王新江，馬 亮，雷建斌，陳媛媛

（咸陽非金屬礦研究設計院，陜西 咸陽 712021）

我國主要膨潤土礦床原礦理化性能測試分析研究

王新江，馬 亮，雷建斌，陳媛媛

（咸陽非金屬礦研究設計院，陜西 咸陽 712021）

利用采集到的國內(nèi)主要產(chǎn)地的膨潤土原礦，分析了各地膨潤土的理化性能，探討了膨潤土的理化性能與層間陽離子的關(guān)系。研究結(jié)果表明，膨潤土因其屬型和屬性不同使其理化性能有較大的差異，其中層間陽離子類型是影響膨潤土理化性能的重要因素，鈉基膨潤土具有高的膠質(zhì)價、膨脹指數(shù)等理化指標優(yōu)于其他類型的膨潤土。

膨潤土；礦物結(jié)構(gòu)；物化性能；

膨潤土是自然界分布最廣泛的粘土礦產(chǎn)資源之一，具有一系列優(yōu)良的工藝性能，諸如吸水性、吸附性、懸浮性、分散性、觸變性、離子交換性等，使其在國民經(jīng)濟各部門得到了廣泛應用。我們在承擔“十一五”國家科技支撐計劃項目課題中“非金屬礦物材料基礎信息測試技術(shù)及關(guān)鍵儀器研究”基礎上，實地對我國主要的膨潤土礦床原礦進行采集，并對各種不同產(chǎn)地的原礦樣品的基本物化性能進行了分析測試研究，從而為國內(nèi)膨潤土的應用開發(fā)提供基礎的實驗依據(jù)。

1 測試分析研究方法

1.1 測試原料

測試原料樣品取自我國35個大、中型膨潤土礦山。涉及遼寧、吉林、內(nèi)蒙古、河北、山西、河南、安徽、江蘇、浙江、山東、廣東、廣西、湖南等地，采集到國內(nèi)有代表性的不同成因、不同類型的膨潤土典型礦區(qū)的代表性原礦樣品61個。

1.2 實驗方法與測試內(nèi)容

對膨潤土原礦樣品分別進行了化學組成分析、吸藍量、膠質(zhì)價、膨脹指數(shù)、陽離子交換量、2h吸水率、白度、pH值等測定，其中吸藍量、膨脹指數(shù)、陽離子交換量、2h吸水率指標依國標GB/T20973-2007膨潤土測定；礦物化學成分組成按國土資源部行業(yè)標準《巖石和礦石分析規(guī)程DZG93》執(zhí)行；pH值用上海精密科學儀器有限公司PHS-25型pH計測定；白度用杭州高新自動化儀器儀表公司DN-B型白度儀測定；膠質(zhì)價的測定按參照文獻[1]的方法。

2 測試結(jié)果

部分產(chǎn)地膨潤土原礦化學成分測試結(jié)果見表1，物理性能測試結(jié)果見表2。

3 分析與討論

3.1 膨潤土原礦化學成分變化

膨潤土是以蒙脫石為主的粘土礦，蒙脫石類質(zhì)同象發(fā)育，低價陽離子置換高價陽離子，使結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生多余的負電荷，晶層間可交換陽離子補償了多余的負電荷，蒙脫石的負電荷主要來自Mg2+對八面體中Al3+的置換。除Mg2+以外，還有少量Fe2+或Fe3+置換Al3+。四面體中有少量Al3+置換Si4+。按八面體中含Mg的多少，我們通常把膨潤土分成懷俄明型(Wyamin)和切托型(Cheto)兩大類。懷俄明型膨潤土八面體中鎂離子置換鋁離子的數(shù)量較少，因而含MgO較低，晶層電荷較低，陽離子交換量大，顆粒較細，水中易

分散；切托型膨潤土八面體中鎂離子置換鋁離子的數(shù)量較多，因而含MgO較高，顆粒較粗，在水中難分散。由于上述原因，蒙脫石化學成分變化大，61個原礦樣品的化學成分統(tǒng)計數(shù)據(jù)變化范圍(%)為：SiO250.96～72.06，Al2O312.30～19.67，F(xiàn)e2O30～13.61，F(xiàn)eO 0～1.61，MgO 0.09～7.38，CaO 0～6.68，Na2O 0～3.74，K2O 0～2.46，TiO20～2.90，LOI 3.78～18.12，P2O5、MnO、MnO2等成分為微量。礦石類型包括鈣基、鈣鈉基、鈉鈣基、鈣鎂基、鈉基膨潤土。

表2 膨潤土原礦物理性能測試結(jié)果

3.2 膨潤土原礦中蒙脫石含量分析

膨潤土中蒙脫石含量一般是用吸藍量換算，公式為M=B/K×100%。式中M為膨潤土礦石中蒙脫石相對含量，%；B為吸藍量(當B吸藍量單位為10-3mol/100g時，K換算系數(shù)為150；當B吸藍量單位為g/100g時，K換算系數(shù)為0.44～0.56，一般取0.48)。該方法現(xiàn)已經(jīng)得到了廣泛的應用。但是，由于確定吸藍反應終點的方法不同，測定吸藍量所用方法也不同。因此，影響吸藍量測試結(jié)果誤差的因素很多，包括暈環(huán)法、極譜法、分光光度法等。其中暈環(huán)法操作方便，儀器簡單，成本低，應用最為普遍，但不準確，誤差比較大；示波極譜法測定吸藍量反應的終點比較準確，但因使用的儀器比較復雜，應用上受到限制；分光光度法既不需要測吸藍量，也不需要確定吸附反應的終點，但需配置蒙脫石標準樣品，否則無法作出標準曲線。采用X-射線衍射定量分析蒙脫石含量的方法準確，但成本高，不方便快速定性定量。現(xiàn)在往往幾種方法同時使用。同一個礦山同一類型的膨潤土，吸藍量越高，蒙脫石含量越高。不是同一個礦山同一類型的膨潤土，不可用吸藍量來對比蒙脫石含量的高低。因為具有吸藍性質(zhì)的物質(zhì)不僅是蒙脫石，還有其他物質(zhì)，而這些物質(zhì)往往就存在于膨潤土中。

3.3 膨潤土的理化性能分析

不同類型的膨潤土因其屬型和屬性不同，在理化性能方面有較大的差異。膨潤土的理化性能按最大量陽離子類型進行統(tǒng)計的結(jié)果表明，鈉基土的膠質(zhì)價的均值遠較鈣基土和鎂基土大，說明層間陽離子對膨潤土的理化性能有顯著的影響，與各陽離子物理性能的差異有關(guān)。鈉基土在水介質(zhì)中往往以單粒子存在，邊面或邊邊締合形成較穩(wěn)定的膠體，膠質(zhì)價大；而鈣基土往往以復粒子存在，面面締合使膠體性能較差。鈉基土的膨脹指數(shù)比鈣基土和鎂基土大，這是因為膨潤土吸水膨脹過程是層間陽離子水化過程的延續(xù)。層間水化過程是分步進行的，大致形成1～4層水分子。層間陽離子種類不同，其水化能也不同，Ca2+水化能較大，Ca2+水化膜薄且不規(guī)則，而Na+水化膜厚且排列規(guī)則，這必然導致鈉基土的膨脹性大。有研究者指出，膨潤土的晶格膨脹的程度是由其層間陽離子的種類、蒙脫石晶格中同晶置換產(chǎn)生的電荷大小及分布、晶片的厚度及a、b軸向的延展度等因素決定的。

4 結(jié)論

綜上所述，不同產(chǎn)地的膨潤土原礦理化性能差別較大，其影響因素較為復雜。涉及到其產(chǎn)出環(huán)境、礦物結(jié)構(gòu)、層間可交換陽離子類型、蒙脫石含量等。這些將直接影響膨潤土的工藝性能，要讓膨潤土資源利用經(jīng)濟效益最大化，首先應了解當?shù)嘏驖櫷临Y源特點，因為其直接影響到產(chǎn)品開發(fā)利用方向、產(chǎn)品的性能和應用領域。

[1]董高翔,金永鐸.非金屬礦石物化性能測試和成分分析方法手冊[M].北京:科學出版社,2004.

[2]張乃嫻,李幼琴,趙惠敏,等.粘土礦物研究方法[M].北京:科學出版社,1990.

[3]鄭素群,湯靜芳,楊芳芳.膨潤土吸藍量試驗方法探討[J].中國非金屬礦工業(yè)導刊,2010,(1):43-45.

Study on Physicochemical Properties Test and Analysis of Main Bentonite Mineral Resources in China

WANG Xin-jiang, MA Liang, LEI Jian-bin, CHEN Yuan-yuan
(Xianyang Research and Design Institute of Non-metallic Minerals, Xianyang 712021, China)

Chemical compositions and physicochemical properties of bentonite raw ores are analyzed and investigated systematically, which were collected from main internal production places. The relationship between physicochemical properties and interlayer cations of bentonite is also discussed. The result shows that, the physicochemical properties of bentonite are distinct different with different attributes and genotypes. Interlayer cation type plays an important role in determining the physicochemical properties of bentonite. Colloid index, expansion index and other physicochemical indexes of sodium bentonite are all better than those of the other type bentonites.

bentonite; mineral structure; physicochemical properties

P619.255

A

1007-9386(2010)05-0026-03

“十一五”國家科技支撐計劃項目(2008BAE60B09)。

2008-08-10