膨润土矿是人类社会最早利用的非金属矿产之一.doc

膨 润 土 开 发 与 应 用 湖北省矿产开发总公司 一、膨润土简介 膨润土矿是人类社会最早利用的非金属矿产之一，如古代人们利用膨润土烧制陶瓷。现代社会膨润土产品得到更广泛使用，随着科学技术的进步、社会经济的飞跃发展，膨润土资源日益受到世界大多数国家的重视，技术方法不断创新，新产品不断产生，应用领域不断拓展，已经成为一种十分重要的非金属矿产之一。 膨润土是以蒙脱石为主要成分所组成的粘土。蒙脱石是由纳米级的颗粒组成，国外称其为天然纳米材料，也叫万用粘土。膨润土又称斑脱岩和膨土岩，是一种含蒙脱石大于60%的优质粘土，它的物理化学性质、性能主要取决于所含蒙脱石的属性和相对含量。准确的名字应为蒙脱石粘土，习惯称为膨润土。因为，蒙脱石是在法国蒙摩里隆附近发现的，所以命名为蒙脱石。但由于在美国蒙大拿州山福塔蒙脱附近首次发现了矿脉，所以又叫斑脱岩。中国出现的膨润土译名为斑脱岩、般土、皂土、膨土岩等名称。蒙脱石也称微晶高岭土。蒙脱石的理论化学成分为：SiO2为66.7%，Al2O3为25.3%，H2O为5%。粘土矿物的晶体构造单元是硅氧四面体和铝氧八面体。每个硅氧四面体都有一个硅原子与四个氧原子以相等的距离相连，硅原子在四面体的中心，四个氧原子在四面体的顶角。铝氧八面体由两层紧堆叠的氧原子和氢氧原子组成，而铝原子位居中心形成八面体。同样氧原子还能和另外一个铝原子组成另一些八面体。蒙脱石矿物的晶体结构是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体组成，四面体和八面体由共用的氧原子联结，因此称蒙脱石矿物为2∶1型粘土矿物。 蒙脱石矿物晶体结构特点是： ⑴重叠的晶胞之间是氧层和氧层相对，期间的作用力是弱的分子间力。因此，晶胞间联结不紧密，易分散。在极性水分子或外界力的作用下，晶胞之间会产生相对运动而剥离。 ⑵蒙脱石矿物晶格的同晶置换现象很多，即铝氧八面体中的铝离子可被镁、铁、锌等离子所置换，置换率可达到20%～35%。硅氧四面体中的硅离子也可以被铝离子所置换，置换量较小，一般小于5%。因同晶置换使蒙脱石晶胞带较多的负电荷，使蒙脱石晶胞成为带电荷的“大负离子”，每个晶胞所带电荷大约是0.66个。带负荷的蒙脱石晶胞吸引一些低价阳离子，形成一个特殊的电介质，蒙脱石同晶置换形成的负电荷，一部分靠吸附交换阳离子来平衡，一部分由八面体晶片中的OH-置换O2来补偿。蒙脱石类矿物有吸附阳离子和极性有机分子的能力。 ⑶蒙脱石矿物由于晶胞间联系不紧密，可交换的阳离子数目较多，因此水分子容易进入晶胞之间，膨润土颗粒容易膨胀水化，分散性好。因此，膨润土造浆率高，易吸附反电荷的离子。对膨润土泥浆来说，使用处理剂进行泥浆性能调整十分容易。 粘土矿物的结晶构造是： 粘土矿物分为晶质粘土矿物和非晶质粘土矿物。晶质粘土矿物为层状硅酸盐矿物。层状硅酸盐矿物的配位四面体构成四面体片。每个四面体以三个顶点与相邻的四面体联结，层状硅酸盐矿物划分为2∶1型和1∶1型。蒙脱石粘土矿物属于2∶1型。 蒙脱石矿物通常含有三种状态的水：表面自由水、层间吸附水和晶格水。 蒙脱石矿物具有阳离子交换的特点，在pH值为7的介质中阳离子交换容量为0.7～1.4mmol/g土。 膨润土中除主要组成矿物蒙脱石外，还含有石英、长石、云母、沸石、铁等杂质。可根据蒙脱石中吸附阳离子的类型和数量，将膨润土分为钙质膨润土、钠质膨润土。镁质膨润土、锂质膨润土和氢质膨润土。 蒙脱石矿物属单斜晶系，通常呈土状块体，白色，有时带浅红、浅绿。浅灰淡黄等色，光泽暗淡，硬度为1～2，比密度为2～3，吸水性强，吸水后其体积膨胀增大几倍到十几倍，具有很强的吸附力和阳离子交换性能。 天然膨润土按化学成分主要分为钠基和钙基两大类。在一般情况下，钠基膨润土较钙基膨润土的理化性能和工艺性质优越，主要表现在吸水速度慢，但吸水率与膨胀倍数大，阳离子交换量高，在水介质中分散性好，胶质价高，加热稳定性好等，所以钠基膨润土的使用价值高，能满足多种用途的要求。 世界上最著名的膨润土产地在美国的南达科他州、怀俄明州，格鲁吉亚等。我国的膨润土资源丰富，已探明的储量现居世界第一位，具有各种自然类型的钙基、钠基、镁基、铝（氢）基膨润土矿，分布在全国26个省、自治区（河北的宣化、张家口，辽宁的锦西、黑山，吉林的九台，浙江的临安、余杭，江苏，河南的信阳、上天梯，湖北上熊，新疆的托克逊、和丰，甘肃的金昌、红泉，内蒙的兴和。高庙子，广西的宁明，江西的玉山与黑龙江的鸡西，云南宜威砚山等等），有几百个采矿点，但累计开采量上不到已探明储量的百万分之一。 我国地矿部门20世纪90年代初的资料表明，世界膨润土的储量仅127亿吨，美国钠基土的储量和产量均居世界第一，我国已探明的储量中90%是钙基土，钠基土一般