我国主要膨润土矿床原矿理化性能测试分析研究

王新江，马 亮，雷建斌，陈媛媛

（咸阳非金属矿研究设计院，陕西 咸阳 712021）

我国主要膨润土矿床原矿理化性能测试分析研究

王新江，马 亮，雷建斌，陈媛媛

（咸阳非金属矿研究设计院，陕西 咸阳 712021）

利用采集到的国内主要产地的膨润土原矿，分析了各地膨润土的理化性能，探讨了膨润土的理化性能与层间阳离子的关系。研究结果表明，膨润土因其属型和属性不同使其理化性能有较大的差异，其中层间阳离子类型是影响膨润土理化性能的重要因素，钠基膨润土具有高的胶质价、膨胀指数等理化指标优于其他类型的膨润土。

膨润土；矿物结构；物化性能；

膨润土是自然界分布最广泛的粘土矿产资源之一，具有一系列优良的工艺性能，诸如吸水性、吸附性、悬浮性、分散性、触变性、离子交换性等，使其在国民经济各部门得到了广泛应用。我们在承担“十一五”国家科技支撑计划项目课题中“非金属矿物材料基础信息测试技术及关键仪器研究”基础上，实地对我国主要的膨润土矿床原矿进行采集，并对各种不同产地的原矿样品的基本物化性能进行了分析测试研究，从而为国内膨润土的应用开发提供基础的实验依据。

1 测试分析研究方法

1.1 测试原料

测试原料样品取自我国35个大、中型膨润土矿山。涉及辽宁、吉林、内蒙古、河北、山西、河南、安徽、江苏、浙江、山东、广东、广西、湖南等地，采集到国内有代表性的不同成因、不同类型的膨润土典型矿区的代表性原矿样品61个。

1.2 实验方法与测试内容

对膨润土原矿样品分别进行了化学组成分析、吸蓝量、胶质价、膨胀指数、阳离子交换量、2h吸水率、白度、pH值等测定，其中吸蓝量、膨胀指数、阳离子交换量、2h吸水率指标依国标GB/T20973-2007膨润土测定；矿物化学成分组成按国土资源部行业标准《岩石和矿石分析规程DZG93》执行；pH值用上海精密科学仪器有限公司PHS-25型pH计测定；白度用杭州高新自动化仪器仪表公司DN-B型白度仪测定；胶质价的测定按参照文献[1]的方法。

2 测试结果

部分产地膨润土原矿化学成分测试结果见表1，物理性能测试结果见表2。

3 分析与讨论

3.1 膨润土原矿化学成分变化

膨润土是以蒙脱石为主的粘土矿，蒙脱石类质同象发育，低价阳离子置换高价阳离子，使结构层产生多余的负电荷，晶层间可交换阳离子补偿了多余的负电荷，蒙脱石的负电荷主要来自Mg2+对八面体中Al3+的置换。除Mg2+以外，还有少量Fe2+或Fe3+置换Al3+。四面体中有少量Al3+置换Si4+。按八面体中含Mg的多少，我们通常把膨润土分成怀俄明型(Wyamin)和切托型(Cheto)两大类。怀俄明型膨润土八面体中镁离子置换铝离子的数量较少，因而含MgO较低，晶层电荷较低，阳离子交换量大，颗粒较细，水中易

分散；切托型膨润土八面体中镁离子置换铝离子的数量较多，因而含MgO较高，颗粒较粗，在水中难分散。由于上述原因，蒙脱石化学成分变化大，61个原矿样品的化学成分统计数据变化范围(%)为：SiO250.96～72.06，Al2O312.30～19.67，Fe2O30～13.61，FeO 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等成分为微量。矿石类型包括钙基、钙钠基、钠钙基、钙镁基、钠基膨润土。

表2 膨润土原矿物理性能测试结果

3.2 膨润土原矿中蒙脱石含量分析

膨润土中蒙脱石含量一般是用吸蓝量换算，公式为M=B/K×100%。式中M为膨润土矿石中蒙脱石相对含量，%；B为吸蓝量(当B吸蓝量单位为10-3mol/100g时，K换算系数为150；当B吸蓝量单位为g/100g时，K换算系数为0.44～0.56，一般取0.48)。该方法现已经得到了广泛的应用。但是，由于确定吸蓝反应终点的方法不同，测定吸蓝量所用方法也不同。因此，影响吸蓝量测试结果误差的因素很多，包括晕环法、极谱法、分光光度法等。其中晕环法操作方便，仪器简单，成本低，应用最为普遍，但不准确，误差比较大；示波极谱法测定吸蓝量反应的终点比较准确，但因使用的仪器比较复杂，应用上受到限制；分光光度法既不需要测吸蓝量，也不需要确定吸附反应的终点，但需配置蒙脱石标准样品，否则无法作出标准曲线。采用X-射线衍射定量分析蒙脱石含量的方法准确，但成本高，不方便快速定性定量。现在往往几种方法同时使用。同一个矿山同一类型的膨润土，吸蓝量越高，蒙脱石含量越高。不是同一个矿山同一类型的膨润土，不可用吸蓝量来对比蒙脱石含量的高低。因为具有吸蓝性质的物质不仅是蒙脱石，还有其他物质，而这些物质往往就存在于膨润土中。

3.3 膨润土的理化性能分析

不同类型的膨润土因其属型和属性不同，在理化性能方面有较大的差异。膨润土的理化性能按最大量阳离子类型进行统计的结果表明，钠基土的胶质价的均值远较钙基土和镁基土大，说明层间阳离子对膨润土的理化性能有显著的影响，与各阳离子物理性能的差异有关。钠基土在水介质中往往以单粒子存在，边面或边边缔合形成较稳定的胶体，胶质价大；而钙基土往往以复粒子存在，面面缔合使胶体性能较差。钠基土的膨胀指数比钙基土和镁基土大，这是因为膨润土吸水膨胀过程是层间阳离子水化过程的延续。层间水化过程是分步进行的，大致形成1～4层水分子。层间阳离子种类不同，其水化能也不同，Ca2+水化能较大，Ca2+水化膜薄且不规则，而Na+水化膜厚且排列规则，这必然导致钠基土的膨胀性大。有研究者指出，膨润土的晶格膨胀的程度是由其层间阳离子的种类、蒙脱石晶格中同晶置换产生的电荷大小及分布、晶片的厚度及a、b轴向的延展度等因素决定的。

4 结论

综上所述，不同产地的膨润土原矿理化性能差别较大，其影响因素较为复杂。涉及到其产出环境、矿物结构、层间可交换阳离子类型、蒙脱石含量等。这些将直接影响膨润土的工艺性能，要让膨润土资源利用经济效益最大化，首先应了解当地膨润土资源特点，因为其直接影响到产品开发利用方向、产品的性能和应用领域。

[1]董高翔,金永铎.非金属矿石物化性能测试和成分分析方法手册[M].北京:科学出版社,2004.

[2]张乃娴,李幼琴,赵惠敏,等.粘土矿物研究方法[M].北京:科学出版社,1990.

[3]郑素群,汤静芳,杨芳芳.膨润土吸蓝量试验方法探讨[J].中国非金属矿工业导刊,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”国家科技支撑计划项目(2008BAE60B09)。

2008-08-10