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§4-2铸造用粘结剂 粘土颗粒表面之所以通常带有微弱的负电荷，一般认为可能是由下列原因造成的： （1）破键。 粘土片状结晶受到破环，边缘处的Al-O、Si-O离子键断裂而造成不饱和键。破键的产生是高岭土石类普通粘土颗粒带电的主要原因，蒙脱石类膨润土所带电荷只有一小部分是由破键造成的。 （2）晶体内部离子置换， 在成矿过程中，单位晶层内八面体的Al3+部分地被Mg2+、Fe2+所置换，硅氧四面体的Si4+被Al3+所是置换，使单位晶层电荷不平衡，而呈现较大的负电性。这是蒙脱石和依利石类矿物粒子带负电的主要原因。高岭石晶体中极少发生晶层内置换。 （3）粘土颗粒表面外露的氢氧基上氢的置换。 对于高岭石时重要的，因为在底解理面的一边有整片的氢氧基。 为了使负电荷得到平衡，粘土矿物通常吸附一些阳离子，如Ca2+、Mg2+、Na+、K+等。由破键和外露氢氧基和外露氢氧基而吸附的阳离子有可能被其它阳离子交换出来。蒙脱石的晶体内部离子置换主要发生在八面体层，所引起的电荷要经过较长距离才能起作用，所以束缚力较弱，所吸附的阳离子有可能被其它的阳离子交换出来。而依利石的内部离子置换主要发生在四面体中，对阳离子的束缚力较强，因此实际上不是不可交换的。粘土中能被交换出来的吸附的阳离子被称为交换性阳离子。 粘土中所含交换性阳离子的数量为阳离子交换容量。 通常用氯化铵溶液处理粘土。主要以每100g粘土可与多少豪摩尔的铵离子交换来两度量。 高岭石的阳离子交换容量为3—15mmol/（100g土）；依利石为10~40mmol/（100g土）；蒙脱石为80~150mmol/ （100g土）。膨润土的阳离子交换容量主要取决于其中蒙脱石矿物的含量，通常在60~100mmol/（100g土）范围内。 根据国家专业标准《铸造用膨润土和粘土》（JB/T9227—1999）的规定，膨润土中如果某一交换性阳离子量占阳离子量交换容量的50%或50%以上时，称其为主要交换性阳离子，如果为钠离子则称为钠膨润土，以PNa表示（P是膨润土为主要交换性阳离子，如果为钙离子，则称为钙膨润土，以PCa表示。如果任一交换性阳离子量均占阳离子交换容量的50%以下时，则以其中含量相对较多的两种交换性阳离子表示，如为钙离子与钠离子，则称为钙钠膨润土或钠钙膨润土，以PCaNa或PNaCa表示（含量较多的阳离子的符号在前）。 有些国家中钙基膨润土资源较多，开采和供应比较方便。有时要根据粘土的阳离子交换特性，对钙土进行处理，使之转变为钠基膨润土。这种离子交换过程，通常称为膨润土的活化处理，最常用的活化剂为碳酸钠。这一过程的化学反应机理简单示意如下 Ca2+—蒙脱石+Na2CO3→Na+—蒙脱石+CaCO3↓ （4）粘土的粘结机理 粘土在水中形成的粘土-水体系是胶体，带负电的粘土颗粒将极性水分子吸引在自己的周围，形成胶团的水化膜，依靠粘土颗粒间的公共水化膜，通过其中的水化阳离子所起的“桥”或键的作用，使粘土颗粒相互结合起来。 在水化膜中处在吸附层的水分被粘土质点表面吸附得很紧，而处于扩散层中的水分子较松，公共水化膜就是粘土胶粒间的公共扩散层。相邻的粘土胶粒表面都带有同样的负电荷，按理应该互相排斥，但由于存在于公共扩散层愈薄，这种吸引力就愈强。 在这两种情况下，湿态粘结力都不大，只有在粘土和水量比例适宜时，才能获得最佳的湿态粘结力。一般说来，粘土颗粒所带电荷愈多或粘土颗粒愈细小，比表面积愈大，则湿粘结力愈大。使水与粘土砂获得湿态强度。 一般湿型砂用膨润土，其水与粘土的比例远未达到胶体状态的含水量，粘土颗粒之间既有阳离子的桥联结，又有表面联结。其理由是：直接吸附在膨润土颗粒表面的极性水分子彼此联结成六角网格结构，增加水分，逐渐发展成接二连三的水分子层。 粘土颗粒就是靠这种网格水分子彼此连接，从而产生了湿态粘结力。这种极性水分子有规则排列网格的连接可称为“表面联结”。 【思考题】 1普通粘土的结构特性。 2 膨润土的种类和结构特性。