一、概述
膨润土，亦被称作蒙脱石黏土，是一种含有多种矿物的黏土岩，通常会包含一些如伊利石、高岭石、绿泥石、沸石、石英、长石以及方解石等成分。它的颜色变化较为广泛，通常为白色或淡，且因铁含量的不同，可能呈现浅灰、淡绿、粉红、褐红等色调。膨润土的质地从松散如土壤状到致密坚硬不等，外观常带有蜡状、油脂光泽。
其主要成分包括二氧化硅、三氧化二铝和水，同时还含有铁、钙、钠、镁、钾等多种元素。不同元素，尤其是钠和钙的含量，直接影响膨润土的物理化学性质及其在工艺技术中的表现。膨润土的矿物结构属于单斜晶系，常见为土状或块状形态，具有较低的硬度（1～2），密度一般在2到3g/cm³之间。
根据膨润土的化学成分和阳离子的交换性质，它可分为几种类型：钠基膨润土（碱性）、钙基膨润土（碱土性）、以及天然漂白土（酸性白土）。其中，钠基膨润土的膨胀性和吸水能力尤为突出，具有强大的吸湿性，能够吸水膨胀至其体积的10倍甚至更多，具有极好的分散性和胶凝性。它在液体、气体以及有机物质的吸附方面也表现出优异的性能，吸附能力最高可达到自身体积的五倍。
二、膨润土的吸附性能
膨润土的吸附性广泛应用于工业中，尤其是在钻井作业中，膨润土的吸附作用起到了至关重要的作用。在钻井过程中，膨润土矿物能够通过其特有的吸附性能调整泥浆的各项参数。例如，添加降滤失剂时，通过聚合物分子的一端与膨润土颗粒表面吸附，另一端则与水分子相互作用，形成一种桥联效应，从而减少泥浆中自由水的含量，改进泥浆性能。
膨润土的吸附性主要包括三种形式：物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。
物理吸附：这种吸附形式依靠膨润土表面分子间的引力作用，属于可逆吸附。其过程较为温和，吸附速度与脱附速度在一定条件下保持平衡。膨润土由于其高度的分散性，使得物理吸附现象特别显著。
化学吸附：化学吸附则是通过化学键力发生的吸附作用，通常不可逆。例如，在钻井泥浆中加入化学处理剂如铁铬木质素磺酸盐，铬离子会与膨润土晶体表面发生吸附，从而增强膨润土的稳定性，尤其在高温环境下，如深井或地热井中，化学吸附的稳定性优于物理吸附。
离子交换吸附：膨润土的矿物晶体带负电荷，表面吸附相反电荷的阳离子，形成离子交换反应。这种反应的特点是可逆的，吸附和脱附速率受到溶液中离子浓度的影响。
膨润土的吸附性能受到多种因素的影响：
膨润土的类型：钠基膨润土的吸附能力通常要强于钙基膨润土。
颗粒大小：经过粉碎的膨润土颗粒，其吸附能力会大大增强，粉碎得越细，吸附效果越好。
溶液的性质：溶液中的离子浓度对膨润土的吸附性能有重要影响，浓度过高时，膨润土的分散性和扩散性会受到抑制。
三、膨润土的膨胀性
膨润土遇水时会发生膨胀，这一现象的主要原因是水分子进入膨润土矿物的晶层，导致层间距离增大。膨润土的膨胀性与其组成成分密切相关，尤其是钠基膨润土的膨胀性远强于钙基膨润土。蒙脱石的含量对膨润土的膨胀性起着决定性作用，蒙脱石含量越高，膨润土的膨胀性越强。
膨润土膨胀性差异的主要原因包括：
阳离子交换：多价阳离子与膨润土颗粒之间的强静电吸引力会使颗粒，限制了分散性和膨胀性。钙基膨润土的膨胀性远逊色于钠基膨润土。
蒙脱石的电荷分布：蒙脱石中的负电荷会吸附水化阳离子，形成双电层。双电层的厚度受离子价数的影响，阳离子价数越高，膨胀性越弱。
晶层吸水性差异：钠基膨润土的晶层吸水较多，膨胀倍数更大，而钙基膨润土则因电引力较强，难以吸水，膨胀倍数较小。
四、膨润土的造浆性能
膨润土的造浆性，亦即其在水中分散成悬浮液的能力，是衡量其质量的重要指标。通常，钠基膨润土的造浆性能优于钙基膨润土。膨润土的造浆率是根据其在水中分散后的表观粘度来进行评估的。
造浆性能受多种因素影响，包括颗粒的质量、密度以及水分含量等。在钻井作业中，膨润土的良好造浆性能够保证泥浆的稳定性，从而有效地保护井壁、清除碎屑和冷却钻头。
五、如何辨别膨润土
膨润土的外观通常呈现白色、灰色或浅黄白色，优质膨润土则无杂质且质地较为均匀。观察时，膨润土的断面呈冻胶状，带有明显的油脂光泽，触感光滑且具粘性。其独特的吸水膨胀特性使其在风干后仍能保持松散状态。
尽管通过外观可以初步辨别膨润土的质量，但这并不足以准确评定其性能。现今并未统一的标准来检测膨润土的质量，通常会依赖矿山和企业自行设定的标准，测量包括吸水率、胶质介、湿压强度和膨胀系数等指标。
六、膨润土在钻井及护壁中的应用
膨润土在钻井作业中具有重要地位，每年约有70万吨膨润土被用于钻井泥浆的制造。其强大的吸水性和膨胀性使其成为理想的钻井泥浆材料。膨润土在钻井中的作用包括：冷却钻头、清除钻屑、保护井壁以及平衡地层压力。膨润土泥浆的悬浮性质和分散性决定了其在钻井过程中的关键作用，且每口井的钻井作业平均使用膨润土约8吨。