謝愛虎，王 鴿，王志強，徐光亮

(1.湖北中非膨潤土有限公司，湖北 鄂州 436061; 2.中國非金屬礦工業(yè)公司，北京 100036)

膨潤土吸水率測試方法的對比及討論

謝愛虎1，王 鴿1，王志強2，徐光亮1

(1.湖北中非膨潤土有限公司，湖北 鄂州 436061; 2.中國非金屬礦工業(yè)公司，北京 100036)

吸水率是球團(tuán)用膨潤土必檢的重要指標(biāo)之一，也是衡量膨潤土性能的重要指標(biāo)。精確的測試方法對判定球團(tuán)用膨潤土的質(zhì)量至關(guān)重要。本文對兩種吸水率測試方法進(jìn)行三組對比實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：新實施國標(biāo)GB/T 20973－2007膨潤土吸水率測試方法在正確度、準(zhǔn)確度上均優(yōu)于建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T593－1995的吸水率測試方法。

膨潤土；吸水率；測試方法；多孔板法；毛細(xì)管法

1 前言

膨潤土是一種以蒙脫石為主要成分的粘土，它具有較強的吸水性，能吸附8～15倍于自己體積的水量。膨潤土吸水后能膨脹，根據(jù)膨潤土種類、蒙脫石含量等因素的不同，其吸水量及膨脹體積均有所不同。所以研究膨潤土吸水性測試方法對了解膨潤土的種類、性能有著重要的指導(dǎo)意義。

冶金球團(tuán)用膨潤土在膨潤土行業(yè)用量很大，而吸水率則是衡量球團(tuán)用膨潤土質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。單位質(zhì)量的膨潤土所能吸附水的質(zhì)量稱為吸水率，吸水時間一般以2h為標(biāo)準(zhǔn)，以百分?jǐn)?shù)表示。國外膨潤土吸水率的測試方法很多，比較典型的為美國ASTM E946-92泡沫陶瓷板測試方法和德國DIN18132-1995毛細(xì)管吸水率測試方法[1]。國內(nèi)現(xiàn)在最為常用的則是根據(jù)上述兩種方法衍生而來，分別為GB/T 20973－2007多孔板法和建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T593-1995毛細(xì)管法。由于GB/T20973-2007是2008年開始實施，使用較晚，因此現(xiàn)在國內(nèi)近90%的球團(tuán)用膨潤土生產(chǎn)廠家及用戶使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T593-1995進(jìn)行吸水率的測定。本文通過研究比較兩種測試方法的優(yōu)劣，探討其中結(jié)果更準(zhǔn)確的方法。

2 測試方法簡述

2.1 多孔板法

多孔板法依據(jù)國標(biāo)GB/T20973-2007進(jìn)行測定[2]。(1)儀器設(shè)備。

多孔陶瓷板(250mm×250mm×60mm，孔徑150～170μm，顯氣孔率30%～43%)、玻璃容器(350mm×350mm×100mm)、天平(精度0.01g)、中速定量濾紙(Φ125mm)、溫度計(0±0.5℃～150±0.5℃)。

(2)試驗準(zhǔn)備。

把多孔陶瓷板放入玻璃容器中，用蒸餾水浸沒，使多孔陶瓷板浸透。試驗時始終保持使多孔陶瓷板上表面高出水面6±1mm，并使玻璃容器和水溫度穩(wěn)定在20±2℃。

(3)試驗步驟。

將濾紙兩張放在蒸餾水中浸漬30s，使其吸水飽和，然后放在多孔陶瓷板上平衡水分60min后，分別稱量該濾紙。

稱取兩份2±0.01g已在105±3℃溫度下烘干恒重的膨潤土，分別均勻地撒在兩張濕濾紙上，膨潤土的散布直徑約9cm。

將濾紙和膨潤土對稱放置在多孔陶瓷板上（注意不要重疊），蓋上玻璃容器蓋。靜置2h后，用鑷子和鏟刀仔細(xì)取出濕濾紙和濕膨潤土，在天平上稱量。

(4)計算方法。

膨潤土吸水率計算公式：

式中：Wa為吸水率，%；W為濕濾紙和濕膨潤土質(zhì)量，g；W0為濕濾紙質(zhì)量，g；m為干膨潤土試樣質(zhì)量，g。

2.2 毛細(xì)管法

毛細(xì)管法依據(jù)建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T593-1995進(jìn)行測定[3]。

(1)儀器設(shè)備。

吸水率測定裝置：該裝置由50mm長，內(nèi)徑為2mm的毛細(xì)管，砂芯漏斗(25mL)和盛水漏斗組成。

(2)試驗步驟。

將毛細(xì)管的中心和砂芯漏斗過濾板的中心調(diào)整在同一平面上。將帶有顏色的水注入盛水漏斗。轉(zhuǎn)動三通開關(guān)將水充至砂芯漏斗過濾板平面處，再轉(zhuǎn)動三通開關(guān)使毛細(xì)管內(nèi)充滿水，用濾紙在砂芯過濾板上輕輕沾試使毛細(xì)管內(nèi)水處在V1點(在整個裝置中不允許有氣泡存在)。

稱取在105～110℃烘干的試樣0.5g，通過加料漏斗將試樣倒在砂芯漏斗過濾板上，堆成圓錐形狀；同時記時，并在2h時讀取毛細(xì)管刻度的讀數(shù)Vt，準(zhǔn)確至1mm(在整個測定過程中應(yīng)在砂芯漏斗上覆蓋表面皿)。

(3)計算方法。

吸水率計算公式：

式中：W為2h吸水率，%；D為水在測試溫度下的密度，g/cm3；Vt為2h毛細(xì)管內(nèi)水柱讀數(shù)，mL；V1為毛細(xì)管內(nèi)水柱始點讀數(shù)，mL；m5為試樣質(zhì)量，g。

3 實驗結(jié)果與討論

按兩種標(biāo)準(zhǔn)我們各自制兩套測試裝置，分別為GB/T20973-2007測試裝置編號A、B，JC/T593-1995測試裝置編號1、2，實驗共選擇4個不同膨潤土樣品，樣品種類及編號如下：①鈣基土；②天然鈉基土；③低檔次人工鈉化土；④高檔次人工鈉化土。除②號土外，其余均為湖北鄂州膨潤土礦。

3.1 空白實驗對比

在日常的檢測中我們發(fā)現(xiàn)，實驗裝置中未加膨潤土?xí)r，經(jīng)過較長的時間裝置1、2毛細(xì)管同樣會有水量的變化，裝置A、B陶瓷板上的濾紙重量也會有所變化。表1為空白實驗測試結(jié)果，變化水量百分比以正常測試所加土量計算，以測試裝置準(zhǔn)備完畢可以加膨潤土樣時水量為0。

表1 四套裝置的空白變化水量百分比檢測結(jié)果(%)

從表1可以看出，隨著時間的延長，兩種裝置的空白誤差均逐漸增大，但時間增加到一定程度時，空白誤差的增加也開始變緩。通過分析兩種裝置吸水原理可知，造成這種誤差的原因是不同的：裝置A、B中，濾紙浸泡后放置于陶瓷板半小時，吸水未能達(dá)到完全飽和，繼續(xù)放置還會繼續(xù)吸水，但隨時間延長吸水逐漸緩慢；裝置1、2中，砂芯漏斗內(nèi)部空間很小，而且在測試過程中砂芯漏斗覆蓋表面皿，水蒸發(fā)量更少，空白誤差相對于裝置A、B也較小。但總體上分析，兩套裝置在不加樣放置兩小時后空白誤差最大不超過10%，與一般鈣基土150%的吸水率相比在允許的誤差范圍之內(nèi)，因此在后面的對比實驗中可以不考慮空白誤差帶來的影響。

3.2 不同樣品在兩種裝置中吸水率測試結(jié)果對比

我們將實驗準(zhǔn)備的4個樣品用四套裝置測試，吸水率檢測結(jié)果見表2。檢測過程中實驗現(xiàn)象見表3。

表2 不同樣品在兩種裝置中吸水率測試結(jié)果(%)

表3 不同樣品在兩種裝置中吸水率測試現(xiàn)象

由以上測試結(jié)果及現(xiàn)象分析可以得知：鈣基土與鈉基土吸水特性有很大差異，而不同品位的鈉基土吸水特性也有較大差異。在A、B裝置中2g膨潤土均勻撒在濾紙上，土與水有很大的接觸面積，即使高檔人工鈉化土吸水較慢，也可以在2h內(nèi)吸水基本飽和。而在1、2裝置中0.5g土堆成圓錐，土與水接觸面極小，鈣基土吸水較快可以在短時間內(nèi)吸水達(dá)到飽和，鈉基土吸水則較慢，尤其是高檔人工鈉化土，其本身吸水很慢，加之與水接觸面小，吸水量更低，即使有毛細(xì)作用，在2h內(nèi)錐形中、上部都無法吸到水，仍為干土。

兩種裝置因測試方法不一樣，除鈣基土吸水率測試結(jié)果較為接近，鈉基土吸水率測試結(jié)果則存在較大偏差，尤其是高檔人工鈉化土，兩種裝置測試結(jié)果相差近300%，而且裝置1、2測試結(jié)果比低檔人工鈉化土測試結(jié)果還要低80%。由此我們可以推斷，采用建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T593-1995進(jìn)行吸水率的測試，雖能很直觀、快捷的反映某段時間內(nèi)膨潤土的吸水情況，卻只能評價中低檔次的鈉基土，極易淘汰高檔次的鈉基土，失去測試的公平性；而GB/T20973-2007吸水率測試方法可以非常明確的判斷出膨潤土吸水性的優(yōu)劣。

聯(lián)系工業(yè)造球工藝，國內(nèi)球團(tuán)用膨潤土相對鐵精粉的添加量一般為1.8%～3.0%，在此添加量下，鐵精粉與膨潤土混合均勻后添加適量水在造球機中造球，在此過程中鐵精粉吸水性較差，大量的水附著在鐵精粉表面，這就為膨潤土提供了很好的水環(huán)境，膨潤土能充分吸水起到粘結(jié)劑的作用，吸水率高的膨潤土添加量低，吸水速度對造球的影響則相對較小。

3.3 兩種裝置測試結(jié)果再現(xiàn)性對比

測試結(jié)果的再現(xiàn)性能反映不同裝置測試的穩(wěn)定性，我們選擇裝置A、1進(jìn)行多個平行樣的測試，同時改變測試人員進(jìn)行測試，表4為各吸水率測試結(jié)果。

由表4可以看出，對于鈣基土，兩種測試裝置均有很好的再現(xiàn)性；而對于鈉基土，裝置A測試結(jié)果再現(xiàn)性明顯好于裝置1，而且裝置A在不同的測試人員情況下，同一樣品測試結(jié)果較為相近，吸水率相差最大為34%，而裝置1同一樣品測試結(jié)果偏差較大，吸水率相差最大為77%。而且我們通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，很多使用JC/T593-1995檢測的供貨商、用戶也是這么反映，同樣的礦樣測試結(jié)果出入很大，由此產(chǎn)生了很多爭議。因此建議采用GB/T20973-2007吸水率測試方法，測試結(jié)果更穩(wěn)定。

表4 兩種裝置測試結(jié)果再現(xiàn)性對比(%)

4 結(jié)語

實驗結(jié)果表明，建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T593-1995吸水率測試方法只能對吸水較快，吸水率偏低的膨潤土作出正確的評價，對高檔次鈉基土則測試結(jié)果嚴(yán)重偏低，而且測試不穩(wěn)定，再現(xiàn)性差；而采用GB/T20973-2007吸水率測試方法則能準(zhǔn)確檢測出各種檔次膨潤土的吸水率，且測試結(jié)果穩(wěn)定，再現(xiàn)性良好。在此，筆者呼吁廣大同行及客戶使用GB/T20973-2007吸水率測試方法，為膨潤土吸水率指標(biāo)作出正確、準(zhǔn)確的判定。

[1]王春偉,鄭素群.德國DIN18132粘土吸水率試驗方法的討論[R].2008膨潤土行業(yè)年會技術(shù)研討會論文集,2008.

[2]GB/T20973-2007,膨潤土[S].

[3]JC/T593-1995,膨潤土試驗方法[S].

Comparison and Discussion about Test Methods of Water Absorption of Bentonite

Xie Aihu1, Wang Ge1, Wang Zhiqiang2, Xu Guangliang1(1.Hubei Zhongfei Bentonite Co., Ltd., Ezhou 436061, China;
2.China National Non-metallic Minerals Industrial Corporation, Beijing 100036, China)

Water absorption is one of the most important indicators of bentonite used in pellets, which must be detected when the bentonite is used, and it is also an important indicator to measure the performance of bentonite. So, an accurate test method is essential to determine the quality of bentonite. In this paper, three comparative experiments are carried out using two different test methods of water absorption, and the results show that, The new National Standard GB/T 20973-2007 water absorption test method of bentonite is better than Building Material Industry Standard JC/T593-1995 on correctness and accuracy.

bentonite; water absorption; test method; method of perforated plate; method of capillary

P619.255;P 574.1

A

1007-9386(2010)02-0032-03

2009-12-03