膨润土吸水率测试方法的对比及讨论

谢爱虎，王 鸽，王志强，徐光亮

(1.湖北中非膨润土有限公司，湖北 鄂州 436061; 2.中国非金属矿工业公司，北京 100036)

膨润土吸水率测试方法的对比及讨论

谢爱虎1，王 鸽1，王志强2，徐光亮1

(1.湖北中非膨润土有限公司，湖北 鄂州 436061; 2.中国非金属矿工业公司，北京 100036)

吸水率是球团用膨润土必检的重要指标之一，也是衡量膨润土性能的重要指标。精确的测试方法对判定球团用膨润土的质量至关重要。本文对两种吸水率测试方法进行三组对比实验，结果发现：新实施国标GB/T 20973－2007膨润土吸水率测试方法在正确度、准确度上均优于建材行业标准JC/T593－1995的吸水率测试方法。

膨润土；吸水率；测试方法；多孔板法；毛细管法

1 前言

膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的粘土，它具有较强的吸水性，能吸附8～15倍于自己体积的水量。膨润土吸水后能膨胀，根据膨润土种类、蒙脱石含量等因素的不同，其吸水量及膨胀体积均有所不同。所以研究膨润土吸水性测试方法对了解膨润土的种类、性能有着重要的指导意义。

冶金球团用膨润土在膨润土行业用量很大，而吸水率则是衡量球团用膨润土质量的重要指标之一。单位质量的膨润土所能吸附水的质量称为吸水率，吸水时间一般以2h为标准，以百分数表示。国外膨润土吸水率的测试方法很多，比较典型的为美国ASTM E946-92泡沫陶瓷板测试方法和德国DIN18132-1995毛细管吸水率测试方法[1]。国内现在最为常用的则是根据上述两种方法衍生而来，分别为GB/T 20973－2007多孔板法和建材行业标准JC/T593-1995毛细管法。由于GB/T20973-2007是2008年开始实施，使用较晚，因此现在国内近90%的球团用膨润土生产厂家及用户使用行业标准JC/T593-1995进行吸水率的测定。本文通过研究比较两种测试方法的优劣，探讨其中结果更准确的方法。

2 测试方法简述

2.1 多孔板法

多孔板法依据国标GB/T20973-2007进行测定[2]。(1)仪器设备。

多孔陶瓷板(250mm×250mm×60mm，孔径150～170μm，显气孔率30%～43%)、玻璃容器(350mm×350mm×100mm)、天平(精度0.01g)、中速定量滤纸(Φ125mm)、温度计(0±0.5℃～150±0.5℃)。

(2)试验准备。

把多孔陶瓷板放入玻璃容器中，用蒸馏水浸没，使多孔陶瓷板浸透。试验时始终保持使多孔陶瓷板上表面高出水面6±1mm，并使玻璃容器和水温度稳定在20±2℃。

(3)试验步骤。

将滤纸两张放在蒸馏水中浸渍30s，使其吸水饱和，然后放在多孔陶瓷板上平衡水分60min后，分别称量该滤纸。

称取两份2±0.01g已在105±3℃温度下烘干恒重的膨润土，分别均匀地撒在两张湿滤纸上，膨润土的散布直径约9cm。

将滤纸和膨润土对称放置在多孔陶瓷板上（注意不要重叠），盖上玻璃容器盖。静置2h后，用镊子和铲刀仔细取出湿滤纸和湿膨润土，在天平上称量。

(4)计算方法。

膨润土吸水率计算公式：

式中：Wa为吸水率，%；W为湿滤纸和湿膨润土质量，g；W0为湿滤纸质量，g；m为干膨润土试样质量，g。

2.2 毛细管法

毛细管法依据建材行业标准JC/T593-1995进行测定[3]。

(1)仪器设备。

吸水率测定装置：该装置由50mm长，内径为2mm的毛细管，砂芯漏斗(25mL)和盛水漏斗组成。

(2)试验步骤。

将毛细管的中心和砂芯漏斗过滤板的中心调整在同一平面上。将带有颜色的水注入盛水漏斗。转动三通开关将水充至砂芯漏斗过滤板平面处，再转动三通开关使毛细管内充满水，用滤纸在砂芯过滤板上轻轻沾试使毛细管内水处在V1点(在整个装置中不允许有气泡存在)。

称取在105～110℃烘干的试样0.5g，通过加料漏斗将试样倒在砂芯漏斗过滤板上，堆成圆锥形状；同时记时，并在2h时读取毛细管刻度的读数Vt，准确至1mm(在整个测定过程中应在砂芯漏斗上覆盖表面皿)。

(3)计算方法。

吸水率计算公式：

式中：W为2h吸水率，%；D为水在测试温度下的密度，g/cm3；Vt为2h毛细管内水柱读数，mL；V1为毛细管内水柱始点读数，mL；m5为试样质量，g。

3 实验结果与讨论

按两种标准我们各自制两套测试装置，分别为GB/T20973-2007测试装置编号A、B，JC/T593-1995测试装置编号1、2，实验共选择4个不同膨润土样品，样品种类及编号如下：①钙基土；②天然钠基土；③低档次人工钠化土；④高档次人工钠化土。除②号土外，其余均为湖北鄂州膨润土矿。

3.1 空白实验对比

在日常的检测中我们发现，实验装置中未加膨润土时，经过较长的时间装置1、2毛细管同样会有水量的变化，装置A、B陶瓷板上的滤纸重量也会有所变化。表1为空白实验测试结果，变化水量百分比以正常测试所加土量计算，以测试装置准备完毕可以加膨润土样时水量为0。

表1 四套装置的空白变化水量百分比检测结果(%)

从表1可以看出，随着时间的延长，两种装置的空白误差均逐渐增大，但时间增加到一定程度时，空白误差的增加也开始变缓。通过分析两种装置吸水原理可知，造成这种误差的原因是不同的：装置A、B中，滤纸浸泡后放置于陶瓷板半小时，吸水未能达到完全饱和，继续放置还会继续吸水，但随时间延长吸水逐渐缓慢；装置1、2中，砂芯漏斗内部空间很小，而且在测试过程中砂芯漏斗覆盖表面皿，水蒸发量更少，空白误差相对于装置A、B也较小。但总体上分析，两套装置在不加样放置两小时后空白误差最大不超过10%，与一般钙基土150%的吸水率相比在允许的误差范围之内，因此在后面的对比实验中可以不考虑空白误差带来的影响。

3.2 不同样品在两种装置中吸水率测试结果对比

我们将实验准备的4个样品用四套装置测试，吸水率检测结果见表2。检测过程中实验现象见表3。

表2 不同样品在两种装置中吸水率测试结果(%)

表3 不同样品在两种装置中吸水率测试现象

由以上测试结果及现象分析可以得知：钙基土与钠基土吸水特性有很大差异，而不同品位的钠基土吸水特性也有较大差异。在A、B装置中2g膨润土均匀撒在滤纸上，土与水有很大的接触面积，即使高档人工钠化土吸水较慢，也可以在2h内吸水基本饱和。而在1、2装置中0.5g土堆成圆锥，土与水接触面极小，钙基土吸水较快可以在短时间内吸水达到饱和，钠基土吸水则较慢，尤其是高档人工钠化土，其本身吸水很慢，加之与水接触面小，吸水量更低，即使有毛细作用，在2h内锥形中、上部都无法吸到水，仍为干土。

两种装置因测试方法不一样，除钙基土吸水率测试结果较为接近，钠基土吸水率测试结果则存在较大偏差，尤其是高档人工钠化土，两种装置测试结果相差近300%，而且装置1、2测试结果比低档人工钠化土测试结果还要低80%。由此我们可以推断，采用建材行业标准JC/T593-1995进行吸水率的测试，虽能很直观、快捷的反映某段时间内膨润土的吸水情况，却只能评价中低档次的钠基土，极易淘汰高档次的钠基土，失去测试的公平性；而GB/T20973-2007吸水率测试方法可以非常明确的判断出膨润土吸水性的优劣。

联系工业造球工艺，国内球团用膨润土相对铁精粉的添加量一般为1.8%～3.0%，在此添加量下，铁精粉与膨润土混合均匀后添加适量水在造球机中造球，在此过程中铁精粉吸水性较差，大量的水附着在铁精粉表面，这就为膨润土提供了很好的水环境，膨润土能充分吸水起到粘结剂的作用，吸水率高的膨润土添加量低，吸水速度对造球的影响则相对较小。

3.3 两种装置测试结果再现性对比

测试结果的再现性能反映不同装置测试的稳定性，我们选择装置A、1进行多个平行样的测试，同时改变测试人员进行测试，表4为各吸水率测试结果。

由表4可以看出，对于钙基土，两种测试装置均有很好的再现性；而对于钠基土，装置A测试结果再现性明显好于装置1，而且装置A在不同的测试人员情况下，同一样品测试结果较为相近，吸水率相差最大为34%，而装置1同一样品测试结果偏差较大，吸水率相差最大为77%。而且我们通过调查发现，很多使用JC/T593-1995检测的供货商、用户也是这么反映，同样的矿样测试结果出入很大，由此产生了很多争议。因此建议采用GB/T20973-2007吸水率测试方法，测试结果更稳定。

表4 两种装置测试结果再现性对比(%)

4 结语

实验结果表明，建材行业标准JC/T593-1995吸水率测试方法只能对吸水较快，吸水率偏低的膨润土作出正确的评价，对高档次钠基土则测试结果严重偏低，而且测试不稳定，再现性差；而采用GB/T20973-2007吸水率测试方法则能准确检测出各种档次膨润土的吸水率，且测试结果稳定，再现性良好。在此，笔者呼吁广大同行及客户使用GB/T20973-2007吸水率测试方法，为膨润土吸水率指标作出正确、准确的判定。

[1]王春伟,郑素群.德国DIN18132粘土吸水率试验方法的讨论[R].2008膨润土行业年会技术研讨会论文集,2008.

[2]GB/T20973-2007,膨润土[S].

[3]JC/T593-1995,膨润土试验方法[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