物理化学性质

A. 物理化学性质及工艺性能

一、热学性能

1.耐高温性

石墨是已知的最耐高温的材料之一，熔点高达3850℃，沸点4250℃(金属钨的熔点为3600℃)。把各种耐高温材料置于7000℃的高温电弧下10秒钟，石墨损失量最小，仅为0.8%，而碳化硅损失量为1.7%～6.3%，高铝刚玉损失量为8.2%，氧化锆损失量为12.9%。石墨强度随温度提高而变强，在2500℃时，石墨的抗拉强度比室温时提高1倍。但在空气中500℃开始氧化，700℃时受水蒸气侵蚀，氧化条件下，石墨易燃烧变成CO₂。

2.吸热性和散热性

石墨具有良好的吸热性。石墨吸热性为6.908×10⁷J/kg，酚醛增强塑料为2.96×10⁷～9.211×10⁷J/kg，金属为4.061×10⁷J/kg。石墨的散热性能亦很好，几乎和金属一样。

3.抗热震性能好

在温度急冷急热时，石墨制品不产生裂隙，温度突然变化时，体积变化小，热膨胀系数小，0～400℃时为(1×10^－6～15×10^－6)/℃。

二、导电导热性能

由于石墨晶体层内金属键的存在，使其具有良好的导电导热性能。其导电导热性能比铝大3～3.5倍，比铜高2～3倍，而且随温度的升高，导热系数降低。而一般材料，包括保温材料，导热系数随温度的升高而增大。在极高温下甚至又处于绝热状态。

将石墨晶体按一定方向排列，并同时加温加压后制成的“定向石墨”，其顺向导电比反向导电性能高1000倍。

三、其他性能

1.润滑性能及可塑性

石墨晶体摩氏硬度H=1，为最软的矿物之一。摩擦系数<0.1，而且鳞片越大，摩擦系数值越小，其润滑性能优于MoS₂，在高温条件下其润滑性能也不降低。石墨具良好的可塑性，可碾压成0.2μm薄片。

2.化学性能稳定

常温下耐强酸、强碱、腐蚀性气体以及有机溶剂的腐蚀，但在高温的氧化条件下活泼，易遭到腐蚀。

3.强涂敷性

μm级的石墨胶体具有很好的涂敷性，能牢固地黏附在固体表面而不脱落，如电视机的显像管涂层。

4.密封性

用柔性石墨作垫圈、密封圈等，对气体、液体具有很好的密封性。

5.良好的中子减速性能

石墨在核反应堆有良好的中子减速性能，能使能量很高的快中子速度减慢到普通物质中原子热运动能量，高纯石墨是良好的中子减速材料。

B. 物理化学性质及工艺特性

由于石棉种类很多，矿物成分和化学组成不同，不同种类的石棉，物理性质和化学性质也都不同，致使石棉具有诸多的优良特性。

一、石棉纤维的劈分性

1.蛇纹石石棉

蛇纹石石棉纤维几乎具有可以无限劈分的性质，能劈分成柔韧微细的纤维，在电子显微镜下可以观察到无数彼此平行的微细管状纤维，纤维直径约为2×10^－5mm。石棉纤维的劈分难易程度与石棉种类和产状有关，直接影响到工业利用和选矿时石棉的分解难易。一般劈分性好的纤维，可以劈分得比蚕丝还要细，理论上甚至可达到其结晶时的硅氧链状组成的“细管状体”，但是实际上是不可能的。影响纤维劈分性的原因主要有:化学成分、结晶程度、含吸附水的多少、应力破坏、矿石中某些物质的加入等。不同矿床类型或矿石类型纤维的劈分性不同，同一类型不同地质环境下形成的石棉矿石其劈分性也有差异。

目前鉴别石棉纤维可劈分性的方法有:手掰法、捻搓法或机械研磨法等简单的方法，主要用此判断石棉劈分成纤维束、丝的难易程度，确定其可劈分性是否良好。也有以石棉纤维的最小直径(纤维细度)来衡量石棉的可劈分性。纤维细度通常利用透射电镜或扫描电镜拍摄的显微照片经实测得出;还有以单位质量(g或mg)内含有纤维的根数或以单位截面积(mm²)内能剥分出纤维的根数，或用氮吸附法测定比表面积(对实心的角闪石石棉)值来评价其可劈分性。

2.角闪石石棉

角闪石石棉平均直径为0.16～0.86μm，最小直径为0.041μm，比表面积为2.4～12.4m²/g，纤维越细，比表面积越大。一般地，纤维的平均直径为0.162～0.420μm，比表面积为6.88～12.42m²/g时，纤维的劈分性就较好。角闪石石棉纤维的细度及劈分性与其成分和晶体结构有关。首先与结构中双链的坚固性和双链之间的结合力有关。Al³⁺代Si⁴⁺时，所形成的Al—O四面体比Si—O四面体大，引起双链发生扭曲和负电价增加，它们均影响链的坚固性，即大致沿链方向的化学键力减弱和垂直于链方向上化学键增强，从而引起角闪石晶体形成时沿垂直于双链方向发育相对增大，并影响纤维细度。双链间若为低电价、大半径的Na⁺、K⁺、Ca²⁺阳离子联结时，所形成的角闪石石棉纤维细度就较细。所以自然界产出的碱性角闪石石棉往往纤维细度小、比表面积大、质量好，如蓝石棉。

3.水镁石石棉

水镁石石棉纤维束细度(SEM测定)为0.98～1.68μm，最细者为0.086μm，比表面积为3.8～23.45m²/g。

二、石棉纤维的机械强度

1.蛇纹石石棉

蛇纹石石棉纤维具有较强的抗拉强度，尤其是从块状矿石中分离出的未变形的纤维，其抗拉强度更大，最高可达4237MPa，远远超过钢丝的抗拉强度(1304MPa)。在常见的纤维材料中，玻璃纤维和硼纤维的抗拉强度与蛇纹石石棉相近，其余无机纤维和有机纤维的抗拉强度均较蛇纹石石棉低。尤其是在较高温度下，温石棉纤维仍能保持相当好的强度，是一突出的优点。

温石棉纤维的机械强度与纤维的化学成分特征、纤维表面结构的完整性、纤维性和管心充填物情况等因素有关。富镁碳酸盐岩型温石棉纤维间常有碳酸盐矿物黏结或充填，其抗拉强度一般高于超镁铁质岩型温石棉;横纤维石棉一般比纵纤维石棉的强度高，含水镁石纤维的温石棉，其抗拉强度可降低至1203MPa，此外，风化作用、裂隙构造的再活动及人为的损伤也会使其抗拉强度显著降低。蛇纹石石棉在300～450℃范围内的加热处理过程中，其抗拉强度要增大，且在冷却后相当长时间内仍能保持良好的强度。这一性能对提高温石棉制品的机械强度有积极意义。加热处理使纤维强度增大的原因之一是加热时可使纤维间键力增强。此外，也可能与吸附水的排除有关，因为吸附水排除后，纤维之间结合更紧密，强度也就随之增大。

2.角闪石石棉

角闪石石棉的抗拉强度为158.9～1598MPa，拉伸弹性模量为9709～32264MPa，断裂伸长度为1.5%～5.2%。蓝石棉的力学性质优于其他角闪石石棉。影响角闪石石棉力学性质的因素除了成分、结构外，还与纤维胶结物特点、风化程度、分散程度及人为折损程度等因素有关。

3.纤维水镁石

纤维水镁石的抗拉强度为902MPa，属中等强度纤维材料，加热处理(400℃)、风化或酸蚀作用可大大降低其强度。其弹性模量为13800MPa，有一定脆性。

三、石棉的耐热性

石棉具有一定的耐热性能，并且不燃烧。通常是以失去结构水的温度为石棉纤维的耐热度。温石棉长时间耐热温度为550℃，短时间耐热温度为700℃。因此，温石棉的耐热度为550～700℃。此时，温石棉纤维的物理性质遭到破坏，失去光泽，颜色变成淡红色至肉红色，弹性韧性丧失，易搓成粉末。在各种石棉中，角闪石石棉的耐热性能最强，温度在900℃时其物化性能仍保持不变。水镁石石棉分解温度为450℃，可靠使用温度为400℃，最高使用温度为450℃，极限稳定温度为500℃。风化作用及酸蚀、潮湿环境、延长加热时间都会使耐热性下降。

四、石棉的导热性能

松解或絮状纤维的石棉导热性很低，松解程度越好，导热系数越小。温石棉的导热系数为0.09～0.14W/(m·K)，角闪石石棉的导热系数为0.07～0.09W/(m·K)，纤维水镁石原矿的导热系数为0.46W/(m·K)，松散纤维(体积密度为0.47g/cm³)为0.131～0.213W/(m·K)。

五、石棉的导电性能

石棉是良好的电绝缘物质，其导电性能和氧化铁的含量有关，也和这些物质赋存状态有关，铁的存在会大大降低石棉的电绝缘性能。结晶度好、质地纯净的石棉电阻率较小。温石棉的质量电阻率ρ_m在10⁴～10⁸Ω·g/cm²之间，体积电阻率ρ_v在1.9×10⁸～4.79×10⁹Ω·cm，角闪石的质量电阻率ρ_m在10⁴～10⁷Ω·g/cm²之间，水镁石石棉的质量电阻率ρ_m为8.82×10⁶Ω·g/cm²，体积电阻率ρ_v为5.9×10⁶Ω·cm，电阻率显各向异性，加热可使电阻率上升12倍。

六、石棉的表面电性

纤维表面电性是温石棉的重要电学性质之一，常用电动电位ξ表征，单位为mV。温石棉和其他固体颗粒一样，当其分散在液相中时，表面会带不同的电性，表面电性对温石棉的絮凝性及吸附性能有重要影响。完好的温石棉纤维表面荷正电，是由于管状结构的温石棉纤维的最外壳层是“氢氧镁石”八面体层，其中的OH^－基团在水中表现出亲水性，易进入液相，使纤维表面失去阴离子团，存在过剩的阳离子而荷正电;同时，纤蛇纹石中常发生三价阳离子如Al³⁺取代基本结构层中的Si⁴⁺和Mg²⁺，造成八面体层中正电荷过剩而四面体层中的负电荷过剩，产生一种双电层偶极子结构，因此，在正常情况下温石棉纤维表面总是带正电荷。但是不同产地的温石棉，或同一矿床不同层位的石棉的ξ值也有较大的差异。如我国集安产的温石棉ξ值为6.69mV，茫崖石棉ξ值为21.38mV，四川石棉矿的ξ值为8.37～26.15mV，加拿大魁北克的温石棉ξ值为93mV。这与纤维表面的完整情况、杂质成分及种类、风化程度等因素有关。例如含磁铁矿、碳酸盐矿物及粘土微粒较多时，由于这些杂质均显负电，使石棉纤维的ξ值降低甚至呈负值。如含水镁石的温石棉，因水镁石的OH^－易进入溶液而使ξ值增大。风化作用对温石棉的ξ值影响也很大，因为风化作用过程中水常呈弱酸性，使温石棉管状结构表面的羟基和Mg²⁺易被淋滤带走，即易剥离掉“氢氧镁石”层，使ξ值变小。

水镁石纤维的ξ值为正值，可高达36.3mV。pH值增大，其ξ值变小，零电位点的pH值为12.5。风化、酸蚀、纤维束中混入磁铁矿、碳酸盐矿物将降低其电动电位值，甚至变为负值。

七、石棉的吸附性及过滤性

石棉具有良好的吸附性能，其吸附能力的大小取决于比表面积大小。蛇纹石石棉是一种极微细的管状体，因此具有吸附周围其他物质的能力。如石棉水泥制品中的石棉纤维在渗水时，纤维能吸附水泥中的Ca(OH)₂和水分，使石棉水泥制品能迅速地胶凝和硬化。因此石棉在水泥制品中起类似“钢筋”的增强作用，又起到胶凝硬化作用。在空气中，石棉也能吸附水分，将其置于饱和状态下的水蒸气中，其吸附量最大可达8%，在一般空气中也能吸附1.5%～5%的水分。表面结构完整的柔软型温石棉纤维，在水溶液中表面荷正电，能吸附OT分子(一种阴离子表面活性剂)，能充分松解分散，纤维柔软，相互绞缠，增大浮力，易于稳定地悬浮于水中，极难沉淀。如我国祁连小八宝、双岔沟的温石棉，加拿大魁北克的温石棉等，都具有很好的成浆性，适合作泡沫石棉及复合硅酸盐保温涂料的原料。

一些物质，如有毒烟雾、细菌、病毒、放射性尘埃等通常以0.1～200μm的气溶胶状态出现，蓝石棉中的镁钠闪石石棉和镁钠铁闪石石棉具有很大的比表面积和表面活性，常被作为过滤剂和吸附剂来净化气体和液体，用于化工、冶金、军事等部门。蓝石棉是净化有毒气体唯一的天然纤维材料，对于滤除穿透能力最强的粒径为0.1～1μm的有毒粒子十分有效。在液体过滤方面，用蓝石棉制成的过滤材料能过滤净化热的浓酸和其他腐蚀性液体;在电化学工业，蓝石棉作为电解过程中的筛孔材料。在制药工业，用于过滤抗菌素、滤除细菌和分离病毒等。

八、石棉的化学性质

石棉的耐酸耐碱性能，一般用石棉在酸、碱溶液中的溶蚀率来表示。各种石棉的耐酸、碱性性质各不相同，详见表12－2。从表12－2可以看出，蛇纹石石棉耐碱性较好，耐酸性较差，而角闪石石棉类的耐酸与耐碱腐蚀性能都很强。角闪石石棉的耐酸性能大大优于蛇纹石石棉的原因，是因为角闪石石棉具有表面电性为负值，这种表面负电性的作用是排斥酸根负离子，从而起到阻止角闪石石棉纤维表面上阳离子同酸根离子相结合的作用，因此降低了酸溶液对角闪石石棉的腐蚀性。而蛇纹石石棉其外层为(OH)^－，在水溶液中显较强的碱性，并且具有表面正电性，因此，蛇纹石石棉易遭受酸溶蚀。

表12－2 石棉的酸、碱溶蚀率

(据潘兆橹等，1993)

纤维水镁石耐碱性极强，是天然无机纤维中耐碱性最优者，但耐酸性极差。在强酸中能被全部溶解，在草酸、柠檬酸、乙酸、食醋、pH=0.1～2的缓冲溶液中均可以不同的速率溶解。纤维越短、细度越细、酸蚀速率越大。溶解量与作用时间成正比，但溶蚀率较大的是开始半小时以内。纤维水镁石在潮湿或多雨气候条件下，易受大气中的CO₂、H₂O的侵蚀。故其制品表面需要作一防水防潮处理。

C. SO2 的物理化学性质

--- 二氧化硫的物理性质

1.无色、有刺激性气味、有毒气体

2.密度比空气大

3.易溶于水

4.易液化，相对密度:1.434(液体,0℃) 熔点:-75.5℃ 沸点:-10℃

--- 二氧化硫的化学性质

1、SO2与水的反应

SO2 + H2O à H2SO3（亚硫酸）

2、SO2与O2的反应:

2SO2 + O2 à 2SO3

3、三氧化硫：SO3 ：无色固体.熔点（16.8℃）和沸点(44.8℃) 都比较低。是酸性氧化物。

SO3与H2O的反应:

SO3 + H2O = H2SO4

4、二氧化硫的漂白性

4.1SO2的漂白机理：

SO2跟某些有色物质化合生成的无色物质不稳定，在一定条件下易分解而恢复原来有色物质的颜色。——化合漂白

4.2除了SO2，还有哪些物质具有漂白性？它们的漂白机理有何不同？

Na2O2 ，H2O2， O3 ，漂白粉，氯水（HClO），活性炭……

4.3漂白机理：

Na2O2 ，H2O2， O3 ，漂白粉，氯水（HClO）——— 氧化漂白

活性炭 ——— 吸附漂白

SO2 ——— 化合漂白

--- 二氧化硫的用途

1.制造硫酸：SO2 + O2 -> SO3 ， SO3 + H2O = H2SO4

2.可以漂白纸浆、毛、丝、草编制品等。

3.杀灭霉菌和细菌。

4.作食物和干果的防腐剂。

D. 空气的物理化学性质

物理性质：无色有刺激性（臭鸡蛋）气味,密度比空气大,可溶于水化学性质：有毒, 不稳定： H2S=H2+S（加热,可逆）酸性： H2S水溶液叫氢硫酸,是一种二元弱酸.2NaOH+H2S=Na2S+2H2O 还原性： H2S中S是-2价,具有较强的还原性,很容易被SO2,Cl2,O2等氧化.可燃性：在空气中点燃生成二氧化硫和水:2H2S + 3O2 ==== 2SO2 + 2H2O (火焰为蓝色)(条件是点燃).若空气不足或温度较低时则生成单质硫和水.

E. 物理化学性质是什么意思

关于物理性质的定义有两个，一是指物质不需要经过化学变化就表现出来的性质， 二是指物质没有发生化学反应就表现出来的性质叫做物理性质。
物质的物理性质如：颜色、气味、形态、是否易升华、挥发、熔点、沸点、硬度、导电性、导热性、延展性等~~~
化学性质：物质在发生化学变化时才表现出来的性质。牵涉到物质分子或晶体化学组成的改变。
如所属物质类别的化学通性：酸性、碱性、氧化性、还原性、热稳定性及一些其它特性。

F. 铜的物理化学性质

物理性质：铜呈紫红色光泽的金属，密度8.92克/立方厘米。熔点1083.4±0.2℃，沸点回2567℃。有很好答的延展性。导热和导电性能较好。

化学性质：原子大小与结构：电子层：K-L-M-N；电子层分布：2-8-18-1；原子半径：186pm

范德华半径：140pm

铜是不太活泼的重金属，在常温下不与干燥空气中的氧气化合，加热时能产生黑色的氧化铜。

(6)物理化学性质扩展阅读

铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在中国有色金属材料的消费中仅次于铝。

铜是一种红色金属，同时也是一种绿色金属。

说它是绿色金属，主要是因为它熔点较低，容易再熔化、再冶炼，因而回收利用相当地便宜。古代主要用于器皿、艺术品及武器铸造，比较有名的器皿及艺术品如后母戊鼎、四羊方尊。

G. 物理化学性质

一、力学性质

硬度金刚石是自然界目前已知材料中最硬的物质，其相对硬度(莫氏硬度)为10，显微硬度(正方锥压入法)为98588MPa。金刚石绝对硬度是石英的1000倍，是刚玉的150倍。金刚石的产地、矿床类型及颜色不同，其硬度不同。同一金刚石不同晶面上硬度也不同，杂质会对硬度产生影响，如含铬使金刚石硬度降低，韧性增大;含氮则金刚石硬度较高而脆性增大。硬度具有明显的各向异性，八面体{111}晶面上的硬度>菱形十二面体{110}晶面上的硬度>立方体{100}晶面上的硬度>四角三八面体{211}晶面上的硬度。

同一晶面不同方向上硬度也不同，在(100)面上，对角线［011］方向的硬度>正四方形边［001］、［010］方向的硬度;在(110)面上，对角线［111］方向的硬度远大于［001］方向的硬度;在(111)面上各方向硬度相近。

脆性金刚石虽然很硬，但性脆，在一定的冲击力下会沿晶体{111}解理面裂开。金刚石的脆性与晶体的内应力、裂缝及其他缺陷有关。晶体的内应力大、具有裂缝和其他缺点的晶体，在较低的冲击下就能被劈开。

密度金刚石的密度一般为3.47～3.56g/cm³，质纯、结晶完好的金刚石密度为3.52g/cm³。金刚石的颜色不同，晶体中包裹体的种类和数量不同，密度也不同。

解理金刚石具有{111}中等解理和平行{110}、{221}的不完全解理。因为其结构中{111}面网内键的相对密度最大，为4.619/a²，面网间键的相对密度最小，为2.309/a²;{110}面网内键的相对密度为2.828/a²，仅次于{111}面网，面网间相对密度为2.828/a²，仅高于{111}。其他面网间键的相对密度远远超过其面网内的相对密度，因而不易产生平行其面网的解理，而是产生不规则的贝壳状断口。Ⅱ型金刚石的解理面通常较Ⅰ型平滑。少数金刚石可发生塑性变形，系沿{111}方向产生滑移所致。

断口金刚石的断口具有很复杂的结构，但常以贝壳状或参差状为特征。

二、光学性质

颜色纯净的金刚石无色，但比较少见。多呈不同颜色，如黄色、绿色、棕色、玫瑰色、蓝色、灰色、黑色等。金刚石的颜色与所含杂质及结构缺陷有关。如黄色可由含Ti⁴⁺和Fe³⁺引起，或由结构中的缺陷中心造成。Ⅰ_b型金刚石含顺磁性单原子氮，常呈琥珀黄色，但这种形式的氮含量更高时会出现绿色。Ⅱ_b型金刚石含硼，使晶体常具蓝色或天蓝色。玫瑰色和烟色不是由杂质所致，而是结构呈色。灰色和黑色则可能由结构缺陷或含深色包裹体(主要是石墨)所致。

光泽金刚石常具有金刚光泽，但少数为油脂光泽、玻璃光泽，甚至无光泽。这是由于长期的化学腐蚀、射线影响、外来物质侵入以及表面为其他物质覆盖而光泽暗淡。

透明度纯净的金刚石晶体是透明的，但有些金刚石为半透明，甚至不透明。

折光率纯净者达2.40～2.48，在透明矿物中折光率最高。折光率愈高，对光的反射力愈强。经过特殊设计和加工的金刚石，可以把射入各个面和射入内部的光线几乎全部反射出去。折射率随波长改变明显:396.9nm，n=2.4653;486.1nm，n=2.4354;656.3nm，n=2.4103;762.8nm，n=2.4024。均质体，但常呈异常双折射，可能由结构缺陷造成的内应力所引起。

色散性金刚石具有高度的色散性，其色散系数达0.063，也是透明矿物中的最大者。色散系数愈大，分光效果愈好。当一束白光射入琢磨好的金刚石中时，因色散效应，可分成不同颜色的光，使得金刚石光彩夺目。

异常干涉色等轴晶系矿物，在正交偏光镜下的干涉色应为黑色，但很多金刚石呈异常干涉色，如灰色、黄色、粉红色、褐色等。

发光性金刚石在阴极射线下发鲜明的绿色、天蓝色、蓝色荧光;在X射线下发中等亮度或较微弱的天蓝色荧光，极少数不发光;在紫外线下发鲜明或中等亮度的天蓝色、紫色、黄绿色荧光;日光曝晒后在暗室里发淡青蓝色磷光。Ⅱ_b型金刚石在波长365nm的光照射下不发光，但用短波紫外线(253.7nm)照射后显示浅蓝色，有时呈红色磷光。

三、热学性质

热导率金刚石是较好的热良导体，其热导率不等，一般为138.16W/(m·K)。Ⅰ_b和Ⅱ_a型金刚石热导性特别好，Ⅰ_b及Ⅱ型含氮量低，均具有很高的热导率，适于作散热元件。金刚石的热导率随温度而异。在液氮温度下为铜的25倍，室温下为铜的5倍，具有超导热性。

热膨胀性金刚石在低温时线膨胀系数极小，随温度升高线膨胀系数迅速增大。

耐热性金刚石在纯氧中燃点为720～800℃，在空气中燃点为850～1000℃，在绝氧不加压的真空条件下，金刚石加热至1800～1900℃可转变为石墨。在金刚石燃烧时火焰呈蓝色。

四、电磁性能

导电性Ⅰ型和Ⅱ_a型金刚石为绝缘体，室温下电阻率为10¹⁴～10¹⁵Ω·cm，随着温度的升高，电导率有所增大。Ⅱ_b型金刚石具有良好的半导体性能。

介电常数金刚石的相对介电常数在15℃时为16～16.5，其数据随测定时的电场强度、频率和室温而异。

光电性用波长210～300nm的紫外线照射金刚石时，会有光电流产生。用红外和紫外线同时照射时，其光电导将增加近两倍。相同条件下，Ⅱ型比Ⅰ型金刚石的电流大若干数量级。

摩擦电性金刚石与玻璃、硬橡胶、有机玻璃表面摩擦时均产生摩擦电荷。摩擦电荷的符号为正，大小随摩擦时间而异。

磁性纯净的金刚石为非磁性，当含有磁性包裹体时具有一定磁性。

五、表面性质

金刚石表面具有亲油性和疏水性。金刚石由非极性的碳原子所组成，对水的H⁺和OH^－不产生吸附作用，即水对金刚石不产生极化作用，故金刚石具疏水性。天然金刚石亦有疏油亲水者，主要原因是:①表面覆盖有氧化薄膜或硅酸盐矿物薄膜，使表面键性改变而变为亲水;②微量元素的混入，使晶体内部构造或表面键性发生改变;③受射线作用，地质应力作用，酸碱长期腐蚀、杂质机械混入和包裹体的影响等，其新鲜表面润湿接触角为80°～120°。自然界中的金刚石表面往往被污染，因而润湿触角变小。

六、化学性质

金刚石具有很好的化学稳定性，耐酸、耐碱，高温下也不与浓的HF，HCl，HNO₃反应。只有在Na₂CO₃，KNO₃的熔融体中，或与K₂Cr₂O₇和H₂SO₄的混合物一起煮沸时，表面才稍微有氧化现象。其他性质见表14－2。

表14－2 金刚石的性质一览表

H. 一般物理化学性质及工艺性能

膨润土是一种极有价值、多用途的非金属矿，素有“万能”粘士之称，具有许多优良的工艺性能，其工艺性能主要取决于主要矿物蒙脱石的种类和含量。

1.表面电性

蒙脱石的表面电性来自三个方面:(1)层电荷。单位晶胞最高可达0.6，这种电荷的密度不受所在介质的pH值的影响，是蒙脱石的表面呈负电性的主要原因。(2)破键电荷。产生于四面体的基面和四面体层、八面体片的端面，系Si－O破键和Al－O(OH)破键的水解作用所致。当pH值<7时，因破键分子吸引H⁺带正电荷，pH值>7时带负电;(3)八面体片中离子离解形成的电荷。在酸性介质中，(OH)^－或(AlO³⁺₃)离解占优势，端面荷负电;pH值9.1左右为等电点。

2.膨胀性

膨润土中的蒙脱石吸水或吸附有机分子后，晶层底面间距c₀增大，体积膨胀，膨胀性是膨润土的特殊性能。自然界产出的较稳定的蒙脱石，其单位化学式中有2H₂O时，c₀=1.24nm，有4H₂O时，c₀=1.54nm，高水化状态时，c₀可达1.84～2.14nm，吸附有机分子时，c₀最大可达4.8nm。影响膨胀性大小的因素是蒙脱石层间阳离子和层间水化能力。层间为二价阳离子的蒙脱石，阳离子水化能高，吸水速度快，但吸水量小，膨胀性小，膨胀倍数为几倍至十几倍，如钙基膨润土。层间为一价阳离子的蒙脱石，阳离子水化能低，吸水速度慢，但吸水量大，膨胀性大，膨胀倍数高达20～30倍，如钠基膨润土。

3.分散悬浮性

膨润土在水介质中能分散成胶体状态，膨润土的胶体分散体系的物理化学性质取决于可交换阳离子的种类、分散相颗粒大小和形态。钠基膨润土在水中可以形成永久性的乳浊液或悬浮液，且颗粒越细，悬浮性越好。这种悬浮液具有一定的黏滞性，触变性和润滑性。而钙基膨润土在水中虽可迅速分散，但一般会很快沉淀。分散体系的pH值、阳离子种类和数量影响分散体系的稳定性。在分散体系中添加过量的碱金属或碱土金属阳离子时，将降低蒙脱石晶体层面上的电动电位，产生面－面聚集，使分散相的表面积减小。在酸性分散介质中，若外来金属阳离子干扰少或没有干扰时，蒙脱石晶体带正电荷的端面与晶层面形成面－端型聚集，在中性分散液中，蒙脱石晶片则呈端－端聚集，聚集体的骨架包含大量的水，在浓厚的分散液中，当聚集发展到整个体系时，即成凝胶。在比较稀薄的膨润土分散体系中，当分散相聚集发展到一定程度时，颗粒增大，产生沉淀。

工业应用上，用胶质价、膨胀容、膨润值、吸水率和吸水比等技术指标来评价膨润土的膨胀性及悬浮性的优劣。

胶质价是指膨润土与水按比例混合后，加过量MgO，使其凝聚形成凝胶体，以15g样形成的凝胶体积的毫升数表示，是试样分散性、亲水性和膨胀性的综合表现。

膨胀容指膨润土加水膨胀，然后与盐酸混匀后沉淀物的体积。

膨润值是指膨润土与水充分混合后，加入一定量电解质盐类，所形成凝胶体的体积。

吸水率是指单位质量的膨润土所能吸附水的质量，以百分数表示。

吸水比是指前10分钟的吸水量与2小时吸水量的百分比。

4.触变性、可塑性和黏结性

触变性是指膨润土与水掺和搅拌后，在某一瞬间所表现的应力与应变关系。这是用于钻井泥浆的主要技术性能。在钻探中，需要触变性泥浆，钻探泥浆在流动时变成溶胶，可以用动力较小的泥浆泵来维持它的循环，一旦循环停止，泥浆全部胶凝，岩粉就随泥浆固定下来，以致沉积井底而造成卡钻事故。当钻机开动时，泥浆又变成溶胶，岩粉颗粒仍然悬浮在泥浆中，循环的泥浆把岩粉从钻孔中带出来。膨润土具有较好的可塑性和黏结性，且形变所需的力较其他粘土小。工业应用上以干压强度、湿压强度及湿拉强度等技术指标来衡量膨润土可塑性及黏结性的好坏。一般地，钠基膨润土的触变性、干压强度、湿压强度及湿拉强度均优于钙基膨润土，所以钻井泥浆材料、型砂黏结剂和冶金球团黏结剂均使用钠基膨润土。

5.阳离子交换与吸附性能

膨润土具有很好的吸附性能，能吸附气体或液体中阳离子和分子。在所有粘土中，膨润土的离子交换性最好。膨润土的阳离子交换主要是蒙脱石层间阳离子的交换。晶体端面所吸附的离子也具有可交换性，且随颗粒变细而增大。膨润土的阳离子交换容量与蒙脱石晶层间的阳离子类型有关，此外，也受蒙脱石的粒度、结晶程度、介质性质等因素的影响。层间阳离子的电价和水化能越高，被交换性越差，因此钠基膨润土的阳离子交换容量高于钙基膨润土。在交换吸附中，离子以等当量进行交换。同一交换剂在相同条件下可交换不同量的各种正离子。用实验方法研究交换吸附过程的结果表明，正离子的交换能力随着它们价数的增大而增高，对于同价的正离子而言，交换能力随离子半径的增大而增强。因为离子交换吸附实质上是离子被带异电荷的吸附剂所吸引的结果，所以离子的价数越大，这种吸附力也就越强。至于离子半径的影响，可以这样来解释:离子半径越大，水合离子半径越小。例如，按照水合离子半径的大小，碱金属可排成下列顺序:

非金属矿产加工与开发利用

显然，在吸附的情况下，锂的水合离子中心距离吸附剂的表面，比其余的水合离子中心都要来得远，因此，表面对它的吸附力也是最小的。所以一般的规律是:离子水合半径越大，交换能力越弱。即离子半径越大，交换能力越强。只有H⁺是个例外，H⁺的交换能力不仅高于一价阳离子，而且还高于二价阳离子。几种常见阳离子在浓度相同条件下，交换能力的顺序是:

非金属矿产加工与开发利用

介质的pH值对阳离子交换容量的影响:一般介质中，pH大于7时，阳离子交换容量大，pH小于7时，交换容量变小。介质的pH降低，H⁺的浓度增加，这时扩散层变薄，电位也下降。而扩散层的厚薄能够决定交换剂的交换能力的大小，因为具有交换能力的反离子主要分布在扩散层内。

膨润土在pH值为7的水介质中阳离子交换容量为70～140mmol/100g土左右，其中又以钠质膨润土最佳。温度也对阳离子交换容量起着一定的作用，一般温度升高到100℃以上，交换容量开始减小。

利用膨润土的阳离子交换性可对其进行改型。如在钙基膨润中加入一定量的Na₂CO₃，在一定的工艺条件下，可使其改型为性能更优的钠基膨润土。用硫酸或盐酸在一定的工艺条件下可将钙基膨润土或钠基膨润土活化成吸附性和脱色性更为优异的活性白土。

I. 物理化学性质

1.一般物理性质

叶蜡石质地细腻，脂润柔软，摩氏硬度为～2，密度2.65～2.90g/cm³。绝缘、绝热性好，化学性能稳定，只有在高温下才能被硫酸分解。

2.耐高温性能

叶蜡石耐火度较高，大于1700℃，叶蜡石耐火材料在高温下不收缩，在温度剧变条件下不碎裂，能经受钢渣熔体和金属熔体的冲击，有较强的抗蠕变能力。在1100～1300℃时，叶蜡石逐渐分解，形成高温稳定的富铝红柱石相和方石英相。

3.热膨胀性能

叶蜡石的热膨胀系数小，为(7.7×10^－6～18.9×10^－6)/℃，与叶蜡石的纯度有关，纯度越高的叶蜡石热膨胀系数越小，热膨胀系数随石英含量的增多而增大。这是因为α－石英在573℃转变为β－石英时伴随有0.8%的体积膨胀。所以，含石英的叶蜡石矿石在500～600℃范围内的热膨胀系数会迅速增大。

4.热辐射性能

较纯的叶蜡石的热辐射率较低，一般为0.41～0.53。因此具有良好的隔热效果，这一优良性能提高了叶蜡石的耐烧蚀性能。

5.耐烧蚀性能

依靠消耗物质来保护经受高温和高速气流冲刷物体的过程称作烧蚀过程。材料受热发生分解、脱水、相变及升华等过程，都要吸收大量热量，使温度降低，改善材料烧蚀性。叶蜡石、滑石、水镁石、温石棉等都是耐烧蚀性好的矿物。叶蜡石耐烧蚀性的原因之一就是叶蜡石的脱水温度适中，为600～800℃，因为烧蚀材料在分解、脱水、相变温度过高或过低时，对保持烧蚀材料的强度都不利。另外，叶蜡石在高温相变时易转变成为莫来石和方石英等热稳定性好的物相。

6.化学稳定性

不含可交换性阳离子、不易水化，耐酸碱性强，酸蚀率平均为1.23%，碱蚀率平均为2.23%，具有良好的化学稳定性。

7.其他性能

叶蜡石在加热过程中要发生褪色现象，加热到660℃时，灰色、灰白、淡黄色、浅绿色等色调发生部分褪色，即煅烧后白度要增高，温度越高，褪色越明显，到1000℃时，可变成雪白色。

另外导电率及导热率低，具有良好的绝缘性。吸油率高，遮盖力强。

J. 物理化学性质 各要5个

金属的银白色光泽，导电性，导热性，延展性和密度大等是物理性质，因为不涉及化学反应
金属和酸反应，和比它活泼性差的金属盐溶液反应，和非金属单质反应，Na等活泼金属和水反应等是化学性质