Abstract
Various applied-mineralogical characterization including measurements of surface area, size distribution, swelling index, and viscosity were done for some domestic bentonites in order to decipher the rheological properties and their controlling factors. The bentonites, which are Ca-type and relatively low-grade (rnontmorillonite contents: 30 ∼ 75 wt%), occur mostly as subhedral lamellas with the size range of 2 ∼ 4 $\mu\textrm{m}$. The size distribution of mineral fractions in bentonite suspension is dominant in the range of 10 ∼ 100 $\mu\textrm{m}$, and though rather complicated, exhibits roughly bimodal patterns. The feature is more conspicuous in the case of zeolitic bentonite. The bentonites have surface areas ranging 269 ∼ 735 $\m^2$/g, which are measured by EGME adsorption method. The EGME surface areas are nearly proportional to the rnontmorillonite contents, moisture contents, or total CEC. In the surface area measurements, zeolitic bentonites have slightly higher values than those zeolite- free types. The measured swelling index and viscosity of domestic bentonites are comparatively low in values. The swelling values of bentonites were measured to be 250∼500% at maximum by progressively mixing amounts of 2 ∼ 5 wt% Na$_2$CO$_3$, which varies depending on the contents of rnontmorillonite and other impurities, especially zeolite. Much amount of sodium carbonate is required for optimum swelling property of zeolitic bentonited which has usually strong Na- exchanged capacity. The bentonites, which are comparatively feldspar-rich and low in size and crystallinity, tend to be higher in viscosity values. Tn addition, the viscosity is largely higher in case of the bentonites with higher pH in suspension. However, the rheological properties of bentonites such as swelling index and viscosity do not show any obvious relationships with rnontmorillonite contents and mean particle size in suspension. In contrast, roughly speaking, the swelling index of bentonites is reversely proportional to the values of surface area which can be regarded as a collective physico-chemical parameter encompassing all the effects caused by mineral composition, surface charge, particle size, morphological farm, and etc. in bentonites. Thus, the rheological properties in bentonite suspension appear to be rather complicated characteristics which mainly depend on the flocculation of clay particles and the mode of particle association, i.e. quasicrystals, controlled by surface charge, morphology, size, and texture of rnon-tmorillonite, and which partly affected by the finer impurities such as zeolite.
국내산 벤토나이트의 유변학적 특성과 그 규제 요인을 파악하기 위해서 각종 응용광물학적분석과 체표면적, 입도분포, 팽윤도 및 점성도를 측정하였다. 비교적 저품위(몬모릴로나이트 함량:30∼75 wt%)를 이루는 국내산 Ca-형 벤토나이트들은 2∼4 $\mu\textrm{m}$의 입도를 갖고 대부분 반자형의 엽상 결정체를 이룬다. 현탁액 상에서 벤토나이트 광물성분들의 입도 분포는 대체로 10∼100 $\mu\textrm{m}$ 범위에서 높은 빈도를 보이고 전체적으로는 다소 복잡한 이중적인 분포양상을 나타낸다. 이 같은 양상은 제올라이트질 벤토나이트에서 보다 심하게 나타난다. 이 벤토나이트들의 EGME 체표면적은 $269∼735\m^2$/g의 값의 범위를 갖는 것으로 측정되었다 이 체표면적 값은 몬모릴로나이트의 함량, 수분함량 및 CEC 수치와 대체로 정비례하는 관계를 나타낸다. 제올라이트질 벤토나이트가 제올라이트를 함유하지 않는 것보다 전반적으로 약간 높은 체표면적 갈을 갖는다. 국내산 벤토나이트들은 전반적으로 낮은 팽윤도와 점성도를 나타낸다. 2∼5 wt%의 $Na_2$$CO_3$첨가에 의해서 유발된 국내산 벤토나이트들의 팽윤도 향상 최대치는 몬모릴로나이트의 함량과 불순물, 특히 제올라이트의 함유정도에 따라 250∼500%수준인 것으로 측정되었다. Na치환능력이 강한 제올라이트를 함유하는 벤토나이트의 팽윤도 향상에는 좀더 많은 양의 $Na_2$$CO_3$가 소요된다 점성도에 있어서는 장석의 함량이 높고 상대적으로 낮은 입도와 결정도를 갖는 벤토나이트들이 비교적 높은 수치를 보이는 경향이 있다. 또한 현탁액의 pH가 상대적으로 높은 수치를 보이는 시료들이 대체로 점성도가 높은 것으로 나타난다. 그렇지만 벤토나이트의 주요한 유변학적 특성들인 팽윤도와 점성도는 몬모릴로나이트의 함량이나 평균 분산입도와는 뚜렷한 일률적인 상관관계를 보이지 않는 것으로 나타난다. 이에 비해서 팽윤도는 벤토나이트의 광물조성, 표면전하 특성, 입도 및 형상 등의 물리화학적 성향을 포괄하는 체표면적 수치와 대략적으로 반비례적인 관계를 보인다 따라서 벤토나이트 현탁액에서의 유변학적 특성은 몬모릴로나이트의 표면전하 특성, 형태, 입도 및 조직 등의 차이에 의해서 달라지는 점토 입자들의 응집특성 및 취합결정체의 형상에 주로 규제되고, 제올라이트와 같은 미세한 불순 광물성분들의 영향도 부수적으로 관여되는 복합적인 성향인 것으로 해석된다.
