李艷兵，崔文龍，隋國舜，郝向麟，李 瑋

（中材地質(zhì)工程勘查研究院，北京 100102）

阜新哈爾套街膨潤土礦特征及其性能研究

李艷兵，崔文龍，隋國舜，郝向麟，李 瑋

（中材地質(zhì)工程勘查研究院，北京 100102）

通過對(duì)哈爾套街鈉基膨潤土的礦物組成、差熱分析、陽離子交換量及一系列物理性能的研究，表明該鈉基膨潤土具有優(yōu)良的性能，可廣泛應(yīng)用于鑄造、冶金球團(tuán)、鉆井泥漿和化工等行業(yè)。

鈉基膨潤土；物理性能；差熱分析；X-射線衍射分析

1 概述

遼寧阜新大五家子鎮(zhèn)哈爾套街膨潤土礦位于阜新市西北40km處，隸屬于阜新蒙古族自治縣大五家子鎮(zhèn)管轄。哈爾套街膨潤土礦資源總量(332+333)5 008萬t，其中鈉基膨潤土礦石量3 318萬t、鈣基膨潤土礦石量1 690萬t，屬大型膨潤土礦，特別是鈉基膨潤土的規(guī)模在我國尚不多見。

礦區(qū)內(nèi)鈉基膨潤土蒙脫石平均含量58.35%，鈣基膨潤土蒙脫石平均含量66.40%，礦床品位較高。區(qū)內(nèi)經(jīng)鉆探取樣測試結(jié)果證實(shí)，平均深度在100m以下的礦體為鈉基膨潤土，100m以上為鈣基膨潤土。

為進(jìn)一步了解礦石的物化性能，本次工作在井下100m深處，不同采礦區(qū)塊分別采集了8件鈉基膨潤土樣品，進(jìn)行了一系列的物化性能測試，全面了解了哈爾套街膨潤土礦鈉基膨潤土物化及工藝性能，在與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及國內(nèi)同類礦石對(duì)比后得出了客觀的結(jié)論，為礦石的開發(fā)利用提供了依據(jù)。

2 基本性能特征

2.1 礦石礦物組成

通過巖礦鑒定和X-射線衍射分析，確定出哈爾套街膨潤土礦鈉基膨潤土的礦物組成為：蒙脫石、方石英、石英、長石、方解石，礦物含量見表1。其中蒙脫石為主要礦物，含量為44.0%～64.9%，其次為方石英，含量為19.7%～34.1%。

表1 哈爾套街鈉基膨潤土礦物含量(%)

2.2 差熱分析特征

為了確定粘土礦物類型及礦物中水的賦存形式，對(duì)上述8件膨潤土樣品進(jìn)行的差熱分析，詳見圖1。

由圖1可知，所測樣品主要礦物均為蒙脫石。

差熱曲線第一吸熱谷為蒙脫石在加熱過程中逸出大量吸附水和層間水吸熱所致，該谷為單谷，表明為鈉質(zhì)蒙脫石(鈣質(zhì)蒙脫石在主谷上還有一個(gè)溫度為200℃的復(fù)谷)，吸熱溫度在114～134℃，吸熱溫度的不同與層間水含量、鈣鈉離子的含量有關(guān)。

第二吸熱谷為蒙脫石在加熱過程中脫出結(jié)構(gòu)水吸熱所致，吸熱溫度在705～724℃，吸熱溫度的不同與Fe、Mn、Al含量有關(guān)。

所測膨潤土樣差熱曲線及吸熱溫度表明礦石均為鈉基膨潤土，且各樣品礦物成分基本一致。

圖1 蒙脫石的差熱分析曲線

2.3 陽離子交換量

按膨潤土可交換的陽離子種類分為兩種類型。

對(duì)所采集的8件樣品進(jìn)行了陽離子交換性能的測試，結(jié)果見表2?？梢?件樣品均為鈉基膨潤土，具有良好的陽離子交換性能。

表2 陽離子交換性能測試結(jié)果

2.4 X-射線衍射特征

X-射線衍射主要用于確定蒙脫石的屬性、含量及其他礦物成分。鈣質(zhì)蒙脫石與鈉質(zhì)蒙脫石的主要區(qū)別在于d(001)的大小，一般鈉質(zhì)蒙脫石的d(001)小于，而鈣質(zhì)蒙脫石的。本次研究對(duì)所采的8件樣品在不做任何處理的情況下進(jìn)行了X-射線衍射分析，圖譜見圖2，結(jié)果表明其礦物組成主要為蒙脫石和方石英，但d(001)在之間，疑為鈣質(zhì)蒙脫石，這與陽離子交換量和差熱分析的測試結(jié)果不一致。為此，又將井工1#和井工3#樣品在烘箱中60℃恒溫4h，之后再對(duì)樣品進(jìn)行X-射線衍射分析，結(jié)果其d(001)分別為，表現(xiàn)為典型的鈉質(zhì)蒙脫石特征峰，圖譜見圖3。此種情況在以往的試驗(yàn)中比較少見，分析認(rèn)為：這是由于樣品采自100m深的地下，加之本礦膨潤土的膨脹性，使其在天然狀態(tài)下已經(jīng)層間水飽和，這也從結(jié)構(gòu)礦物學(xué)的角度證實(shí)了本礦膨潤土有良好膨脹性。

圖2 蒙脫石的X-射線衍射圖

圖3 樣品加熱后蒙脫石的X-射線衍射曲線

2.5 物性特征

對(duì)所采8件樣品進(jìn)行了物理性能測試，見表3。

參照國標(biāo)(GB/T20973-2007)《膨潤土》，鑄造用膨潤土及冶金球團(tuán)用膨潤土質(zhì)量指標(biāo)，對(duì)比可知，除井工7#、井工8#樣品的值偏低外，其他樣的測試值均達(dá)到了鑄造用和冶金球團(tuán)用膨潤土質(zhì)量指標(biāo)中一級(jí)品的要求。井工7#和井工8#樣品的測試值偏低，主要是由于其中蒙脫石礦物含量較低所致，但也基本達(dá)到了二級(jí)品或三級(jí)品的要求。

另外，由于樣品具有較高的脫色力(化工用活性白土要求脫色力＞150)和塑性粘度(鉆井泥漿用要求塑性粘度＞10mPa·s)，也可廣泛應(yīng)用于化工和鉆井泥漿行業(yè)。

我國不同產(chǎn)地的鑄造用膨潤土的性能對(duì)比詳見表4。由表4可見，哈爾套街膨潤土礦鈉基膨潤土的性能(包括吸藍(lán)量、膨脹指數(shù)、濕壓強(qiáng)度等)優(yōu)于國內(nèi)大部分膨潤土。

3 結(jié)論

(1) 通過巖礦鑒定和X-射線衍射分析，確定哈爾套街膨潤土礦的礦物組成為：蒙脫石、方石英、石英、長石、方解石。其中蒙脫石為主要礦物，含量為44.0%～64.9%，其次為方石英，含量為19.7%～34.1%。

表3 鈉質(zhì)膨潤土物理性能綜合測試結(jié)果

表4 我國主要鑄造用膨潤土質(zhì)量對(duì)比

(2) 通過差熱分析、陽離子交換量和X-射線衍射分析，確定所測樣品為鈉基膨潤土。

(3) 物性測試結(jié)果表明：哈爾套街膨潤土的蒙脫石含量、膨脹指數(shù)、吸藍(lán)量、濕壓強(qiáng)度、干壓強(qiáng)度等達(dá)到了鑄造用和冶金球團(tuán)用膨潤土質(zhì)量指標(biāo)中一級(jí)品的要求，并且優(yōu)于國內(nèi)大部分產(chǎn)地的膨潤土。此外，哈爾套街膨潤土具有較高的脫色力和塑性粘度，可廣泛應(yīng)用于化工(活性白土)和鉆井泥漿行業(yè)。

[1]楊雅秀,張乃嫻.中國粘土礦物[M].北京:地質(zhì)出版社,1994.

[2]張培元.中國工業(yè)礦物與巖石[M].北京:地質(zhì)出版社,1990.

P619.255;P575

A

1007-9386(2012)01-0033-03

2011-12-19