吉林省磐石市碱场膨润土矿石质量特征及加工技术性能

侯 丽，毛 荐，潘海斌

吉林省第一地质调查所，吉林 长春130033

磐石市碱场膨润土矿位于磐石市烟筒山镇碱场村，矿区内共有两条膨润土矿体，赋存于白垩系下统营城子组流纹岩顶部及安山岩底部的层间部位，矿体的埋藏较浅，开采方式为露天开采。

1 矿区地质概况

本区位于吉黑褶皱系（Ⅱ）、吉林优地槽褶皱带（Ⅲ2）、吉林复向斜（Ⅲ22）、双阳—磐石褶皱束（Ⅲ22－1）。矿区出露的地层有石炭系磨盘山组、白垩系营城子组、泉头组，第四系。膨润土矿赋存于白垩系下统营城子组（K1y）的流纹岩与安山岩接触部位（图1）；主要构造线为北东及北西向，主要表现为白垩系下统营城子组呈缓倾斜的单斜构造产出，倾向225°、倾角7°～11°；区内燕山期火山活动较集中，从分布特征看呈裂隙式—中心式—裂隙式喷溢特点。膨润土矿体处于 火山机构中，断裂构造为热液循环提供了良好的通道，有利于热液蚀变矿化作用，加之后期风化，地表水淋滤作用，使中酸性火山岩在先酸后碱的环境中发生膨润土化、脱玻化、沸石化、蒙脱石化。膨润土化蚀变分布在流纹岩顶部和安山岩底部的层间接触界面部位，以流纹岩的膨润土化蚀变为主。

2 矿体特征

Ⅰ号矿体在矿区中部，呈北西向条带状出露，长约700 m，宽30～40 m。矿体层位稳定，分布范围较广，为主矿体。矿体控制长400 m（0～8线），沿斜深控制宽70～200 m。矿体厚7.8～24.1 m,均厚16.13 m。赋存标高：236～299 m。准采区内Ⅰ号矿体各块段蒙脱石质量分数加权平均值为62.47%。

Ⅱ号矿体赋存于Ⅰ号矿体下部，呈扁豆状，分布于0～6 线，控制长300 m，沿斜深控制宽50～200 m，厚2～8 m，最厚10 m，一般平均厚度为5 m。赋存标高：223～288 m。准采区内Ⅱ号矿体各块段蒙脱石质量分数加权平均值为64.65%。

图1 吉林省磐石市 碱场膨润土矿区地形地质略图Fig.1 Topographic and geologic sketch map of Jianchang bentonite mining area in Panshi City, Jilin Province

3 矿石质量特征

膨润土矿是以蒙脱石为主矿物成分的粘土矿物。其余为流纹岩的球粒及脱玻化的珍珠岩残块。少量石英、方英石和长石等。灰白色、紫红色、浅绿色，土状，含水较高时为蜡状。油脂光泽及土状光泽。它具有极强的吸水性、阳离子交换能力、膨胀性、可塑性和结合能力。后迅速膨胀，细腻具滑感。评价膨润土矿床质量的主要指标为蒙脱石质量分数（通过测试样品吸蓝量求得），胶质价、膨胀倍、pH 值三项为参考指标，Ⅰ、Ⅱ号矿体质量情况见表1。

吸蓝量（蒙脱石质量分数）：是圈定矿体的主要指标。蒙脱石质量分数与矿体的厚度、形态、产状无关。Ⅰ号矿体蒙脱石质量分数：42.0%～94.6%。平均68.52%。

胶质价：矿石中胶质价与吸蓝量相关密切，呈正相关。凡吸蓝量大于75 mmol/100g，胶质价都大于50%。Ⅰ号矿体胶质价平均70.48%，最高达97%。表明矿石分散性能良好。

pH 值：平均5.8～6.5 ，波动小， pH 值与矿石中其它物性无相关性。

膨胀倍：矿石的膨胀倍与矿石中蒙脱石质量分数总体呈正相关，与可交换阳离子价位呈反相关，当膨胀倍与蒙脱石质量分数呈反相关时，说明膨润土中可交换高价阳离子占主导。

4 矿石的加工技术性能

自然界的膨润土绝大多数为钙基 膨润土。钙基土主要应用于机械铸造、冶金球团等小型企业，钙基膨润土较钠基 膨润土性能差，产品逐渐被天然钠基土及人工钠基土所取代。碱场膨润土矿采用人工钠化的方法将钙基膨润土改型为钠基 膨润土。

表1 碱厂膨润土矿体平均品位统计表Table 1 Average grade statistical table of Jianchang bentonite ore body

4.1 天然钙基土生产流程

剥土→采矿→晾晒→运输入场→加工磨粉→装袋→检斤→缝口→码垛→销售。

产品粒度一般在180～200 目，加工生产机器为上海产XGM4121 型高压磨粉机，土较干状态下每小时可生产6 t 左右。

4.2 钠基土(人工钠化土)生产流程是采用挤压钠化法：

剥土→采矿→晾晒→运输入场→进料仓→输送带→电子皮带秤检斤→进入搅拌挤出机→碱罐喷头将事先配比好的碳酸钠（纯碱）液体喷淋在钙基膨润土上，湿土控制在26～30 个水左右，→经强力搅拌挤出机挤出层状、条状→有传送带输送进入旋转式烘干机烘干，粉磨成产品。烘干温度控制在120～1 200℃，烘干时间在12～15 min →干土旋出由铲车运到干料库沉化3～7 天。

改性效果最佳时可磨粉加工成325 目人工钠化土。该成品土应用于钢铁球团、机械铸造、钻井泥浆等。用于机械铸造型砂粉结剂加工试验：样品采自Ⅰ号矿体，QZ802 孔组合样品。

加工试验：由长春金鼎铸造检测中心承做，采用CTB/T2684－1981 标准。铸造用原砂及混合料试验方法。

测试结果：干压强度0.513 MPa、湿压强度0.05 MPa、热湿拉压强度0.011 MPa、透气性210。通过试验该矿湿压强度大于0.049 MPa、热湿拉强度大于0.002 MPa。本矿用于铸造是较佳的型砂粉结剂，可大幅度提高铸造产品的质量合格率。碱厂膨润土矿经生产加工后一般可满足上述用途要求。原矿回收率100%，成品化验结果如表2 。

表2 膨润土产品测试结果Table 2 Test results of bentonite products

5 结论

碱场膨润土矿埋藏浅，适合露天开采。矿体局部质量较好，根据测试结果并显示钠级土特征，勘查中单独圈定，以求得更优质的膨润土矿。根据矿石质量特征和加工技术性能看，优质的膨润土矿是一种低投入，且能得到较高的经济效益，越来越广泛应用于铸造行业、钻井泥浆、铁矿球团、干燥剂、建筑工程防水材料等行业。近年来随着我国科技进步国力的增强，在膨润土矿深加工利用方面取得了很大进展。主要表现为有机土系列产品不断问世，高附加值产品不断被开发研制成功，例如SM 系列镁铝硅酸无机凝胶，即由膨润土中蒙脱石族矿物研制而成，它具有良好胶体分散性、稳定性、触变性和悬浮性等特种性能。

[1] 吉林省磐石市烟筒山镇碱场膨润土矿补充详查报告 [R].2008.