膨润土吸蓝量测试方法回顾

膨润土吸蓝量测试方法回顾

于震宗黄天佑 (清华大学机械工程系100084)

摘要：文章回顾了我国现在所用的膨润土吸蓝量测试方法的由来和变迁，指出了该测试方法中亚甲基蓝溶液的配制、膨润土试料浆液的准备、不同膨润土试料量和亚甲基蓝溶液浓度的吸蓝量换算、以及型砂中有效膨润土量测定等一些应用

中应注意的问题。

用吸蓝量测定膨润土品质和型砂有效膨润土含量方法在我国很多铸造工厂中已经广泛应用多年。但是有些人会问到这样一种有用而且方便的测试技术是怎样研究出来的?为什麽有些外资铸造工厂所用亚甲基蓝溶液浓度和膨润土试料量与我们国内工厂不同?怎样改进测试方法?本文将对这些问题进行讨论。

1 吸蓝量测试方法的由来

20世纪50和60年代有些铸造工作者注意到膨润土具有吸附金属阳离子和色素的性能，而石英、长石、云母等非粘土矿物的吸附能力极弱，其中以亚甲基蓝的吸附量最大。50年代后期，德国的亚亨工业大学和杜塞尔多夫铸造技术研究所等铸造科研单位使用亚甲基蓝研究粘土的吸附特性以及吸附量与粘土品质的关系[1 ]。试验方法主要是将粘土烘干后加入焦磷酸钠使粘土晶层分散。再加入过量的亚甲基蓝溶液使粘土充分吸附染料。然后使用薄膜滤纸或高速离心机将上清液与颗粒物分离开，以排除砂粒等颗粒物质对检验结果的干扰。将上清液用蒸馏水稀释到适宜浓度后用分光光度计进行测定，即可计算出粘土吸附的亚甲基蓝量。结果表明，粘土矿物中以蒙脱石为主要成分的膨润土吸附亚甲基蓝量最大，而依利石、高岭石等粘土矿物的亚甲基蓝吸附量很小，石英砂的吸附量极少。因而可以用亚甲基蓝吸附量(简称为吸蓝量，单位为g／lOOg粘土)来鉴定膨润土的品质。我国沈阳铸造研究所不用分光光度计或光电比色计，而是配出2O种不同浓度的标准溶液，采用目测法得出多种国产膨润土每100g吸蓝量有多少克[5]。德国有人用类似方法测定出含有不同膨润土量的型砂透光率作为对照曲线，从而可以检测得出欲测型砂的有效膨润土量 ]。我国沈阳拖拉机厂则使用目测比色方法来检测型砂中的有效膨润土量[7]。2O世纪5O年代初美国曾使用亚甲基蓝测定药用蒙托石和陶瓷原料的吸附量。直到6o年代中期，美国从事石油钻井泥浆行业的National Lead Co．BaroidDiv．发表文章说明研究成功应用滴定法测定膨润土的吸蓝量法[8~11]。与比色法的区别是向分散后的试料液中逐渐滴入亚甲基蓝溶液。如果加入的亚甲基蓝全部被膨润土吸附，则试料液中不存在游离状态的亚甲基蓝。如果膨润土的吸附已经饱和，试料液中开始出现游离的亚甲基蓝，这时即已达到终点。从而得出亚甲基蓝溶液的吸附量。终点的判断是靠将试料液滴在滤纸上，观测滤纸上泥点周围渗出蓝绿颜色的晕环。

1972年起我校在开展类似研究工作时，感到比色方法试验操作比较繁琐和费时。需用离心分离机分离出上清液，并稀释到光度计或比色计所要求的适当浓度。目测比色法的比色管中标准溶液放置一段时间后受紫外线影响逐渐分解而脱色，经三个月室内放置后，14种标准溶液脱色率达到27 ～84％。虽然使用分光光度计可避免标准液的脱色现象，但离心机、比色计和光度计都非工厂型砂实验室的常备装置。美国石油钻井行业所用的滴定法操作相当简单，也不需特殊仪器设备，

一般的型砂实验室中都能进行滴定试验。因而确定以滴定法为基础，进行膨润土品质和型砂有效膨润土量检测技术的研究。

2 亚甲基蓝溶液的配制

2．1亚甲基蓝的纯度

亚甲基蓝分子式为C16H18ClN3S·3H2O，分子量373．90。美国石油钻井泥浆行业都是使用美国药典级(USP)亚甲基蓝试剂，美国药典规定亚甲基蓝干样纯度

≥98％。美国石油学会(API)和美国铸造学会(AFS)的文件中也都规定使用美国药典级(USP)E14-153。用滴定法检验膨润土品质时，可将分析纯亚甲基蓝近似视为纯品，并不需要将吸蓝量测定结果折算成为100 纯度亚甲基蓝的滴定量。我国原来有关试剂的部标HBG 3394—60(现已降级为企业标准)中规定指示剂含量不少于98．5 9／5 E163。我国机械行业标准JB／T 9221—1999(铸造用湿型砂有效膨润土及有效煤粉试验方法》和JB／9227—1999(铸造用膨润土和粘土》中规定所用亚甲基蓝的纯度为“分析纯”和“化学试剂”，意即亚甲基蓝纯度应为≥98．5 ，与各国的规定基本符合。

2．2亚甲基兰是否要烘干

理论上分析纯亚甲基蓝的分子式中结晶水含量有3个，但实际上每种亚甲基蓝的产品中还可能搀杂有含量不等的2、4和5个结晶水，分子量也会稍有差异。所以在检测亚甲基蓝产品纯度和确定配制亚甲基蓝滴定液时，需要先将试剂在93 C±3 C下烘干成千样(烘干后分子式为C H 。N。SC1，分子量319．85)，以测出试剂所含结晶水量，用来修正配制滴定液所用亚甲基蓝试剂称取量，并不是将烘干后的无水亚甲基蓝重量按照规定的百分比配制滴定用溶液。1980年德国造型材料专家D．Boenisch教授来我校讲学时，曾强调配制溶液的亚甲基蓝试剂不可烘干，否则可能会变质而影响测定结果。国外各种标准都是用不烘干的亚甲基蓝配制滴定用溶液。

2．3 亚甲基蓝滴定液的浓度

美国石油钻井行业所用亚甲基蓝溶液浓度是0．01 mol(摩尔)，即1000 mL中含0．01摩尔(即3．74g)，相当于质量分数0．374 。每1 mI 溶液含亚甲基蓝为0．01 m mol(毫摩尔)，即3．74 mg。其根据是假定在滴定过程中，亚甲基蓝的阳离子与膨润土的阳离子起完全的交换反应，从而可以由滴定结果得出100 g 膨润土中所含的交换性阳离子总量有多少m mol。后来美国铸造学会型砂试验手册中也规定采用同样浓度。亚甲基蓝溶液制备方法的规定如下：为了配制1000 mL 溶液，将3．739 g不含锌的亚甲基蓝结晶移入1000 mL容量瓶，加蒸馏水直到标定刻线。加水完毕后再搅拌0．5h。搅拌时稍稍加热可以改善溶解性，但不可过度加热，绝对不可沸腾。溶液配好后，倒入暗棕色的玻璃瓶中贮存，使用前应放置24 h。为了校核溶液浓度，可以用标准参比材料得出溶液的浓度的校正系数。如果平时亚甲基蓝溶液的用量小而延长了存放时间，应该定期复核其校准系数，以防溶液的浓度随时间而变。德国铸造学会指导文件P69中规定配制滴定所用的亚甲基蓝溶液的浓度是0．5 。

滴定用的亚甲基蓝溶液颜色很深，配制时无法靠目测判断瓶底是否有残留的不溶物。因此，我校在70年代初拟订操作规程时，建议将溶液浓度降低到0．20 9／5，不需加热即可使亚甲基蓝结晶完全溶解。3 膨润土试料浆液的准备

3．1 膨润土试料量

美国石油钻探行业用吸蓝量法检验制备钻井泥浆所用怀俄明天然钠基膨润土品