王新江，馬 亮，雷建斌，陳媛媛

（咸陽(yáng)非金屬礦研究設(shè)計(jì)院，陜西 咸陽(yáng) 712021）

我國(guó)主要膨潤(rùn)土礦床原礦理化性能測(cè)試分析研究

王新江，馬 亮，雷建斌，陳媛媛

（咸陽(yáng)非金屬礦研究設(shè)計(jì)院，陜西 咸陽(yáng) 712021）

利用采集到的國(guó)內(nèi)主要產(chǎn)地的膨潤(rùn)土原礦，分析了各地膨潤(rùn)土的理化性能，探討了膨潤(rùn)土的理化性能與層間陽(yáng)離子的關(guān)系。研究結(jié)果表明，膨潤(rùn)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(yáng)離子類(lèi)型是影響膨潤(rùn)土理化性能的重要因素，鈉基膨潤(rùn)土具有高的膠質(zhì)價(jià)、膨脹指數(shù)等理化指標(biāo)優(yōu)于其他類(lèi)型的膨潤(rùn)土。

膨潤(rùn)土；礦物結(jié)構(gòu)；物化性能；

膨潤(rùn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)得到了廣泛應(yīng)用。我們?cè)诔袚?dān)“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目課題中“非金屬礦物材料基礎(chǔ)信息測(cè)試技術(shù)及關(guān)鍵儀器研究”基礎(chǔ)上，實(shí)地對(duì)我國(guó)主要的膨潤(rùn)土礦床原礦進(jìn)行采集，并對(duì)各種不同產(chǎn)地的原礦樣品的基本物化性能進(jìn)行了分析測(cè)試研究，從而為國(guó)內(nèi)膨潤(rùn)土的應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 測(cè)試分析研究方法

1.1 測(cè)試原料

測(cè)試原料樣品取自我國(guó)35個(gè)大、中型膨潤(rùn)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(guó)內(nèi)有代表性的不同成因、不同類(lèi)型的膨潤(rùn)土典型礦區(qū)的代表性原礦樣品61個(gè)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法與測(cè)試內(nèi)容

對(duì)膨潤(rùn)土原礦樣品分別進(jìn)行了化學(xué)組成分析、吸藍(lán)量、膠質(zhì)價(jià)、膨脹指數(shù)、陽(yáng)離子交換量、2h吸水率、白度、pH值等測(cè)定，其中吸藍(lán)量、膨脹指數(shù)、陽(yáng)離子交換量、2h吸水率指標(biāo)依國(guó)標(biāo)GB/T20973-2007膨潤(rùn)土測(cè)定；礦物化學(xué)成分組成按國(guó)土資源部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《巖石和礦石分析規(guī)程DZG93》執(zhí)行；pH值用上海精密科學(xué)儀器有限公司PHS-25型pH計(jì)測(cè)定；白度用杭州高新自動(dòng)化儀器儀表公司DN-B型白度儀測(cè)定；膠質(zhì)價(jià)的測(cè)定按參照文獻(xiàn)[1]的方法。

2 測(cè)試結(jié)果

部分產(chǎn)地膨潤(rùn)土原礦化學(xué)成分測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1，物理性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

3 分析與討論

3.1 膨潤(rùn)土原礦化學(xué)成分變化

膨潤(rùn)土是以蒙脫石為主的粘土礦，蒙脫石類(lèi)質(zhì)同象發(fā)育，低價(jià)陽(yáng)離子置換高價(jià)陽(yáng)離子，使結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生多余的負(fù)電荷，晶層間可交換陽(yáng)離子補(bǔ)償了多余的負(fù)電荷，蒙脫石的負(fù)電荷主要來(lái)自Mg2+對(duì)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(rùn)土分成懷俄明型(Wyamin)和切托型(Cheto)兩大類(lèi)。懷俄明型膨潤(rùn)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(yáng)離子交換量大，顆粒較細(xì)，水中易

分散；切托型膨潤(rùn)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(xué)成分變化大，61個(gè)原礦樣品的化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)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(lèi)型包括鈣基、鈣鈉基、鈉鈣基、鈣鎂基、鈉基膨潤(rùn)土。

表2 膨潤(rùn)土原礦物理性能測(cè)試結(jié)果

3.2 膨潤(rùn)土原礦中蒙脫石含量分析

膨潤(rùn)土中蒙脫石含量一般是用吸藍(lán)量換算，公式為M=B/K×100%。式中M為膨潤(rùn)土礦石中蒙脫石相對(duì)含量，%；B為吸藍(lán)量(當(dāng)B吸藍(lán)量單位為10-3mol/100g時(shí)，K換算系數(shù)為150；當(dāng)B吸藍(lán)量單位為g/100g時(shí)，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(yīng)用。但是，由于確定吸藍(lán)反應(yīng)終點(diǎn)的方法不同，測(cè)定吸藍(lán)量所用方法也不同。因此，影響吸藍(lán)量測(cè)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(jiǎn)單，成本低，應(yīng)用最為普遍，但不準(zhǔn)確，誤差比較大；示波極譜法測(cè)定吸藍(lán)量反應(yīng)的終點(diǎn)比較準(zhǔn)確，但因使用的儀器比較復(fù)雜，應(yīng)用上受到限制；分光光度法既不需要測(cè)吸藍(lán)量，也不需要確定吸附反應(yīng)的終點(diǎn)，但需配置蒙脫石標(biāo)準(zhǔn)樣品，否則無(wú)法作出標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。采用X-射線(xiàn)衍射定量分析蒙脫石含量的方法準(zhǔn)確，但成本高，不方便快速定性定量?，F(xiàn)在往往幾種方法同時(shí)使用。同一個(gè)礦山同一類(lèi)型的膨潤(rùn)土，吸藍(lán)量越高，蒙脫石含量越高。不是同一個(gè)礦山同一類(lèi)型的膨潤(rùn)土，不可用吸藍(lán)量來(lái)對(duì)比蒙脫石含量的高低。因?yàn)榫哂形{(lán)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(rùn)土中。

3.3 膨潤(rùn)土的理化性能分析

不同類(lèi)型的膨潤(rùn)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(rùn)土的理化性能按最大量陽(yáng)離子類(lèi)型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的結(jié)果表明，鈉基土的膠質(zhì)價(jià)的均值遠(yuǎn)較鈣基土和鎂基土大，說(shuō)明層間陽(yáng)離子對(duì)膨潤(rùn)土的理化性能有顯著的影響，與各陽(yáng)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(jià)大；而鈣基土往往以復(fù)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?yàn)榕驖?rùn)土吸水膨脹過(guò)程是層間陽(yáng)離子水化過(guò)程的延續(xù)。層間水化過(guò)程是分步進(jìn)行的，大致形成1～4層水分子。層間陽(yáng)離子種類(lèi)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(dǎo)致鈉基土的膨脹性大。有研究者指出，膨潤(rùn)土的晶格膨脹的程度是由其層間陽(yáng)離子的種類(lèi)、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(rùn)土原礦理化性能差別較大，其影響因素較為復(fù)雜。涉及到其產(chǎn)出環(huán)境、礦物結(jié)構(gòu)、層間可交換陽(yáng)離子類(lèi)型、蒙脫石含量等。這些將直接影響膨潤(rùn)土的工藝性能，要讓膨潤(rùn)土資源利用經(jīng)濟(jì)效益最大化，首先應(yīng)了解當(dāng)?shù)嘏驖?rùn)土資源特點(diǎn)，因?yàn)槠渲苯佑绊懙疆a(chǎn)品開(kāi)發(fā)利用方向、產(chǎn)品的性能和應(yīng)用領(lǐng)域。

[1]董高翔,金永鐸.非金屬礦石物化性能測(cè)試和成分分析方法手冊(cè)[M].北京:科學(xué)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(xué)出版社,1990.

[3]鄭素群,湯靜芳,楊芳芳.膨潤(rùn)土吸藍(lán)量試驗(yàn)方法探討[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)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(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2008BAE60B09)。

2008-08-10