郭志云（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心新疆總隊 烏魯木齊 830002）

和布克賽爾縣烏蘭林格膨潤土礦地質(zhì)特征及加工技術(shù)性能

郭志云
（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心新疆總隊 烏魯木齊 830002）

主要介紹了烏蘭林格膨潤土礦地質(zhì)特征、礦體特征、礦石質(zhì)量及礦石類型和品級等。通過實驗室試驗的方式，表明了礦石具有較好加工技術(shù)性能。此外，還介紹了兩種主要礦產(chǎn)品技術(shù)性能實驗及工藝流程。

烏蘭林格 膨潤土 地質(zhì)特征 加工技術(shù) 性能

1　礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地的西北邊緣，大地構(gòu)造位置屬得楞山-夏子街中生代凹陷。

出露地層主要有下白堊統(tǒng)吐谷魯群（K1tg）、上白堊統(tǒng)艾里克湖組（K2a）、下第三系古新-始新統(tǒng)紅礫山組下亞組（E1-2h）和第四系（Q）。

礦區(qū)經(jīng)歷了燕山和喜山期兩期構(gòu)造活動，在礦區(qū)的表現(xiàn)形式為盆地的整體上升或下降，形成了第三系與白堊系的平行不整合，褶皺和斷裂活動微弱。烏蘭林格背斜形成于燕山期末，中上礦層被卷入褶皺，頂?shù)V層未受影響。未見花崗巖。

2　礦床特征

烏蘭林格膨潤土礦床由四層礦構(gòu)成，自上而下分別為頂?shù)V層（Ⅰ）、上礦層（Ⅱ）、中礦層（Ⅲ）及下礦層（Ⅳ），礦層呈層狀-似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀近水平，傾向南東，傾角2°～4°。頂?shù)V層由兩個礦體構(gòu)成，編號為1、2；上礦層由兩個礦體構(gòu)成，編號為3、4；中礦層由一個礦體構(gòu)成，編號為5，下礦層基本無工業(yè)礦體。各礦層基本特征見表1。

表1　各礦層的基本特征一覽表

頂?shù)V層覆存層位為下第三系古新～始新統(tǒng)紅礫山組下亞組下巖性段，上礦層及中礦層覆存層位為上白堊統(tǒng)艾里克湖組上巖性段第四和第二巖性層。礦床內(nèi)規(guī)模較大的礦層為上礦層和中礦層，中礦層為本礦體的主礦層；礦床內(nèi)規(guī)模較大的礦體為1、4、5號礦體，5號礦體為本礦床的主礦體。各礦層（體）質(zhì)量情況為：頂?shù)V層最好，上礦層次之，中礦層最差。各礦層（體）均受烏蘭林格開闊背斜控制。

2.1礦體特征

這里主要介紹頂?shù)V層1號礦體、中礦層5號礦體。其特征如下：

頂?shù)V層1號礦體：產(chǎn)于近地表，賦存于下第三系古新-始新統(tǒng)紅礫山組下亞組下巖性段（E1-2h11），呈不規(guī)則帶狀展開，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，沿走向長800m，沿傾向?qū)?80m。礦體厚度1.30～6.57m，平均厚2.78m。蒙脫石含量43.61%～63.80%，平均含量53.84%，產(chǎn)狀150°∠2°～3°，礦石自然類型以灰白色膨潤土礦為主，礦石屬性為鈉基土，礦石工業(yè)類型為活性白土用膨潤土。

中礦層5號礦體：位于頂?shù)V層、上礦層之下，覆存層位為上白堊統(tǒng)艾里克湖組上巖性段第二巖性層（K2a3-2），呈層狀產(chǎn)出，形態(tài)規(guī)則～較規(guī)則。沿走向長800米，沿傾向?qū)?40m，厚5.16～19.70m，平均厚11.34m。蒙脫石含量41.85%～50.42%，平均為46.75%。產(chǎn)狀150° ∠2°～3°，產(chǎn)狀較穩(wěn)定，且連續(xù)性好。礦石自然類型主要為棕紅色膨潤土。礦石屬性有鈉基土、鈣基土及過渡類型土。礦石工業(yè)類型有活性白土用膨潤土、冶金球團用膨潤土、鉆井泥漿用膨潤土等三種，以活性白土用膨潤土及冶金球團用膨潤土為主。

2.2礦石質(zhì)量

2.2.1各礦層（體）屬性及特征

膨潤土礦的礦石屬性有鈉基土、鈣基土及過渡類型土等三種，過渡類型土包括鈉鈣基土、鈣鈉基土及極少量的鈉鎂基土、鈣鎂基土、鎂鈣基土、鎂基土等。

頂?shù)V層1號礦體礦石屬性有鈉基土，厚度1.30～6.57m，蒙脫石含量43.61%～63.80%。

中礦層5號礦體礦石屬性有鈉基土、鈣基土、過渡類型土等三種，厚5.16～19.70m，蒙脫石含量41.85%～50.42%。

2.2.2蒙脫石屬型及特征

蒙脫石是膨潤土的主要礦物成分，蒙脫石的特性決定了膨潤土的基本性能。

2.2.2.1蒙脫石粒度分析特征

粒度分析采用激光粒度分析方法對原土及提純土的粒度做分析。經(jīng)過6個樣品的粒度分析，原土及提純土粒度均比較細(xì)，原土的粒徑0.85～2.18 μm，提純土的粒徑0.89～1.98 μm。僅從粒度分析，原土及提純土均達到了活性白土、鉆井泥漿用膨潤土及有機膨潤土原料對粒度的要求。

2.2.2.2蒙脫石晶體中各面網(wǎng)間距特征

X射線衍射分析的蒙脫石礦物d（001）面網(wǎng)間距在1.2773～1.5669 μm之間，以1.4 μm以上者為主。

2.2.2.3蒙脫石礦物差熱曲線特征

經(jīng)差熱分析顯示，原土的曲線呈現(xiàn)了微細(xì)粒多種粘土礦物混雜的圖譜特征。提純土的曲線較好的體現(xiàn)了蒙脫石的圖譜特征，但與純蒙脫石曲線仍有一定差別，說明提純后的膨潤土純度仍不高。

2.2.2.4蒙脫石掃描電鏡特征

掃描電鏡判斷的原土及提純土礦物組成為蒙脫石、伊利石、高嶺石、石英、長石和方解石等，原土及提純土的粒徑為幾微米至十幾微米到三十微米，與激光粒度分析結(jié)果基本一致。

電子顯微鏡下（600倍至10000倍），鈉蒙脫石半透明片狀、不規(guī)則狀、絨毛狀、棉絮-云霧狀，輪廓模糊不清；不透明寬板狀，輪廓較為清楚者為鈣蒙脫石；伊利石、高嶺石有清晰、尖銳的輪廓，呈片狀、假六方鱗片狀。

2.2.2.5蒙脫石的屬型特征

膨潤土提純后與美國懷俄明膨潤土基本相當(dāng)，屬低層電荷型膨潤土（懷俄明型），層電荷單位半晶胞為0.301～0.330/單位半晶胞。頂?shù)V層1號礦體層電荷單位半晶胞為0.308/單位半晶胞；上礦層4號礦體層電荷單位半晶胞為0.301～0.330/單位半晶胞；中礦層5號礦體層電荷單位半晶胞為0.315～0.322/單位半晶胞。

綜合上述，本膨潤土粒度較細(xì)，一般在2 μm以下；鈉蒙脫石特征為d（001）面網(wǎng)間距1.2～1.3 μm，第一吸熱谷為單谷且溫度偏低，電鏡下呈棉絮-云霧狀；鈣蒙脫石d（001）面網(wǎng)間距大于1.4 μm，第一吸熱谷為復(fù)谷且溫度偏高，電鏡下邊界清楚，呈寬板條狀。該膨潤土提純后屬低層電荷型膨潤土。

X射線衍射分析及電鏡判斷，膨潤土礦石成分組合為蒙脫石、伊利石、高嶺石、石英、長石和方解石等。

另外，由地表向地下，蒙脫石含量減少，高嶺石含量增多；鈉蒙脫石減少，鈣鈉蒙脫石增多。

2.2.3礦石化學(xué)成分特征

蒙脫石是二八面體型含水層狀鋁硅酸鹽的典型礦物，在沒有層間分子時SiO2與Al2O3理論比值為2.36。本區(qū)原土比值為4.457，提純土比值為3.921。礦石化學(xué)成分：

原土為SiO262.04%；Al2O313.92%；Fe2O34.67%；FeO 0.25%；MgO 2.13%；CaO 0.99%；Na2O 1.50%；K2O 2.52%；TiO20.67%；P2O50.15%；MnO 0.14%；H2O-5.70%；H2O+4.62%；SO30.15%；TFe2O310.79%。

提純土為SiO255.84%；Al2O314.24%；Fe2O34.87%；FeO 0.13%；MgO 2.21%；CaO 1.00%；Na2O 2.49%；K2O 2.36%；TiO20.60%；P2O52.34%；MnO 0.09%；H2O-8.26%；H2O+4.88%；SO30.15%；TFe2O313.55%。

2.3礦石類型和品級

2.3.1礦石自然類型

烏蘭林格膨潤土礦按礦石外觀上的差異，即顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及含砂量上的差別，大致可分為四種自然類型：灰白色膨潤土礦石、棕紅色膨潤土礦石、雜色膨潤土礦石、淺灰色砂狀膨潤土礦石等。這四種自然類型礦石又根據(jù)其化學(xué)成分中交換性陽離子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+）與交換容量（CEC）的比值，進一步分為鈉基土、鈣基土、過渡類型土等三種屬性礦石。

2.3.1.1灰白色膨潤土礦石

該類礦石呈灰白色，局部夾棕紅色條帶，新鮮面呈典型的蠟狀光澤，風(fēng)化后呈土狀光澤，泥質(zhì)-含粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀、顯微層狀構(gòu)造。礦石主要成分為蒙脫石，占43.33%～64.12%，呈顯微鱗片狀結(jié)構(gòu)，可見定向排列，局部伴有膠狀結(jié)構(gòu)，并有鱗片狀均勻散布的伊利石、高嶺石、水云母，后者局部富集成層而呈顯微層狀構(gòu)造。礦石中粉砂屑均勻散布，成分有石英、長石和方解石等，次圓～次棱角狀，粒徑小于0.05mm。局部見有高嶺石團塊，礦石中褐鐵礦呈質(zhì)點狀、塵狀均勻散布。另外，有少量次生石膏呈團狀及充填裂隙狀產(chǎn)出，分布不均。

該類礦石主要賦存于頂?shù)V層中，大多為鈉基膨潤土。

2.3.1.2棕紅色膨潤土礦石

該類礦石呈棕紅色、磚紅色、土紅色，新鮮面蠟狀光澤，風(fēng)化面土狀光澤，泥質(zhì)-含粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀、顯微層狀構(gòu)造。礦石組成以蒙脫石為主，占40.00%～71.25%，伴有高嶺石、水云母、伊利石均勻混合呈顯微鱗片狀、膠狀，可見顯微鱗片之定向特征，局部見蒙脫石富集成層而呈顯微層狀構(gòu)造。礦石中均勻散布有粉砂屑，成分為石英2%～8%、長石3%～5%、綠泥石0～3%、蛭石1%～3%、白云母1%、方解石等，含砂總量小于20%。另見褐鐵礦呈質(zhì)點狀、塵狀均勻散布于礦石中。

該類礦石分布廣泛，是5號礦體的主要礦石。礦石中鈉基膨潤土、過渡類型膨潤土（鈉鈣基膨潤土、鈣鈉基膨潤土）、鈣基膨潤土所占比例較大。

2.3.1.3雜色膨潤土礦石

該類礦石顏色以淺灰色、淺灰綠色、土紅色等混雜構(gòu)成，新鮮面蠟狀光澤，風(fēng)化面土狀光澤，泥質(zhì)-含粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀、顯微層狀構(gòu)造。組成礦石的粘土礦物可分為三種組合類型，最常見的是以蒙脫石為主，伴有高嶺石、水云母、伊利石均勻混合呈顯微鱗片狀-膠狀結(jié)構(gòu)；其二，以蒙脫石為主，并與高嶺石相間富集成互層狀，呈顯微層狀構(gòu)造；其三，則是以蒙脫石為主，與水云母相間富集成互層狀，呈顯微層狀構(gòu)造。礦石中均勻散布有粉砂屑、砂屑，成分為石英5%～8%、長石2%～5%、綠泥石2%～4%、水云母1%～4%、方解石、榍石等，次棱角-棱角狀，粒徑0.004～0.05mm，含砂總量20%左右。礦石中局部見有蒙脫石團塊、高嶺石團塊、褐鐵礦呈質(zhì)點狀、塵狀均勻散布。

該類礦石主要分布于中礦層中，少部分分布于頂?shù)V層底部。按屬性可進一步分為鈉基膨潤土、鈣基膨潤土、過渡類型膨潤土等三種屬性礦石。

2.3.1.4淺灰色砂狀膨潤土礦石

該類礦石呈灰色、灰白色、淺灰綠色、灰綠色、土紅色等，新鮮面弱蠟狀光澤，風(fēng)化面土狀光澤，泥質(zhì)-粉砂結(jié)構(gòu)，塊狀、顯微層狀構(gòu)造。礦石以蒙脫石為主（40.00%～53.37%），伴有高嶺石、伊利石、水云母，均勻混合呈顯微鱗片狀、膠狀結(jié)構(gòu)，局部因砂屑呈薄層而呈顯微層理構(gòu)造。礦石中粉砂屑、砂屑均勻散布，砂屑成分為石英、長石、水云母、綠泥石、榍石等，次棱角～棱角狀，粒徑0.004～0.1mm，含砂總量大于20%。礦石中褐鐵礦呈質(zhì)點狀、塵狀均勻散布，局部見膠狀硅質(zhì)及鈣質(zhì)。

該類礦石在5號礦體中較常見，多賦存于各礦層的下部或礦體中夾石的兩側(cè)。以鈣基膨潤土、鈣鈉基膨潤土、鈉鈣基膨潤土為主，偶見少量的鈉基膨潤土。

2.3.2礦石工業(yè)類型

該礦礦石工業(yè)類型主要為活性白土用膨潤土、冶金球團用膨潤土、鉆井泥漿用膨潤土等三類。

2.3.3礦石品級

因膨潤土礦石的各工業(yè)類型之間沒有一個通用的品級劃分標(biāo)準(zhǔn)，必須按照不同的礦石工業(yè)類型和不同用途，參照各行業(yè)對膨潤土礦石的化學(xué)性質(zhì)、物理工藝性能不同的要求標(biāo)準(zhǔn)，做全面的衡量，分行業(yè)用途劃分品級。

對于本礦區(qū)而言，用于活性白土的礦石均達到CS-1020規(guī)格，而頂?shù)V層1號礦體、中礦層5號礦體鈉基膨潤土和少部分鈣鈉基膨潤土中用于活性白土的礦石達到了CS-1040規(guī)格。冶金球團用膨潤土礦石絕大部分達二級標(biāo)準(zhǔn)，個別可達一級標(biāo)準(zhǔn)，另有部分礦石中的蒙脫石含量或吸水率略低于指標(biāo)要求，可進行配礦使用，以提高其經(jīng)濟價值。鉆井泥漿用膨潤土礦石按造漿率、失水率兩項主要指標(biāo)衡量時，經(jīng)活化改型處理后，均可達丙級至乙級品標(biāo)準(zhǔn)，個別可達甲級品標(biāo)準(zhǔn)。

3　礦石加工技術(shù)性能

新疆和布克賽爾縣烏蘭林格膨潤土礦原礦石主要加工成鉆井液用膨潤土粉和活性白土兩大主要產(chǎn)品?，F(xiàn)擇其要點敘述如下：

3.1礦石加工技術(shù)性能

3.1.1實驗室鉆井泥漿應(yīng)用試驗

試驗樣品采自地表探槽中，按探槽中所選樣段，利用刻槽法采集。

該試驗系實驗室條件下進行，試驗方法按長春標(biāo)準(zhǔn)（代部頒發(fā)標(biāo)準(zhǔn)）進行，同時參考成都地院資料，試驗方法基本接近石油工業(yè)部擬定的O、C、M、A方法。但由于試驗條件較差，加之不是在同條件下進行，故供參考。

試驗結(jié)果表明，灰白色膨潤土造漿率高，性能穩(wěn)定；雜色及棕紅色膨潤土特定地段亦可用于石油鉆井泥漿用。

3.1.2實驗室膨潤土活化油品脫色試驗

試驗樣品采自地表探槽中，按探槽中所選樣段，利用刻槽法采集。

在實驗室條件下模擬油品精煉的生產(chǎn)線工藝流程，進行膨潤土活化、油品脫色試驗。

膨潤土活化采用全國通用的硫酸活化法，油品選用獨山子煉油廠糖醛精煉后的45#工業(yè)變壓器油（輕質(zhì)油代表）和14#柴油機油（重質(zhì)油代表），用土量采用獨山子煉油廠對該油品精煉時的平均常用量。

試驗結(jié)果表明，膨潤土礦石具有較高的活化度，而且對礦物油具有一定的脫色力，是制造活性白土的良好原料。

3.2礦產(chǎn)品技術(shù)性能及工藝流程

3.2.1鉆井液用膨潤土粉

主要銷往克拉瑪依油田、吐哈油田、塔里木油田、青海油田，市場占有率90%以上。

鉆井液用膨潤土主要技術(shù)性能：蒙脫石含量≥45%，粘度計600 r/min讀數(shù)≥30，屈服值/塑性粘度≤6.0，濾失量≤16.0 cm3，75 μm篩余1%≤4.0（m/m），膠質(zhì)價≥40（m1/15 g）。

工藝流程：

3.2.2活性白土

活性白土主要銷往克拉瑪依煉油廠、獨山子煉油廠。由于該產(chǎn)品質(zhì)量好，服務(wù)周到，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

活性白土主要技術(shù)性能：活性度≥220meH/1 000 g，脫色率≥90%，游離酸（以H2SO4）≤0.2%，粒度（-200目篩）≥90%，過濾速度 ≥4.0（mc/min）。

工藝流程：

圖6　下延30m計算面的重力異常

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.04.020