钙基膨润土矿阳离子交换容量测试方法的探究

王国强

（中国建材工业地质勘查中心内蒙古总队，内蒙古 呼和浩特 010000）

1 概述

膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物成分的矿产[1，8-10]，也叫斑脱岩，皂土，用途很广泛，膨润土作为粘结剂、悬浮剂、增强剂、增塑剂、增稠剂、触变剂、絮凝剂等，广泛用于冶金、机械制造、钻探、石油化工、轻工等领域[2，9，11]。

阳离子交换容量是判断膨润土矿品位和划分膨润土矿属型的主要依据之一，也是综合评价膨润土框的重要指标之一[1，6]。

试验过程中参考了国家标准GB/T 20973-2020《膨润土》[4]和DZG93-06《岩石和矿石分析规程》[5]，这两个方法基本相同，都是氯化钡交换提取膨润土中交换性阳离子，然后用硫酸镁置换膨润土中的交换性钡离子，通过火焰原子吸收测定硫酸镁含量，计算消耗的硫酸镁含量从而算得膨润土阳离子交换容量[7]。发现按照规程操作测定钙基阳离子交换总量，出现系列和所测样品结果偏差较大，结果容易偏离，重现性不太好，多次试验，在不同仪器上都出现相同问题，针对这一问题，在测试时向系列加入与样品同样含量的氯化钡，发现标样测试结果与标准值误差减小，重复性更好。现供探究。

2 实验部分

2.1 试验原理

膨润土含有一定量可交换的阳离子钾、钠、钙、镁离子及铝、氢离子[12]。钡离子具有很强的置换能力，氯化钡中钡离子可与膨润土样品中的可交换阳离子发生置换，置换出的阳离子量之和就是阳离子交换容量，用定量硫酸镁溶液浸取被氯化钡置换过的膨润土，镁离子与钡离子反应，过滤分离，测定滤液中镁离子含量，通过计算镁离子减少量可得膨润土阳离子交换容量[3，7]。

2.2 主要试剂

氯化钡溶液0.1mol/L；

氯化钡溶液0.0025mol/L；

硫酸镁溶液0.0200mol/L；

镁标准溶液0.0010mol/L；

硝酸镧溶液10mg/L；

质控样9701（实验室内部制作控制样品）；

质控样9702（实验室内部制作控制样品）。

2.3 仪器

原子吸收光谱仪（耶拿ContrAA700）、离心机、振荡器、电子天平（梅特勒—托利多AE160）。

2.4 实验方法

（1）样品处理：

①称取1.000g已烘干的膨润土样品于50mL离心管中，加盖称重（m1）；加入30mL氯化钡0.1mol/L溶液，振荡1h，离心力3000g离心10min，倒掉悬浮液；以上过程进行三次。

②加入30mL氯化钡0.0025mol/L溶液，振荡1h，静置5h以上，离心力3000g离心10min，倒掉上层清液。

③离心管加称量（m2），向离心管中加入30mL硫酸镁溶液0.0200mol/L，振荡1h，静置5h以上，离心力3000g离心10min，将上层清液经7cm直径的滤纸过滤到锥形烧瓶中，此液用来测量阳离子交换容量。

按上述步骤不加膨润土的空离心管进行试验作为空白对照样[4]。

（2）制作标准溶液系列：

①分别移取四组0mL、1mL、2mL、3mL、4mL和5mL硫酸镁溶液到相应100mL容量瓶中：第一组加入10mL硝酸镧溶液10mg/L，定容；第二组加入0.2mL氯化钡溶液0.1mol/L和10mL硝酸镧溶液10mg/L，定容；第三组加入0.3mL氯化钡溶液0.1mol/L和10mL硝酸镧溶液10mg/L，定容；第四组加入0.5mL氯化钡溶液0.1mol/L和10mL硝酸镧溶液10mg/L，定容。

四组硫酸镁系列浓度为0μg/mL、0.24μg/mL、0.48μg/mL、0.72μg/mL、0.96μg/mL、1.20μg/mL。

②分别移取锥形瓶中的滤液和对照空白溶液0.20mL到100mL容量瓶，加入0.3mL氯化钡溶液和10mL硝酸镧溶液，定容到100mL。

（3）在波长285.2nm处，用空气乙炔火焰在原子吸收光谱仪上测定[4]。重复以上实验五次，保留五次的测定数据。

2.5 计算方法

式中：CEC-——试样的阳离子交换量，mol/100g；

c1-——样品滤液中的镁浓度，mol/L；

cb1-——空白试液的镁浓度，mol/L；

c2-——修正后的滤液中的镁浓度，mol/L；

m——试样的质量，g；

m1-——离心管与试样的质量，g；

m2-——离心管与湿试样的质量，g。

3 结果与讨论

本实验样品选用质控样品9701和9702进行测试对比。将实验分为四组，四组样品处理部分步骤一样，都按照国家标准GB/T 20973-2020《膨润土》[4]中的步骤进行，只有系列的配置方法不同，进行实验对照。

实验中的9701和9702特点是钙镁含量较高，钙分别为60.38和38.48，钾钠含量较低，为钙基膨润土，阳离子容量中等和中等偏低，准确值是本实验室内部和外部实验室经过比对实验和通过测算钾钠钙镁等离子的总量确定的数值（表1）。

由表1可以看出系列加入0.3mL氯化钡0.1mol/L后测得数据准确率较高、稳定性更好，误差减小；系列加入0.2mL氯化钡0.1mol/L不如加入0.3mL氯化钡0.1mol/L的测得的数据稳定性和准确率高；系列加入0.3mL氯化钡0.1mol/L不如加入0.5mL氯化钡0.1mol/L的测得的数据稳定性和准确率差不多，都在质控范围内。由以上的比对结果可知系列中加入氯化钡溶液与被测样品中的等量即0.3mL时测得的结果数据准确率和稳定性较好，少于0.3mL时准确率和稳定性不太好，多于0.3mL时准确率和稳定性变化不大。

表1 氯化钡溶液浓度对钙基膨润土阳离子的影响

对比实验结果显示加入0.3mL氯化钡的系列测得的结果数据准确率和稳定性更好，分析氯化钡的化学性质，氯化钡中钡离子可与硫酸镁中硫酸根离子反应生成硫酸镁沉淀，除去溶液中部分硫酸根离子；可能的原因是过量的硫酸根离子对镁离子在火焰原子吸收的电离和吸收产生了影响，加入氯化钡后减小了影响，所以更加稳定。

续表1 氯化钡溶液浓度对钙基膨润土阳离子的影响

4 总结

以GB/T 20973-2020《膨润土》和DGZ93-06《岩石和矿石分析规程》标准方法为基础，为了提高方法的分析结果的准确率，对分析条件进行了改进。首先按照GB/T 20973-2020《膨润土》的样品处理步骤进行样品处理。实验对系列配置条件进行了优化，最终确定向系列中加入同样品等量的氯化钡溶液的方式。采用此种方式优点：测得钙基膨润土阳离子交换容量数据准确率更高，稳定性更好。多次试验结果对比情况都类似，所以在这里我们可以做一个推测，氯化钡交换法测钙基膨润土阳离子交换总量时系列中需要加入和样品等量的氯化钡溶液。

5 思考

本次对比试验选用的膨润土样品属于钙基膨润土且阳离子容量中等和中等偏低，测试结果取得了较好的效果，但对于钠基膨润土和高含量膨润土样品尚未进行研究试验，尚不确定对于钠基膨润土和阳离子交换容量大的膨润土是否适用。