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1、第五章第五章 固体的表面与界面固体的表面与界面 n第一节第一节 固体的表面及其结构固体的表面及其结构n第二节第二节 界面行为界面行为n第三节第三节 粘土水系统粘土水系统第三节第三节 粘土水系统粘土水系统一、一、 粘土胶体的荷电性粘土胶体的荷电性 二、二、 粘土的离子吸附与交换粘土的离子吸附与交换 三、三、 泥浆的稳定与聚沉泥浆的稳定与聚沉 四、四、 泥浆的流动性泥浆的流动性 五、五、 泥浆的透水性泥浆的透水性六、六、 泥浆的触变性泥浆的触变性 七、七、 泥团的可塑性泥团的可塑性 粘土水系统粘土水系统 ：指粘土粒子分散在水介质中所形成的泥：指粘土粒子分散在水介质中所形成的泥浆或泥团系统，是介于胶
2、体悬浮液粗分散体系之间的浆或泥团系统，是介于胶体悬浮液粗分散体系之间的一种特殊状态。一种特殊状态。一、一、 粘土胶体粘土胶体 胶体：胶体：物质分散度在物质分散度在1100nm范围内的一范围内的一种分散体系种分散体系 分散相分散相（分散物质：颗粒、纤维、薄膜）（分散物质：颗粒、纤维、薄膜）分散介质分散介质 分散相：有很高分散度，比表面积远大于分散相：有很高分散度，比表面积远大于常态物质，因而带来一系列表面物化性质。常态物质，因而带来一系列表面物化性质。 胶体粒子胶体粒子：1100nm 粘土矿物特点：粘土矿物特点： （1）粒度小，比表面积大，表现出胶体性质；）粒度小，比表面积大，表现出胶体性质；
3、粒度：粒度：100nm10m 比表面积：高岭石约比表面积：高岭石约20m2g、蒙脱石约、蒙脱石约 100m2g （2）具有荷电与水化等性质。）具有荷电与水化等性质。 注意：注意： 粘土胶体是指加水后的粘土水两相系统；粘土胶体是指加水后的粘土水两相系统；粘土矿物虽颗粒大些，但层厚符合胶体范围，从整体上来粘土矿物虽颗粒大些，但层厚符合胶体范围，从整体上来讲，粘土水界面也很大；讲，粘土水界面也很大；对于胶体来说，除分散相尺寸和大小外，其分散相与分散对于胶体来说，除分散相尺寸和大小外，其分散相与分散介质界面结构特性也很重要。则虽然许多粘土几乎不含介质界面结构特性也很重要。则虽然许多粘土几乎不含100n
4、m以下粒子，但粘土水系统仍表现出胶体性质。以下粒子，但粘土水系统仍表现出胶体性质。1. 粘土与水的结合粘土与水的结合结构水结构水以以OH形成存在于粘土晶格中，约在形成存在于粘土晶格中，约在400600 脱去，可用红外光谱检测。脱去，可用红外光谱检测。 吸附水吸附水层间结合水，约层间结合水，约100200除去，与粘土颗粒除去，与粘土颗粒的的 中的中的O或或OH以氢键结合的水。以氢键结合的水。 牢固结合水牢固结合水紧挨粘土表面，通过氢键与粘土离子结合紧挨粘土表面，通过氢键与粘土离子结合并作有规则定向排列，又称吸附水膜，其厚度约并作有规则定向排列，又称吸附水膜，其厚度约310个个水分子层水分子层 。
5、 松松 结结 合合 水水在牢固结合水周围，从有规则定向排列到在牢固结合水周围，从有规则定向排列到无无 规则排列的过渡水层，又称扩散水膜，其厚度约规则排列的过渡水层，又称扩散水膜，其厚度约60个个水分子层（水分子层（伊丽石伊丽石高岭石高岭石小小 大大 pH值对值对电位的影响电位的影响 二、粘土的离子交换二、粘土的离子交换 1. 离子交换离子交换 用一种离子取代原先吸附于粘土上的另一种离子。用一种离子取代原先吸附于粘土上的另一种离子。 （1）特点）特点 1）同号离子相互交换；）同号离子相互交换； 2）离子以等当量（或等电量）交换；）离子以等当量（或等电量）交换； 3）吸附和解吸是可逆过程，其速率受
6、离子浓度影响；）吸附和解吸是可逆过程，其速率受离子浓度影响； 4）离子交换并不影响粘土本身结构。）离子交换并不影响粘土本身结构。 （2）类型）类型 按粘土上原先吸附的离子所带电荷的不同，分为按粘土上原先吸附的离子所带电荷的不同，分为 阳离子交换阳离子交换 阴离子交换阴离子交换 （3）应用）应用1）提纯粘土及制备吸附单一离子的粘土）提纯粘土及制备吸附单一离子的粘土 将带有各种阳离子的粘土通过带一种离子的交换树将带有各种阳离子的粘土通过带一种离子的交换树脂发生交换反应，由于任何交换树脂的交换容量很高脂发生交换反应，由于任何交换树脂的交换容量很高（250500毫克当量百克土），在溶液中毫克当量百克土
7、），在溶液中X离子浓度远离子浓度远大于大于Y，因此能保证交换反应完全。，因此能保证交换反应完全。 X一树脂十一树脂十 Y一粘土一粘土 Y树脂十树脂十X一粘土一粘土 式中：式中：X为单一离子；为单一离子；Y为各种离子混合。为各种离子混合。 2）鉴定粘土矿物）鉴定粘土矿物 由于各种粘土矿物的交换容量数值差距较大，因此可由于各种粘土矿物的交换容量数值差距较大，因此可通过测定粘土的阳离子交换容量来鉴定粘土矿物组成。通过测定粘土的阳离子交换容量来鉴定粘土矿物组成。2. 离子交换容量（离子交换容量（cation exchange capacity，cec） 离子交换能力的表征；离子交换能力的表征； n主要
8、由吸附量来决定。通常主要由吸附量来决定。通常以以pH=7时，吸附离子毫时，吸附离子毫克当量数克当量数/100g干粘土表示干粘土表示（单位：毫克当量数百（单位：毫克当量数百克干粘土克干粘土 ）；）； n分为分为阳离子交换容量阳离子交换容量和和阴离子交换阴离子交换容量，如阳离子交容量，如阳离子交换容量代表粘土在一定换容量代表粘土在一定pH条件下的净负电荷数；条件下的净负电荷数； n吸附量决定于中和表面电荷所需的吸附物的量。吸附量决定于中和表面电荷所需的吸附物的量。影响因素：影响因素： （1）粘土种类粘土种类： 阳离子交换容量：蒙脱石阳离子交换容量：蒙脱石伊利石伊利石高岭石高岭石 阴离子交换容量：蒙
9、脱石阴离子交换容量：蒙脱石伊利石伊利石高岭石高岭石 （2）粒度大小：粒度大小：粒度粒度，表比面积，表比面积，破键，破键，边棱，边棱带正负电荷总数带正负电荷总数，阴阳离子交换容量均升高，阴阳离子交换容量均升高（3）介质温度：介质温度：温度温度，粒子碰撞次数，粒子碰撞次数，交换容，交换容量量 ，但吸附强度，但吸附强度 ； （4）介质介质pH值：值：pH ，交换容量，交换容量 （高岭石明（高岭石明显）；显）； （5）有机质含量：有机质含量：有机质含量有机质含量 ，负电量，负电量 ，交，交换容量换容量 ； （6）粘土矿物结晶完整程度：粘土矿物结晶完整程度：结晶完整程度结晶完整程度，交换容量交换容量（高
10、岭石明显，因为结晶越差，同晶取（高岭石明显，因为结晶越差，同晶取代量增加）代量增加）粘土的阳离子交换容量与阴离子交换容量比较粘土的阳离子交换容量与阴离子交换容量比较 分析：分析：n蒙脱石：蒙脱石：80%带电量由同晶取代造成，晶格层间结合疏松，带电量由同晶取代造成，晶格层间结合疏松，遇水易膨胀而分裂成细片，分散度高，遇水易膨胀而分裂成细片，分散度高，阳离子交换容量大；阳离子交换容量大；破键，边棱可能带少量正电荷，破键，边棱可能带少量正电荷，阳离子吸附量阳离子吸附量 阴离子吸阴离子吸附量。附量。 n伊利石：伊利石：层状晶胞间结合很牢固，遇水不易膨胀，晶格中层状晶胞间结合很牢固，遇水不易膨胀，晶格中
11、同晶取代只有同晶取代只有Al3+取代取代Si4+，结构中，结构中K+位于破裂面时，才位于破裂面时，才成为可交换阳离子的一部分，则其成为可交换阳离子的一部分，则其阳离子交换量比蒙脱石阳离子交换量比蒙脱石小；小； n高岭石：高岭石：同晶取代极少，破键是吸附交换阳离子的主要原同晶取代极少，破键是吸附交换阳离子的主要原因，因此其因，因此其阳离子交换容量最小阳离子交换容量最小； 破键使边棱带正电，破键使边棱带正电，负电荷相近，故负电荷相近，故阴阳离子的吸附容量相近阴阳离子的吸附容量相近。不同粒度高岭土的离子交换容量不同粒度高岭土的离子交换容量 n3. 离子的置换能力离子的置换能力 n（1）阳离子置换能力
12、）阳离子置换能力 n 阳离子置换能力由阳离子置换能力由离子吸附能力离子吸附能力决定决定 n 电价相同时：电价相同时：n离子半径离子半径 增大增大 n水化半径水化半径 减小减小 n吸附能力吸附能力 上升上升 n 电价不同时：电价不同时：电荷数电荷数 上升上升 吸附能力吸附能力 上升上升 按照吸附能力（或结合能力）将阳离子排成顺序：按照吸附能力（或结合能力）将阳离子排成顺序：H+Al3+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+ 高价离子的吸附能力强，置换顺序在前。高价离子的吸附能力强，置换顺序在前。 同价离子半径大，水化半径小的在前。同价离子半径大，水化半径小的在前。 H+例外，因
13、其水化半径小。例外，因其水化半径小。2）阴离子置换能力）阴离子置换能力 阴离子置换能力取决于阴离子置换能力取决于吸附能力吸附能力和和阴离子几何结构，阴离子几何结构， 综合两方面作用：综合两方面作用： OHCO32P2O74IBrClNO3FSO42 阴、阳离子的置换顺序称为阴、阳离子的置换顺序称为Hofmester离子交换顺序。离子交换顺序。 注意：注意： 改变离子浓度，即增加置换离子浓度或使被置换离子生改变离子浓度，即增加置换离子浓度或使被置换离子生成沉淀，可改变离子置换顺序。成沉淀，可改变离子置换顺序。三、三、 泥浆的稳定与聚沉泥浆的稳定与聚沉 1. 泥浆的稳定泥浆的稳定 n动力稳定作用：
14、动力稳定作用：布朗运动布朗运动 n扩散双电层稳定作用：扩散双电层稳定作用：电位电位，斥力，斥力，稳定，稳定性性。稳定的泥浆悬浮液，。稳定的泥浆悬浮液，电位值必须在电位值必须在-50mV以上以上 n溶剂化层（水化膜）稳定作用：溶剂化层（水化膜）稳定作用：水化膜定向排水化膜定向排列，降低胶核表面能，使胶粒间产生弹性及阻列，降低胶核表面能，使胶粒间产生弹性及阻力，稳定性力，稳定性2. 泥浆的聚沉泥浆的聚沉 n聚沉的特征：聚沉的特征：溶胶变色、絮凝、混浊，并分离溶胶变色、絮凝、混浊，并分离出清液出清液 n产生聚沉的原因：产生聚沉的原因： 电位电位，引力增大，稳定，引力增大，稳定性下降。性下降。 n电介
15、质对聚凝的影响电介质对聚凝的影响用聚凝值表示。用聚凝值表示。 聚凝值聚凝值使溶胶聚集沉降所需要的最低电介使溶胶聚集沉降所需要的最低电介质浓度（质浓度（g/L） 聚沉值聚沉值，聚沉能力，聚沉能力，服从，服从离子价规则离子价规则 （1） 聚凝值：聚凝值：小小 大大 （2） 有机离子聚沉能力强有机离子聚沉能力强 （3）正离子正离子对对负溶胶负溶胶起聚沉作用起聚沉作用 负离子负离子对对正溶胶正溶胶起聚沉作用起聚沉作用四、泥浆的粘度和流动性四、泥浆的粘度和流动性1. 流变学概念流变学概念 n 流变性流变性 物体在外力作用下流动及变形的特性。物体在外力作用下流动及变形的特性。 n 流变学流变学 研究物体在
16、外力作用下流动及变形的研究物体在外力作用下流动及变形的 科学。科学。（1）理想流体：）理想流体： 当在物体上施加剪切应力当在物体上施加剪切应力时，物体开始流动，流时，物体开始流动，流体产生的剪切速度梯度（体产生的剪切速度梯度（Ddv/dx）与剪切应力成正比：）与剪切应力成正比： 比例系数比例系数为粘度。符合此规律的流体称为理想流体，又为粘度。符合此规律的流体称为理想流体，又称为称为牛顿型流体牛顿型流体。/,DorDDF牛顿型牛顿型0水、甘油、低分子量化合物溶液a、宾汉型流体：、宾汉型流体： 应力必须大于流动极限应力必须大于流动极限f后才开始流动，一旦后才开始流动，一旦流动后又与牛顿型相同流动后
17、又与牛顿型相同 FfD，F f，10FfD，F f，af/DF/D， D时时a 其中其中a称为表观粘度称为表观粘度 实例为：新拌的混凝土实例为：新拌的混凝土 fFfFDfFD,0DF宾汉型宾汉型fb、塑性流体：、塑性流体： 应力超过某一最低值才开始流动。随剪应力超过某一最低值才开始流动。随剪切应力增加，切应力增加，粘度相应增加；粘度相应增加；直至剪切应直至剪切应力达一定值后，物料发生牛顿型流动。力达一定值后，物料发生牛顿型流动。 (a) 特点：特点： 低剪切速度下高粘度；高剪切低剪切速度下高粘度；高剪切速度下低粘度速度下低粘度 F fN 时，时，FfBD 实例：实例：油漆、油墨、泥浆等油漆、油
18、墨、泥浆等 DF塑流型塑流型f1fBfN15c、假塑性流体：假塑性流体： 类似于塑性流体，但无屈服值。类似于塑性流体，但无屈服值。 流动特点：流动特点： 表观粘度随切变速率增加而降低。表观粘度随切变速率增加而降低。 实例：高聚物溶液、淀粉浆等实例：高聚物溶液、淀粉浆等 DF假塑流型假塑流型d、膨胀型流体、膨胀型流体 与假塑性流体相反。搅拌时变得占稠，而与假塑性流体相反。搅拌时变得占稠，而停止搅拌后又恢复原来的流动状态。停止搅拌后又恢复原来的流动状态。 流动特点：流动特点：表观粘度随切变速率增加而表观粘度随切变速率增加而增加增加 。DF膨胀型膨胀型2. 泥浆流动性表征泥浆流动性表征 （1）相对粘
19、土）相对粘土 式中式中 泥浆泥浆一定体积泥浆流出恩氏粘度计所需时间（一定体积泥浆流出恩氏粘度计所需时间（s） 水水同体积水流出同一恩氏粘度计所需时间（同体积水流出同一恩氏粘度计所需时间（s） （2）表观粘度）表观粘度 测定规定直径孔嘴恩氏粘度计流出一定量泥浆所需的时测定规定直径孔嘴恩氏粘度计流出一定量泥浆所需的时间（间（s） 式中：式中： 表观粘度，即粘度实验值；表观粘度，即粘度实验值； 0纯水的粘度；纯水的粘度； C粘土的体积浓度；粘土的体积浓度； K系数，与粘土颗粒、形状、大小有关。系数，与粘土颗粒、形状、大小有关。K值与颗粒形状的关系值与颗粒形状的关系 要求：要求：泥浆含水量低泥浆含水量
20、低有利于坯体干燥有利于坯体干燥 流动性好流动性好由于注浆成形由于注浆成形 方法：方法：加稀释剂加稀释剂（液化剂）（液化剂）含含1价阳离子的电解质价阳离子的电解质 （碱式盐：钠盐）（碱式盐：钠盐）3. 泥浆结构泥浆结构粘土粒子以粘土粒子以面面面面结合，形成定向平行排列时，泥浆结合，形成定向平行排列时，泥浆；粘土粒子以粘土粒子以边面边面(边边边边)结合，形成卡片结构时，泥浆结合，形成卡片结构时，泥浆。粘土粒子在介质中聚集方式粘土粒子在介质中聚集方式 （a）（）（b）（）（c）分别表示在低浓度泥浆内面面分散；边面结合；边边结合；）分别表示在低浓度泥浆内面面分散；边面结合；边边结合； （d）（）（e）
21、（）（f）分别表示在高浓度泥浆内面面分散；边面结合；边边结合）分别表示在高浓度泥浆内面面分散；边面结合；边边结合4. 稀释剂稀释机理稀释剂稀释机理 （1）改变介质）改变介质pH值值 天然粘土指天然粘土指Ca粘土；由于同晶取代，且表面吸粘土；由于同晶取代，且表面吸附附SiO32-，使板面带负电荷；由于有机物存在，一般，使板面带负电荷；由于有机物存在，一般粘土水系统可认为处于酸性介质中，粘土水系统可认为处于酸性介质中，pH8，边，边棱上断键带负电，结果使粘土粒子定向排列，形成面棱上断键带负电，结果使粘土粒子定向排列，形成面面结合，释放自由水，泥浆流动性变好，粘度变小面结合，释放自由水，泥浆流动性变
22、好，粘度变小（2） 增加增加电位电位 随电解质加入，随电解质加入，电位增大，胶粒间斥力加大，泥电位增大，胶粒间斥力加大，泥浆粘度减小，流动性变好。浆粘度减小，流动性变好。 5. 稀释效果影响因素稀释效果影响因素 （1） 阳离子价态的影响阳离子价态的影响 主要通过表面覆盖系数影响泥浆粘度。当形主要通过表面覆盖系数影响泥浆粘度。当形成钙土时，每个成钙土时，每个Ca2+对应二个表面电荷。当钙对应二个表面电荷。当钙土变为钠土时，则每个土变为钠土时，则每个Na+对应一个表面负电对应一个表面负电荷。即同种粘土粒子以钙土表面覆盖系数小，荷。即同种粘土粒子以钙土表面覆盖系数小，更易形成卡片结构，使更易形成卡片
23、结构，使增高；钠土表面覆盖增高；钠土表面覆盖系数大，形成卡片结构可能性小，趋向于定向系数大，形成卡片结构可能性小，趋向于定向整齐排列，使整齐排列，使降低。降低。（2） 浓度影响浓度影响 n 先使先使升高；升高； n 再增加使再增加使降低，经历一个极大值。降低，经历一个极大值。 升高，扩散层厚度增大，泥浆稳定性好，升高，扩散层厚度增大，泥浆稳定性好，降低。降低。 故故与与正好反向。正好反向。 （3） 阳离子种类的影响阳离子种类的影响 阳离子对阳离子对电位影响主要由置换顺序表现出来。电位影响主要由置换顺序表现出来。n少量电解质加入时少量电解质加入时，低价（一价）的阳离子，低价（一价）的阳离子，其置
24、换顺序在后，与粘土粒子结合弱，扩散层其置换顺序在后，与粘土粒子结合弱，扩散层厚，使厚，使增加、增加、降低显著；降低显著； n 高价（二价、三价）的阳离子，其置换顺序高价（二价、三价）的阳离子，其置换顺序在前，与粘土粒子结合强，双电层薄，使在前，与粘土粒子结合强，双电层薄，使增增加、加、 降低不显著；降低不显著； n 加入电解质多时，加入电解质多时，低价阳离子对胶体聚凝能低价阳离子对胶体聚凝能力不大，力不大，增加不显著，高价阳离子聚凝能力增加不显著，高价阳离子聚凝能力强，强，增加显著增加显著6. 稀释剂的选择原则稀释剂的选择原则 n 能电离出能电离出1价阳离子，通常选用钠盐，因为价廉易得价阳离子
25、，通常选用钠盐，因为价廉易得 n考虑所选用电解质的阴离子作用，例：交换反应考虑所选用电解质的阴离子作用，例：交换反应（1）（2）溶解度：溶解度：Ca(OH)2 CaSiO3 ，则：（，则：（2）反应更完全）反应更完全且：水玻璃且：水玻璃Na2SiO3能分离出能分离出SiO2溶胶，起胶体保护作溶胶，起胶体保护作用用 生产中生产中 SiO2 Na2O2.32.8 n考虑考虑SO42-存在对稀释剂作用的影响存在对稀释剂作用的影响 使用回坯泥，将引入使用回坯泥，将引入CaSO4 ， 则交换反应不完全：则交换反应不完全：n加入适量加入适量BaCO3 ， 则交换反应完全：则交换反应完全：BaCO3加入量加
26、入量 过多，生成流动性更差的过多，生成流动性更差的Ba粘土粘土 过少，不能消除过少，不能消除CaSO4的影响的影响苏州土加入苏州土加入10种电解质后的种电解质后的-电位值电位值 7. 改善瘠性（非粘土质）原料的流动性能改善瘠性（非粘土质）原料的流动性能 （1）混凝土制备：混凝土制备：因含碱不能太高，所以水泥因含碱不能太高，所以水泥料浆中不能用碱性稀释剂，而要用料浆中不能用碱性稀释剂，而要用表面活性物表面活性物质，质，如亚硫酸纸浆废液，亚硫酸酒精废液，减如亚硫酸纸浆废液，亚硫酸酒精废液，减少内摩擦，把结构内自由水释放出，流动性好。少内摩擦，把结构内自由水释放出，流动性好。 因单分子层吸附于水泥粒
27、子表面，降低表面因单分子层吸附于水泥粒子表面，降低表面能，颗粒不利于凝聚能，颗粒不利于凝聚 ； 有亲水物质，水化性好，使水膜变厚，也不有亲水物质，水化性好，使水膜变厚，也不利于凝聚。利于凝聚。2022-7-3160(2). Al2O3的悬浮的悬浮 Al2O3是刚玉瓷的主要原料。是刚玉瓷的主要原料。无塑性无塑性必须处理方能制成稳定悬浮浆料，满足成必须处理方能制成稳定悬浮浆料，满足成型性要求型性要求2022-7-3161a.调调PH法法适用范围：两性物质粉料。该类物料在酸性及适用范围：两性物质粉料。该类物料在酸性及碱性下能胶溶，中性时絮凝碱性下能胶溶，中性时絮凝. (酸性溶液中酸性溶液中) OHM
28、MOHHMOMOH中性中性(碱性溶液中碱性溶液中)2022-7-3162Zeta电位极值粘度Zeta电位pH value粘度最小粘度最小胶溶效果最好2022-7-3163理由：理由：( (a a) )、酸性条件下：、酸性条件下： 水溶性的三氯化铝在溶液中发生水解产生水溶性的三氯化铝在溶液中发生水解产生OH，逐级离解：逐级离解： ClAlClAlCl23ClAlClAlCl22OHAlClHClOAl233232022-7-3164n由于结构相似，由于结构相似，AlAl2 2O O3 3胶粒优先吸附胶粒优先吸附AlCl2及及AlCl2 而带正电荷，然后吸附而带正电荷，然后吸附OHOH形形成胶团成
29、胶团Al2O3+-+-胶团2022-7-3165(i)、 当当PHHClCl进入吸附层取代进入吸附层取代OHCl水化能力强，水化能力强， 水化膜厚水化膜厚进入吸附层离子个数进入吸附层离子个数、留在扩散层个数留在扩散层个数 胶粒正电荷胶粒正电荷和水化膜和水化膜(扩散层）厚度扩散层）厚度-电位电位粘度粘度胶溶胶溶 2022-7-3166Cl-Cl-OH-取代，水化膜厚吸附层离子个数扩散层离子个数Al2O3+-+-胶粒正电荷扩散层电位电位，胶溶，胶溶Al2O3胶团2022-7-3167n(ii)、当介质、当介质PHCl浓度浓度Cl大大量进入吸附层量进入吸附层正电荷及扩散层正电荷及扩散层-电电位位易絮
30、凝易絮凝Al2O3+-+-Cl大量进入吸附层2022-7-3168(b)、碱性介质中：、碱性介质中： Al2O3优先吸附优先吸附AlO2而带负电荷，然后而带负电荷，然后吸附吸附Na OHNaAlOOAlNaOH22322022-7-3169Al2O3+-+-结构相似 吸附AlO2-Na+类似的，PH-电位电位 PH-电位电位2022-7-3170Zeta电位极值粘度Zeta电位pH value粘度最小粘度最小胶溶效果最好2022-7-3171因此：因此：根据此原理来调节根据此原理来调节Al2O3料浆料浆PH值，使之悬浮值，使之悬浮/絮凝絮凝 2022-7-3172b、有机物及表面活性物的吸附：
31、、有机物及表面活性物的吸附：(a)、有机物作用原理：、有机物作用原理： 有机物在体系中的双重作用：有机物在体系中的双重作用： 少量时引起絮凝；少量时引起絮凝； 大量时引起胶溶大量时引起胶溶 2022-7-3173 如阿拉伯树脂大分子相对于如阿拉伯树脂大分子相对于Al2O3很很长长(视为线性分子视为线性分子)，量少时，量少时Al2O3包裹树包裹树脂，众多的脂，众多的Al2O3粘附在树脂上使其变重粘附在树脂上使其变重而聚沉而聚沉. 2022-7-3174n量多时树脂包裹量多时树脂包裹Al2O3，树脂在，树脂在Al2O3表表面形成亲水保护膜，面形成亲水保护膜，Al2O3难于碰撞聚沉难于碰撞聚沉而分散
32、而分散水溶液中，形水溶液中，形成网络结构成网络结构亲水保护膜亲水保护膜2022-7-3175相对粘度相对粘度阿拉伯树胶加入量阿拉伯树胶加入量加入量少加入量少粘度高粘度高聚沉聚沉加入量加入量粘粘度度胶溶胶溶五、五、 泥浆的透水性（吸浆性能）泥浆的透水性（吸浆性能） 透水性：透水性：泥浆形成固化泥层透过水的能力。泥浆形成固化泥层透过水的能力。 透水性好，坯体形成速率快。透水性好，坯体形成速率快。影响因素：影响因素： 1. 电解质种类及加入量，电解质种类及加入量，调节稀释剂加入过量或不足：调节稀释剂加入过量或不足： n面面结合，颗粒紧密，透水性差面面结合，颗粒紧密，透水性差 n部分边面或边边结合，颗
33、粒疏松，形成毛细管，透水部分边面或边边结合，颗粒疏松，形成毛细管，透水性好性好 2. 泥浆中塑性料与瘠性料配比：泥浆中塑性料与瘠性料配比：塑性料塑性料，瘠性料，瘠性料，透水性，透水性 3. 颗粒细度颗粒细度：粒径：粒径，透水性，透水性 六、六、 泥浆的触变性泥浆的触变性 静置泥浆静置泥浆凝胶体，粘度大，流动性差；凝胶体，粘度大，流动性差； 搅拌泥浆搅拌泥浆粘度变小，恢复流动性；粘度变小，恢复流动性； 流动流动凝固凝固流动，粘度连续而逐渐变化。流动，粘度连续而逐渐变化。 产生原因：产生原因：静置时颗粒部分边面或边边结静置时颗粒部分边面或边边结合，形成不稳定空间网架结构，包裹自由水；合，形成不稳定
34、空间网架结构，包裹自由水；一搅拌，破坏空间网架结构，释放自由水，恢一搅拌，破坏空间网架结构，释放自由水，恢复流动性。复流动性。表征：表征： 稠化度稠化度t1/t2 t1：泥浆静置：泥浆静置30min流出粘度计的所需时间（流出粘度计的所需时间（s） t2：泥浆静置：泥浆静置30s流出粘度计的所需时间（流出粘度计的所需时间（s） 一般瓷器：一般瓷器：1.82.2 精陶：精陶：1.52.6 触变性太大触变性太大：成形后坯体在脱膜或搬运过程中，稍受振动：成形后坯体在脱膜或搬运过程中，稍受振动会使坯体变形；会使坯体变形； 触变性过小触变性过小：注件在脱膜前缺乏足够强度，易倒坯或使修：注件在脱膜前缺乏足够
35、强度，易倒坯或使修坯困难。坯困难。影响因素：影响因素：1.粘土颗粒大小与形状：粘土颗粒大小与形状：越细，越细，形状越不规则，形状越不规则，触变触变性性； 2. 泥浆含水量：泥浆含水量：含水量含水量，颗粒间距，颗粒间距，触变性触变性； 3.介质温度：介质温度：T，颗粒运动，颗粒运动，颗粒间联系，颗粒间联系,触变性触变性； 4.介质介质pH值：值：pH，边棱带正电，利于形成空间网架，边棱带正电，利于形成空间网架结构，结构，触变性触变性；5. 粘土种类：由于遇水膨胀性，蒙脱石比高岭石易粘土种类：由于遇水膨胀性，蒙脱石比高岭石易具有触变性。具有触变性。6. 电解质的种类及加入量电解质的种类及加入量 粘
36、土吸附粘土吸附阳离子价数愈小阳离子价数愈小，或价数相同而，或价数相同而离子半径愈小者，离子半径愈小者，触变效应愈小触变效应愈小； 加入加入适量电解质适量电解质可以使泥浆稀释稳定，加可以使泥浆稀释稳定，加入过量电解质又能使泥浆聚聚集沉降，而在泥入过量电解质又能使泥浆聚聚集沉降，而在泥浆稳定到聚沉之间有一个过渡区域，在此区域浆稳定到聚沉之间有一个过渡区域，在此区域内触变性由小增大；内触变性由小增大； 当电解质的加入量使粘土的当电解质的加入量使粘土的电位电位稍高于临稍高于临界值时界值时，泥浆表现出，泥浆表现出最大触变性最大触变性。七、泥团可塑性七、泥团可塑性 粘土颗粒间存在两种力：粘土颗粒间存在两种
37、力： （1）引力引力 ：范德华力、局部边面静电引力、毛细管力：范德华力、局部边面静电引力、毛细管力（颗粒空隙水膜）等；（颗粒空隙水膜）等； （2）斥力斥力：带电粘土表面的同号离子间引起静电斥力。：带电粘土表面的同号离子间引起静电斥力。 含水量高含水量高时，粘土颗粒相距较远，颗粒间以斥力为时，粘土颗粒相距较远，颗粒间以斥力为主，即泥浆流动状态；主，即泥浆流动状态；含水量少时含水量少时，颗粒接近，引力加，颗粒接近，引力加大，此为泥团塑性体；而干泥料只有弹性而无塑性，颗大，此为泥团塑性体；而干泥料只有弹性而无塑性，颗粒之间靠范德华力聚集在一起，其作用范围很小，仅作粒之间靠范德华力聚集在一起，其作用范
38、围很小，仅作用在点接触区，很小外力就可使泥料断裂。用在点接触区，很小外力就可使泥料断裂。n随粘土中水含量变化，粘土颗粒间表现出这两随粘土中水含量变化，粘土颗粒间表现出这两种力的不同作用。塑性泥料中粘土颗粒处于种力的不同作用。塑性泥料中粘土颗粒处于引引力与斥力的平衡力与斥力的平衡之中。引力主要是之中。引力主要是毛细管力毛细管力，粒子间毛细管力愈大，相对位移或使泥团变形粒子间毛细管力愈大，相对位移或使泥团变形所加的应力也愈大，也即泥团的屈服值愈高；所加的应力也愈大，也即泥团的屈服值愈高； n毛细管力（毛细管力（）的数值与介质表面张力（）的数值与介质表面张力（）成正比，而与毛细管半径（成正比，而与毛
39、细管半径（r）成反比：）成反比： 可塑性：可塑性：物体在外力作用力，可塑造成各种形状，并保物体在外力作用力，可塑造成各种形状，并保持这形状而不失去物料颗粒之间联系的性能。受力将变形，持这形状而不失去物料颗粒之间联系的性能。受力将变形，保持变形后形状但并不出现裂痕。保持变形后形状但并不出现裂痕。 表征：表征： 泥团可塑性屈服应力泥团可塑性屈服应力最大应变最大应变 （A点应力）点应力） （B点应变）点应变） 产生可塑性原因产生可塑性原因： 由于粘土水界面键力作用结果由于粘土水界面键力作用结果 张紧薄膜理论（毛细管作用）张紧薄膜理论（毛细管作用） 胶团中引力与胶团间斥力相互作用胶团中引力与胶团间斥力
40、相互作用 。影响因素：影响因素： （1）含水量：过多过少都不好。）含水量：过多过少都不好。 （2）电解质影响：随阳离子置换顺序）电解质影响：随阳离子置换顺序 ：左：左右，吸附右，吸附力降低，吸附尺寸厚度减小，力降低，吸附尺寸厚度减小，r2外移，使吸附层界面外移，使吸附层界面斥力增加，吸引其它粘土粒子包围自己，呈可塑性能斥力增加，吸引其它粘土粒子包围自己，呈可塑性能力差，可塑性降低。力差，可塑性降低。 （3）粘土种类及颗粒大小与形状：颗粒小，接触点多，）粘土种类及颗粒大小与形状：颗粒小，接触点多，可塑性好；可塑性好； 片状结构可在层间滑移，而不破坏结构，片状结构可在层间滑移，而不破坏结构，可塑性好。可塑性好。 （4）液体介质影响：水介质有可塑性，有机介质则没）液体介质影响：水介质有可塑性，有机介质则没有，这是由于硅酸盐亲水不亲油。有，这是由于硅酸盐亲水不亲油。