经知道,二氧化硅的等电势点(IEP)介
