膨潤土應(yīng)用礦物學(xué)的研究范疇

1、膨潤土應(yīng)用礦物學(xué)的研究范疇袁 慰 順1應(yīng)用礦物學(xué)是一門以最充份發(fā)掘礦產(chǎn)資源潛力為宗旨的實(shí)用型學(xué)科，它一貫被列為礦物學(xué)中最為活躍的一個(gè)分支。膨潤土應(yīng)用礦物學(xué)是伴隨著膨潤土應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展而同步興起和發(fā)展的。由于膨潤土礦床成因的多樣性，造成其礦物組合的多元化和主要組成礦物蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，因此不同成因的膨潤土?xí)a(chǎn)生出了多種獨(dú)特的物理化學(xué)性能，如何運(yùn)用和控制好這些物化性能，進(jìn)而研發(fā)出優(yōu)質(zhì)的膨潤土加工制品，就成為膨潤土產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。2本文擬結(jié)合我國膨潤土開發(fā)利用中遇到的實(shí)際問題，從膨潤土的礦物組合、加工技術(shù)與工藝、蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)等三個(gè)方面分別列出應(yīng)重視的研究課題，愿與膨潤土礦業(yè)的同仁們來共同探討

2、。3一、正確處理膨潤土中的共生礦物揚(yáng)長避短處理好膨潤土中的共生礦物，應(yīng)是膨潤土應(yīng)用礦物學(xué)中的重要關(guān)注點(diǎn)。不同成因膨潤土礦床，有其獨(dú)特的礦物組合。4火山成因的膨潤土礦床，其蒙脫石是由火山玻璃在堿性水介質(zhì)中經(jīng)水解脫玻作用轉(zhuǎn)化而成。轉(zhuǎn)化期所處的水介質(zhì)環(huán)境，決定其共生的礦物組合，如火山玻璃在排水補(bǔ)水滯流狀態(tài)下，且處于相對穩(wěn)定的弱堿性環(huán)境中，則常出現(xiàn)蒙脫石沸石組合；若排水補(bǔ)水條件處于通暢，則沸石會減少，成為蒙脫石為主的礦石；若排水補(bǔ)水長期處于極為通暢的弱堿性的水介質(zhì)環(huán)境中，水解作用強(qiáng)烈，則會出現(xiàn)蒙脫石高嶺石組合。 5非晶質(zhì)的火山玻璃通過水解脫玻向架狀及層狀結(jié)構(gòu)礦物演化，實(shí)質(zhì)上也是火山玻璃中硅析出和重組的

3、過程，由于火山玻璃其硅鋁分子比高達(dá)10，轉(zhuǎn)化成蒙脫石后，則硅鋁分子比降至5，其間會析出大量膠態(tài)硅，賦存于水介質(zhì)中。隨著水體流動，膠態(tài)硅會隨水帶走。若是火山噴溢型的玻璃熔巖和陸相沉積的噴發(fā)型火山巖為母巖的膨潤土礦，則大量析出的膠態(tài)硅會滯留原地，成方英石（結(jié)晶度低的SiO2。 6沉積成因的膨潤土礦床，其蒙脫石是由湖盆周邊蝕原區(qū)的物質(zhì)沖聚于富鎂的弱堿性水體中，當(dāng)其分解出大量硅、鋁溶膠，在鎂的參與下，化學(xué)合成了蒙脫石，這類成因的膨潤土，常呈現(xiàn)蒙脫石、伊利石、高嶺石組合的礦石。7含煤建造中的膨潤土礦床，其蒙脫石大多因成煤后，煤層所處水化學(xué)環(huán)境發(fā)生發(fā)異，從酸性介質(zhì)向堿性轉(zhuǎn)化，并有鎂的參與下，煤層中高嶺石處

4、于不穩(wěn)定，而解體轉(zhuǎn)化為蒙脫石。這類成因的蒙脫石常與其它粘土礦物伴生。8熱液蝕變型膨潤土礦床，其蒙脫石是一些富含長石的花崗類巖石（如鉀長巖、鈉長巖、二長巖等），當(dāng)其受到巖漿期后，有一定壓力的中低溫堿性熱液的強(qiáng)烈蝕變，促使長石直接向蒙脫石轉(zhuǎn)化，這類成因的膨潤土，其蒙脫石含量決定于原巖的長石多寡，而伴生的礦物也是原巖中原有的石英、云母、綠泥石等。9重點(diǎn)探討的共生礦物1、方英石：我國大量陸相火山成因的膨潤土礦床均會共生方英石。含方英石的膨潤土不能作為制備高擋膨潤土制品（如有機(jī)土、礦物凝膠、納米蒙脫石）的原料。含方英石的膨潤土卻是制備造紙用助留助濾劑的好材料，近代廢紙和脫墨紙漿大量應(yīng)用。這類新型造紙用材

5、料、蒙脫石與方英發(fā)揮了協(xié)同功能：蒙脫石在提高絮聚體抵抗高剪切力方面發(fā)揮了作用，強(qiáng)化了紙料留著力；而化學(xué)性穩(wěn)定的微晶SiO2方英石，有益紙頁的均勻度和透氣度，在助濾上發(fā)揮了作用。10含方英石的鈣基膨潤土，通過加堿（Na2CO3）成為人工鈉化膨潤土，廣泛應(yīng)用于對耐久性要求不高的鉆井泥漿、鐵礦球團(tuán)和鑄造型砂粘結(jié)劑，不適宜用作對耐久性要求甚高的防水土工材料（GCL。為此提高含方英石鈣基膨潤土人工鈉化后的穩(wěn)定性，已為膨潤土從業(yè)者列為當(dāng)今應(yīng)攻克的重要課題。在制備油脂脫色吸附劑活性白土?xí)r，原礦中含有方英石在10%，一般均無大礙，若超過20%，則會影響脫水效率，影響酸化后活性白土的回收速率。112、沸石：火山

6、成因膨潤中普遍存在架狀結(jié)構(gòu)的沸石類礦物，膨潤土礦床中常見的為斜發(fā)沸石和絲光沸石，偶有方沸石和十字沸石。含沸石膨潤土生產(chǎn)的活性白土，有較好的活性度，用于礦物油脫色，有較強(qiáng)的吸附堿性氮能力。在其它膨潤土制品中，沸石不會起明顯作用。在生產(chǎn)高擋制品生產(chǎn)過程中，亦易于用一般重力法將其除去。123、凹凸棒石：我國蘇皖相鄰地區(qū)，上新世玄武巖噴發(fā)間隙期時(shí)形成一群封閉的湖盆，湖盆中形成堿性水體先結(jié)晶出層狀礦物蒙脫石，促使水體中Al3+濃度降低，當(dāng)呈現(xiàn)出富硅、富鎂、貧鋁的水體時(shí)，則結(jié)晶出鏈層狀礦物凹凸棒石。這種成因的礦床中，凹凸棒石就會與蒙脫石共生。欲分離蒙脫石和凹凸棒石難度極大，當(dāng)?shù)仄髽I(yè)運(yùn)用這種復(fù)式礦石，生產(chǎn)油

7、脂脫色吸附劑。 13也有人設(shè)想：將難以提純的含蒙脫石凹凸棒石粘土，采用干法提純的方法，在除去非粘土礦物的雜質(zhì)后，將層狀和鏈層狀的粘土礦物全部留存下來，利用它們的共性，來研發(fā)復(fù)式有機(jī)粘土和復(fù)式納米粘土。顯然兩類礦物不同的有機(jī)化方法，務(wù)需溶合在一道工序中進(jìn)行，只有在充分照顧到兩種礦物的特殊性時(shí)，才能制備出理想的產(chǎn)品。這應(yīng)該是我們共同來關(guān)注的新課題。14二、加工技術(shù)和工藝的改善為了更充份合理地發(fā)揮膨潤土的資源價(jià)值，針對生產(chǎn)中遇到的問題，擬從選礦提純、改性改型、去除重金屬和脫水干燥等四個(gè)方面，提出一些問題，供業(yè)者共同揮討。151、選礦提純：一般低檔膨潤土制品，大多用原礦經(jīng)粉碎，細(xì)磨成粉體，即可供使用。

8、中、高檔膨潤土制品的生產(chǎn)線，大多將濕法提純列為前道工序。篩選出專屬性的絮凝劑，應(yīng)是完善絮凝提純法的一個(gè)課題。運(yùn)用超高速離心機(jī)，促使方英石與蒙脫石分離，這個(gè)新課題值得探索。鑒于膨潤土很多性能是依靠蒙脫石具有極大的比表面積和層間的負(fù)電荷來體現(xiàn)的，故通過剝片，使蒙脫石層面更充份的解離。在濕法提純的同時(shí)進(jìn)行蒙脫石剝片，將兩道工序合二為一，因此設(shè)計(jì)出更妥善的選礦和剝片相結(jié)合加工新工藝，應(yīng)是膨潤土從業(yè)者的關(guān)注課題。162、改性改型1、）活性白土生產(chǎn)中的污水處理：膨潤土經(jīng)酸化，促進(jìn)了層間域中產(chǎn)生更多的吸附空間，溶出了多面體部份核心陽離子，產(chǎn)生更多的端面電荷，增長了吸附功能。酸化膨潤土后的廢水處理，已是行業(yè)發(fā)

9、展中的一大障礙。用消石灰和石灰石粉來中和酸性廢水，排放的為中性水，但它溶解了大量硫酸鹽不能食用，排入農(nóng)田影響植物生長。若增加工序回收廢水中的鹽類，留下無鹽水再利用費(fèi)用甚高，為此研究出投資少，效率高的廠內(nèi)酸水處理系統(tǒng)，以求達(dá)到工業(yè)用水循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)企業(yè)廢水零排放，已是當(dāng)務(wù)之急的課題。172、）人工鈉化膨潤土的穩(wěn)定性：我國95%的膨潤土礦山，開采出來的礦石均為鈣基膨潤土。人們用添加鈉鹽和鈉絡(luò)合改型劑，但人工鈉化土其穩(wěn)定性滿足不了防水類工程的要求。故提高人工鈉化土的穩(wěn)定性，已成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的重點(diǎn)。須從以下方面采取措施：根據(jù)膨潤土的陽離子交換容量、C軸有序度的狀況，篩選合適的鈉化劑；對人工鈉化置換出

10、來的Ca2+離子進(jìn)行控制，例如采用“包復(fù)劑”和包復(fù)技術(shù)，使Ca2+離子喪失在介質(zhì)中呈自由態(tài)的能力；要提供出一套評定膨潤土穩(wěn)定性的測試方法，以便對研制的人工鈉化土有個(gè)公認(rèn)的評價(jià)手段。183、）降低膨潤土中的重金屬元素含量：隨著藥用膨潤土的問世和食品行業(yè)中采用膨潤土制品的增加，對與食用有關(guān)的膨潤土制品中的重金屬元素的允許含量，食品安全部門會逐漸提出要求。而膨潤土中常在成礦階段混入一些重金屬或有害元素，如Pb、Hg、Cd、As等。故去除藥用膨潤土中重金屬元素和降低如活性白土等與食用有關(guān)膨潤土制品的重金屬含量，都應(yīng)盡速列入議事日程。近期有人提議：將降低重金屬和有毒元素的工作合并入選礦的工序中進(jìn)行，我們

11、認(rèn)為非常必要。194、）提高脫水干燥技術(shù)：當(dāng)今中高擋膨潤土制品生產(chǎn)線，其脫水干燥的工序使用場地面積大，且在生產(chǎn)成本中所占的比例也較高，通常是用能耗來換取水份的去除，加快脫水干燥時(shí)間，降低能耗是提高當(dāng)今生產(chǎn)效益的主要關(guān)鍵。烘干工序關(guān)鍵是設(shè)備，在市場上雖有大量可供選擇的機(jī)械，但大多由于能耗太高，難以在膨潤土制品中施用。膨潤土制品業(yè)者能與干燥行業(yè)通過一定渠道，聯(lián)合進(jìn)行研發(fā)。出一系列適合各種檔次膨潤土制品的低能耗干燥設(shè)備。20三、充份認(rèn)識和利用蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)的特殊性能1、電荷特性：蒙脫石多面體的核心陽離子會被低價(jià)離子置換，主要是八面體中的Al3+被不定量的Mg2+、Fe2+置換，會產(chǎn)生0.2-0.6的

12、層間負(fù)電荷，被稱為永久電荷。由于礦物成因（如結(jié)晶環(huán)境）和外力作用的影響，會在a、b軸方向出現(xiàn)斷鍵現(xiàn)象，造成八面體中Al3和Mg2+等離子裸露在端面，在酸性介質(zhì)中它們帶正電荷，在堿性介質(zhì)中帶負(fù)電荷。這就是蒙脫石端面具可變電荷的原因。事實(shí)已證明蒙脫石的永久性層電荷，并非永久恒定的，如酸化后層間電荷會降低，而端面電荷會增加，這種現(xiàn)象正在為人們逐漸掌握，運(yùn)用于產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)和新產(chǎn)品開發(fā)。212、有序度：（1）C軸有序度：根據(jù)甘油飽和的膨潤土定向薄片上測定蒙脫石（001）特征峰，將此峰高定為P，峰前谷定為V，用V/P值來度量C軸有序度。影響C軸有序度的因素主要是：蒙脫石單元結(jié)構(gòu)層的疊置形式。層間陽離子占位

13、狀態(tài)。它可以反映膨潤土分散、粘度等特性。是涉及膠體性能的重要參數(shù)！22（2）B軸有序度：1986年我們提出：以（020）反射帶峰形寬化程度來定量B軸有序度。精確測量（020）的峰高（H）值和2/3峰高處的峰寬度（W）值，并以H/W之比值定義為：蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)的B軸有序度。 當(dāng)H/W值越大，B軸 B軸有序度 有序度越高，反之則 低。23A、B軸有序度不僅會影響蒙脫石的膠體性能，而且可作為選擇活性白土原料和監(jiān)控活性白土質(zhì)量的簡易方法。研究蒙脫石吸附性、催化活性、離子交換性能時(shí)，應(yīng)重視B軸有序度的變化。膨潤土經(jīng)后期處理，常會使用蒙脫石有序度下降，用人工合成蒙皂石的水熱合成技術(shù)，來增大蒙脫石片面的寬度，增大A、B軸有序度的設(shè)想。這種創(chuàng)意值得重視。今后必有更多的企業(yè)會運(yùn)用有序度的測試結(jié)果，作為篩選合適原礦的依據(jù)。243、超結(jié)構(gòu)觀象：浙江大學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室呂光烈教授和胡秀榮博士在2005年提出蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)中存在著超結(jié)構(gòu)，“在正常蒙脫石（001）衍射線2角位置更低的角域出現(xiàn)衍射線，這種超結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)與蒙