中国膨润土矿物资源概况

1膨润土矿物资源概述膨润土的广泛定义为“主要由蒙脱石类矿物组成的岩石，不考虑成因和产地”。与蒙脱石经常伴生的粘土矿物有伊利石、高岭石、埃洛石、绿泥石、水铝英石以及一些间层粘土矿物。伴生的非粘土矿物有石英、长石、沸石、石膏、方解石、黄铁矿、氧化铁矿物以及岩屑等。膨润土还常有钾、钠、钙、镁的盐类矿物。膨润土(Bentonnite)一词源于1898年美国怀俄明州一粘土产地名。中国出现的译名有斑脱岩、搬土、皂土、膨土岩等名称。膨润土是人类利用最早的矿产之一，古代主要用于制陶。近代工业有十分广泛的用途，铸造、能源、钻探、造纸、化工、建筑、医药、纺织等几十个部门，与膨润土有关的产品多达400~500种，被誉为万能的矿物原料，因此在国民经济中有独特的作用。一、矿石矿物原料特点膨润土矿的颜色有白色、乳酪色、淡灰色、淡黄绿色、淡红色、褐红色以及黑色、斑杂色等。油脂光泽、蜡状光泽，有的为土状光泽。断口常为贝壳状或锯齿状。结构构造多种多样，有块状、微层纹状、角砾状、土状及斑杂状构造；泥质结构为主，尚有变余火山碎屑、角砾凝灰及粉砂状结构。膨润土的主要矿物成分是蒙皂石(Smectite)族矿物，为有益组分。蒙皂石族矿物包括二八面体和三八面体两个亚族，而膨润土所含通常为二八面体亚族中的矿物，有以下三种矿物：蒙脱石E+0.33(Al1.67Mg0.33)Si4O10(OH)2·nH2O贝得石E+0.33Al2(Si3.67Al0.33)O10(OH)2·nH2O绿脱石E+0.33Fe3+2(Si3.67Al0.33)O10(OH)2·nH2O其中E+为可交换的层间阳离子。二八面体亚族的晶体化学通式为：Mu+V+Z(AlxFey3+Mgz)2.00(Si4-(u+v)Fev3+、Alu)O10(OH)2·nH2O。式中u+v+z为层间电荷，蒙脱石一般为22，贝得石的y、v、z为零，绿脱石v、x、z为零。某些膨润土以三八面体亚族中的皂石(一种含镁的蒙皂石)和锂蒙脱石(含锂和镁的变种)为主要矿物成分。膨润土中常混杂有非蒙皂石族的矿物，含量不等。混杂成分可归为三类：其他粘土矿物，例如高岭石和伊利石；粒状及片状硅酸盐矿物和岩屑；可溶性盐类。非蒙皂石族矿物及各种杂质对膨润土的物理化学性能有明显的影响，因此为有害组分。膨润土的性能由所含矿物成分而定。二八面体蒙皂石的端员成分之一蒙脱石属于单斜晶系，晶胞参数：a0=0.517nm，b0=0.894nm，c0=0.96~1.52nm．。化学成分：SiO248%~56%，Al2O311%~22%，Fe2O30%~5%，MgO4%~9%，CaO0.8%~3.5%，H2O12%~24%。此外还含有K2O、Na2O、MnO、FeO、TiO2、P2O5、Cl和CO2等。矿物颗粒细，在电子显微镜下可见到片状、球状、海绵状等集合体形状。蒙脱石具有离子交换性能，主要是阳离子如Na+、Ca2+、K+、Mg2+、Li+、H+、Al3+等，交换是可逆的。在pH为7的介质中阳离子交换容量为70~140me/100g。蒙脱石通常含有三种状态的水，表面自由水，层间吸附水和晶格水。蒙脱石吸水性很强，吸水后膨胀，即晶格底面间距增大，在高水化状态时晶轴C0可达1.84~2.14nm。蒙脱石在水介质中可分散呈胶体状态。蒙脱石受热自由水很快失去，100~200℃脱去吸附水，500℃时大量晶格水开始逸出。蒙脱石具有电负性，对胶体性质和流变性能影响很大。电负性主要来自三方面：晶格置换连同内部的补偿置换形成的晶格静电荷，每个晶胞约为0.66；破键产生的电负性；八面体片解离形成的电负性。膨润土根据所含蒙皂石族矿物的属型而相应划分。蒙脱石以其层间可交换阳离子的种类、含量划分属型，当某一阳离子的含量超过阳离子交换容量(ΣEC)50%时，即以该阳离子命名，例如钠基蒙脱石(ENa+/ΣEC≥50%)、钙基蒙脱石(ECa2+/ΣEC≥50%)、铝基蒙脱石(EAl3+/ΣEC≥50%)。当层间没有一个阳离子含量超过50%交换容量时，则以含量最多的两个阳离子命名，如钙钠基蒙脱石、钙镁基蒙脱石等等。膨润土有以上相应的名称。钠基膨润土又命名碱型土，吸水后高度膨胀。钙基膨润土又名碱土型土，吸水后膨胀不太大。2在美国有一种所谓钾膨润土，发现于阿巴拉契亚和密西西比河流域，但其主要矿物成分是伊利石和混层矿物，蒙皂石族矿物仅居次要地位，其实它已超出了膨润土的定义。二、用途与技术经济指标膨润土由于具有吸水性、膨胀性、阳离子交换性、触变性、粘结性、吸附性、增稠性、润滑性、稳定性、脱色性等性能，被广泛应用于各个工业部门。其主要用途是铁精矿球团、钻井泥浆、铸造型砂粘结剂、动植物油脱色净化等。(一)铁矿球团用膨润土质量标准据中华人民共和国建材行业标准JC/T529-1995，铁矿球团用膨润土质量要求列于表4.23.1。表4.23.1冶金球团粘结膨润土质量要求水分≤（%）粒度干法0.074mm≥（%）吸蓝量≥（g/100g）试样吸水量≥（mL/g）膨胀容≥（mL/g）P-Q-113993515015P-Q-2993012012P-Q-399201009(二)钻井泥浆用膨润土质量标准据中华人民共和国建材行业标准JC/T529-1995，钻井泥浆用膨润土质量标准见表4.23.2。表4.23.2钻井泥浆用膨润土标准项目P-N悬浮体性能600r/min时粘度计读数30屈服值≤（Pa）1.44×塑性粘度30min滤失量≤（mL）15.0湿筛分析+0.075筛余量≤（%）4.0水分≤（%）10(三)铸造型砂粘结用膨润土质量标准据中华人民共和国建材行业标准JC/T529-1995，铸造型砂粘结用膨润土质量标准见表4.23.3表4.23.3铸造用膨润土按湿压强度值分级标准水分≤（%）粒度干法0.074mm≥（%）吸蓝量≥（g/100g）试样湿态抗压强度≥（kPa）热湿拉强度PNa-Z-1139535502.0PNa-Z-230301.5PNa-Z-320201.0Pca-Z-135501.0Pca-Z-230300.7Pca-Z-320200.4(四)精细陶瓷和建筑陶瓷用膨润土为原苏联ГOCT7032-75标准。分为两个牌号：ΦPK-生产艺术和家用陶瓷、电工和无线电陶瓷用膨润土；CK-生产建筑陶瓷(墙体内贴面板和白色、人工染色地面板)用膨润土，见表4.23.4。表4-23-4精细陶瓷和建筑陶瓷膨润土3指标牌号ΦPKCK（Fe2O3+TiO2）含量不大于（％）1.752.25SO2含量不大于（％）0.500.75膨胀性不小于（ml）8075吸附指标不小于（mg/g）200150平均抗弯强度极限（粘结能力）不小于（kg/cm3）2020水分含量不大于（％）202050mm以下快体含量不大于（％）1010300mm以上快体含量不大于（％）1010注：对无线电陶瓷膨润土SO2不大于0.25％三、矿业简史世界膨润土工业以美国发展最早，1921年建立起首家膨润土加工厂，至今已有70多年的历史。以生产铸造型砂粘结剂和油脂脱色剂而奠定了膨润土工业基础。40年代开采出100万t，60年代大规模作为铁精矿球团粘结剂，年产量猛增至260万t，80年代膨润土产量达到418万t/a。中国膨润土工业的发展可为两个大阶段，第一阶段从中华人民共和国成立起至70年代末，为奠基和找矿阶段，在辽宁、吉林、河南、河北、浙江、山东、福建、四川、湖北等省10余个矿区进行了矿床评价，探明了数千万吨储量。不但有钙基膨润土矿，也发现了钠基膨润土矿。1974年全国估算膨润土产量达35~40万t。第二阶段从70年代末至今，为大发展阶段。全国已有24个省、区相继发现了膨润土矿床，各大区皆有钠基膨润土资源，证明中国是膨润土资源丰富、品种齐全的国家。据1987年底统计，中国膨润土储量已达17.17亿t。这一阶段膨润土的应用领域显著扩大，并不断出现新用途和新产品，例如有机膨润土产品的兴起等。4膨润土矿资源一资源状况中国膨润土矿资源非常丰富，预测资源量在70亿t以上。种类齐全，既有钙基膨润土，又有钠基膨润土，此外还有氢基、铝基、钠钙基和未分类的膨润土。至1996年底，全国保有储量24.6亿t(详见表4.23.5)。最多的为广西壮族自治区，占全国总储量的26%；其次是新疆自治区，占总储量的14%；依次有内蒙古自治区，占9%，江苏省占7%，河北省占6%，山东省、湖北省、安徽省各占5%。世界上膨润土资源主要分布在中国、美国和原苏联，三国探明储量约占世界总储量的4/5。中国储量居世界首位，占世界总量的60%。表4-23-5膨润土保有储量表地区矿区数（个）总量（万t矿石）A+B+CD合计全国8669746176516245262河北23211397314294山西2273831962934内蒙古568541429621150辽宁4239831015499吉林8275128605619黑龙江3－46464646江苏554231214917572浙江9420439958199安徽417261078112507福建348810481536江西2179524074202山东54662813612798河南3212316323755湖北68629471713346湖南158425913175广东413315301663广西3111615319464337海南16078138四川818062242云南140412111615陕西2483114906321甘肃2141018633273新疆368712752534395二、地理分布到目前为止，全国已有23个省(区)产有膨润土矿，有探明储量的矿区86处(表4.23.6)，其中大型矿床(大于5000万t)12个，中型矿床(500～5000万t)31个，小型矿床(小于500万t)43个。在大型矿床中储量超过1亿t的矿床共计有8个，可称为超大型矿床。12个大型矿床的1996年底保有储量达187989万t，占全部保有储量246262万t的76%。最大的矿床为广西壮族自治区宁明县宁明膨润土矿,各级储量和为605736.6万t，占全国总储量的1/4。居第2位的是新疆自治区的和布克赛尔县乌兰林格-日月雷矿区，有21623.2万t。占第3位的是内蒙古自治区的兴和县高庙子膨润土矿，共计有16899.8万t(表4.23.6)。表4-23-6膨润土矿一览表序号矿区名称矿床类型膨润土属性规模利用程度1新疆和布克赛尔蒙古自治县乌兰林格－日月雷沉积Na，Ca大型可利用2新疆托克逊县柯尔碱Na，Ca大型可利用3新疆哈密市沙尔湖气成热液交代Na中型可利用4黑龙江省拜泉县新生中型可利用5黑龙江省海林县沸石矿－膨润土火山沉积Ca中型可利用6吉林省九台市银矿山膨润土矿－沸石矿蚀变火山岩Na，Ca中型已利用7吉林省长春市石牌岭中型已利用8吉林省公主岭刘房子沉积中型已利用9辽宁省黑山县十里火山沉积Na，CaCa－Na中型可利用10辽宁省黑山县孙屯风化Na，Ca中型已利用11辽宁省凌源市热水汤火山沉积Ca，Na中型已利用12内蒙国新巴尔虎左旗白青查干中型可利用13内蒙古乌拉特前旗白庙子火山沉积Ca中型可利用14内蒙古兴和县高庙子火山沉积大型可利用15河北省隆化县伊逊河沟火山沉积Ca中型可利用16河北宣化堰家沟风化Ca，Na大型已利用17山西省浑源县强风岭火山沉积Ca大型已利用18甘肃省金昌市红泉沉积Ca、Mg、Na中型已利用19山东省莱阳市白口风化Ca中型已利用20山东省维县涌泉庄火山－沉积蚀变Na、Ca大型已利用21山东省潍坊市于家庄沉积Ca中型可利用22陕西省祥县沉积Ca大型已利用23陕西省西乡县杨河坝沉积Ca中型可利用24河南省信阳刘家冲风化Ca中型已利用25河南罗山县杨家湾次生蚀变Ca中型已利用26江苏省县龙王山－穆店火山沉积中型可利用27江苏省句容县甲山火山－气液叠加Na、Ca大型可利用28湖北省江陵县八岭山合中型可利用29湖北省武昌县上熊Na、Ca、Al大型可利用30湖北省阳新县大垴铺火山沉积中型可利用31安徽省屯溪市新潭Na、Na－Ca、Ca大型可利用32安徽省休宁县大山火山