李彩霞，任瑞晨，劉 健，馬新超，張春龍

(遼寧工程技術(shù)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000)

黑山膨潤(rùn)土物化性能研究

李彩霞，任瑞晨，劉 健，馬新超，張春龍

(遼寧工程技術(shù)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000)

本文通過(guò)巖礦鑒定、XRD、掃描電鏡、粒度、化學(xué)成分等分析，對(duì)黑山膨潤(rùn)土的性能進(jìn)行了分析研究，該膨潤(rùn)土屬于鈣基、二八面體蒙脫石，結(jié)晶度較差，并具切脫(cheto)型蒙脫石的特點(diǎn)，膨潤(rùn)土中含較多雜質(zhì)。本研究為該膨潤(rùn)土的開(kāi)發(fā)利用奠定了基礎(chǔ)。

膨潤(rùn)土；物化性能；黑山

1 引言

對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行礦物學(xué)和物理化學(xué)性質(zhì)的研究，是對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行深加工和分類開(kāi)發(fā)應(yīng)用的基礎(chǔ)。膨潤(rùn)土是一種硅酸鹽礦物資源，其開(kāi)發(fā)利用的基礎(chǔ)是其主要礦物蒙脫石獨(dú)特的性能。而膨潤(rùn)土具有明顯的區(qū)域特性，不同地區(qū)的膨潤(rùn)土具有不同的特性，因此，對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行礦物學(xué)和基本性能研究，是膨潤(rùn)土在各領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)，為客觀評(píng)價(jià)其在各領(lǐng)域應(yīng)用的可能性提供依據(jù)。

膨潤(rùn)土的應(yīng)用基礎(chǔ)是其主要組分蒙脫石的表面特性、礦物結(jié)構(gòu)以及層間離子的交換性。蒙脫石是2∶1型層狀結(jié)構(gòu)，晶格內(nèi)部同晶置換產(chǎn)生負(fù)電荷，具有層間離子的交換吸附特性。因此，必須對(duì)膨潤(rùn)土礦物學(xué)和物化性質(zhì)進(jìn)行深入研究，在精、深加工和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等方面才能做到有的放矢，減少盲目性，降低加工成本，提高產(chǎn)品檔次和經(jīng)濟(jì)附加值，實(shí)現(xiàn)高效利用。

2 黑山膨潤(rùn)土物化性能特征

2.1 化學(xué)成分

黑山膨潤(rùn)土礦石的主要礦物成分是蒙脫石，其含量70%左右；其他伴生雜質(zhì)礦物主要有(%)：方解石5～10，拉長(zhǎng)石15～20，石英5等。蒙脫石晶粒較細(xì)小，主要雜質(zhì)礦物方解石和石英的粒度較粗，分布較均勻，與蒙脫石的共生關(guān)系比較密切。屬沉積火山碎屑巖改造型，呈灰白色。膨潤(rùn)土礦石化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 膨潤(rùn)土礦石化學(xué)成分

由表1可知，該膨潤(rùn)土的SiO2/Al2O3質(zhì)量比值大于5，與理論值(2.36)差距較大，說(shuō)明該膨潤(rùn)土中含較多雜質(zhì)，堿金屬氧化物含量少于堿土金屬氧化物含量，說(shuō)明黑山膨潤(rùn)土為鈣基膨潤(rùn)土[1-2]。

2.2 XRD分析

不同的礦物晶體進(jìn)行X-射線衍射后，所得到的衍射現(xiàn)象是不同的，從X-射線衍射圖譜可以了解礦物的結(jié)晶程度和水化程度、判斷礦物的種類及其相對(duì)含量。其中強(qiáng)度最大的d001基面反射是鑒定蒙脫石類礦物的特征反射。不同礦物所含的交換陽(yáng)離子不同，d001值不同。利用X-射線衍射結(jié)果及蒙脫石的特征面網(wǎng)d001的變化，可以判定膨潤(rùn)土類型[3]。

XRD測(cè)試條件：電壓40kV，電流40mA，Cu靶，起始角5°，掃描速度0.06°/s。膨潤(rùn)土(原礦)的X-射線衍射圖譜見(jiàn)圖1。

蒙脫石族礦物的d001為重要的衍射峰，根據(jù)峰d值大小來(lái)劃分蒙脫石的類型。由圖1可知黑山蒙脫石的d001為，為鈣基蒙脫石；蒙脫石的d001峰峰體較寬，峰頂不太尖銳，峰的對(duì)稱性較差，說(shuō)明該蒙脫石結(jié)晶度較差。

蒙脫石族礦物的d060峰是另一個(gè)較重要的衍射峰，可用它的d值大小來(lái)劃分蒙脫石的類型。d060為，因而都屬于二八面體蒙脫石，并具切脫(cheto)型蒙脫石的特點(diǎn)[4]。

2.3 掃描電鏡分析

利用掃描電子顯微鏡(SEM，島津SEM-SS550)對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行形貌分析，見(jiàn)圖2。

由圖2可以看出，膨潤(rùn)土原礦中粒度比較細(xì)，而且團(tuán)聚現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

2.4 物性測(cè)試分析

試劑：焦磷酸鈉、輕質(zhì)氧化鎂、鹽酸、次甲基藍(lán)，以上藥品均為分析純。

儀器：分析天平TG328A(S)、電子天平BP221S、真空干燥箱DZF-6090、X-射線衍射儀DX-2000、掃描電鏡島津SEM－SS550、吸水率分析儀(自制)、GJ-1A型密封式化驗(yàn)制樣粉碎機(jī)、激光顆粒分布儀BT-9300型。

對(duì)黑山膨潤(rùn)土主要性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如下：蒙脫石含量70.3%；膠質(zhì)價(jià)56.2mL/15g；膨脹容11.2mL/g；pH值9.0。膨潤(rùn)土的粒度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3，粒度典型結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 黑山膨潤(rùn)土粒度測(cè)試的典型結(jié)果

由以上試驗(yàn)可以看出該膨潤(rùn)土粒度比較細(xì)，分布較均勻，中位徑為5.08μm。

吸水率指單位質(zhì)量的膨潤(rùn)土試料，在自身毛細(xì)作用下，2h所能吸附水的質(zhì)量為吸水率，而前10min的吸附水質(zhì)量和2h的吸附水之比為吸水比。黑山膨潤(rùn)土吸水率及吸水比測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 黑山膨潤(rùn)土吸水率測(cè)試結(jié)果

由表3可以看出，黑山膨潤(rùn)土的吸水比為88%，10min的吸水率為219.1%，2h的吸水率為249%，吸水性能較好。

3 結(jié)論

(1) 黑山膨潤(rùn)土礦石的主要礦物成分是鈣質(zhì)蒙脫石，其他伴生雜質(zhì)礦物主要有方解石、拉長(zhǎng)石、石英，另外還有少量方英石等。

(2) 蒙脫石的含量為70.3%；膠質(zhì)價(jià)的平均值為56.2mL/15g；膨脹容的平均值為11.2mL/g，吸水比為88%。

(3) 該膨潤(rùn)土屬于鈣基、二八面體蒙脫石，結(jié)晶度較差，并具切脫(cheto)型蒙脫石的特點(diǎn)。

[1]李彩霞,任瑞晨,廖明義.膨潤(rùn)土基鐵精礦粉球團(tuán)高效粘結(jié)劑的研究[J].非金屬礦,2009,(3):42-43.

[2]李彩霞,任瑞晨,賈英杰.膨潤(rùn)土及其產(chǎn)品除氟試驗(yàn)研究[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2009,(6):45-47.

[3]苗春省.X射線衍射快速劃分膨潤(rùn)土類型的方法.礦物學(xué)報(bào)[J].1984,(3):88-91.

[4]李彩霞,任瑞晨,董慶國(guó),等.某膨潤(rùn)土鈉化改性性能試驗(yàn)研究[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,28(4):649-651.

Study on Phychemical Properties of Heishan Bentonite

LI Cai-xia, REN Rui-chen, LIU Jian, MA Xin-chao, ZHANG Chun-long
(College of Resource and Environment Engineering, Liaoning Technology University, Fuxin 123000, China)

The properties of the bentonite are analyzed by rock and mineral analysis, XRD, SEM, particle size analysis, chemical composition analysis, and so on. The bentonite is a calcium-montmorillonite and it is a type of 2-octahedrons' body. And it has cheto characteristics. The bentonite contains more impurities. The study can lay the foundation for the development of Heishan bentonite.

bentonite; phychemical properties; Heishan

P619.255;P574

A

1007-9386(2011)03-0034-02

遼寧省科技廳計(jì)劃項(xiàng)目(2009402008)；遼寧省科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目(2007304011)；全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(2010)。

2011-05-12