李彩霞，任瑞晨，劉 健，馬新超，張春龍

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

黑山膨潤土物化性能研究

李彩霞，任瑞晨，劉 健，馬新超，張春龍

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

本文通過巖礦鑒定、XRD、掃描電鏡、粒度、化學成分等分析，對黑山膨潤土的性能進行了分析研究，該膨潤土屬于鈣基、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，膨潤土中含較多雜質(zhì)。本研究為該膨潤土的開發(fā)利用奠定了基礎(chǔ)。

膨潤土；物化性能；黑山

1 引言

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

膨潤土的應(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)生負電荷，具有層間離子的交換吸附特性。因此，必須對膨潤土礦物學和物化性質(zhì)進行深入研究，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)濟附加值，實現(xiàn)高效利用。

2 黑山膨潤土物化性能特征

2.1 化學成分

黑山膨潤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，拉長石15～20，石英5等。蒙脫石晶粒較細小，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。膨潤土礦石化學成分見表1。

表1 膨潤土礦石化學成分

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

2.2 XRD分析

不同的礦物晶體進行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含量。其中強度最大的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，可以判定膨潤土類型[3]。

XRD測試條件：電壓40kV，電流40mA，Cu靶，起始角5°，掃描速度0.06°/s。膨潤土(原礦)的X-射線衍射圖譜見圖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，峰的對稱性較差，說明該蒙脫石結(jié)晶度較差。

蒙脫石族礦物的d060峰是另一個較重要的衍射峰，可用它的d值大小來劃分蒙脫石的類型。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[4]。

2.3 掃描電鏡分析

利用掃描電子顯微鏡(SEM，島津SEM-SS550)對膨潤土進行形貌分析，見圖2。

由圖2可以看出，膨潤土原礦中粒度比較細，而且團聚現(xiàn)象比較嚴重。

2.4 物性測試分析

試劑：焦磷酸鈉、輕質(zhì)氧化鎂、鹽酸、次甲基藍，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型密封式化驗制樣粉碎機、激光顆粒分布儀BT-9300型。

對黑山膨潤土主要性能指標進行了測試，試驗結(jié)果如下：蒙脫石含量70.3%；膠質(zhì)價56.2mL/15g；膨脹容11.2mL/g；pH值9.0。膨潤土的粒度測試結(jié)果見圖3，粒度典型結(jié)果見表2。

表2 黑山膨潤土粒度測試的典型結(jié)果

由以上試驗可以看出該膨潤土粒度比較細，分布較均勻，中位徑為5.08μm。

吸水率指單位質(zhì)量的膨潤土試料，在自身毛細作用下，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。黑山膨潤土吸水率及吸水比測試結(jié)果見表3。

表3 黑山膨潤土吸水率測試結(jié)果

由表3可以看出，黑山膨潤土的吸水比為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。

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

[2]李彩霞,任瑞晨,賈英杰.膨潤土及其產(chǎn)品除氟試驗研究[J].中國非金屬礦工業(yè)導刊,2009,(6):45-47.

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

[4]李彩霞,任瑞晨,董慶國,等.某膨潤土鈉化改性性能試驗研究[J].遼寧工程技術(shù)大學學報,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

遼寧省科技廳計劃項目(2009402008)；遼寧省科學技術(shù)計劃項目(2007304011)；全國大學生創(chuàng)新性實驗項目(2010)。

2011-05-12