搜索
1投资膨润土矿产资源开发利用的可行性研究报告一．膨润土矿的概况1．膨润土和膨润土矿：膨润土（Bentonite）是火山喷发后的火山灰的沉积物，受到凝灰岩的积累作用或者玻璃岩的热水作用而形成的一种天然无机粘土矿物，是亿万年前天然形成的，学名叫蒙脱石（Montmorillonite）。膨润土这一名称是美国地质学家W•C•Knight在1898年命名美国怀俄明州洛基山脉附近FortBenton出露的粘土岩（页岩）时提出来并开始采用的，是一种以蒙脱石类矿物为主要组成的岩石。世界上最著名的膨润土矿位于美国的南达科他州、怀俄明州以及加拿大和格鲁吉亚等国。是以蒙脱石为主的含水粘土矿。蒙脱石的化学成分为:（Al2,Mg3）Si4O10OH2•nH2O，由于它具有特殊的性质。如膨润性、粘结性、吸附性、催化性、触变性、悬浮性以及阳离子交换性。所以广泛用于各个工业领域。别名膨土岩；皂土；斑脱岩。膨润土矿是一种多种用途的矿产，其质量和应用领域主要取决于其中蒙脱石含量和属性类型及其晶体化学特性。因而，其开发利用必须因矿而异，因作用而异。如生产活性白土，钙基转钠基，供石油钻探用的钻井注浆，代替淀粉用于纺纱、印染的浆料，建材上用内外墙涂料,制备有机膨润土,用膨润土合成4A沸石、生产白炭黑等等。2．膨润土的化学成分和微观结构2膨润土的一般结构式为：Nax(H2O)4{(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2}膨润土是粒径小于10-9m的无机质。微观结构显示膨润土为层片状结构，每一层又由两层硅氧四面体和铝氧八面体组成。(Na,Ca)0.33(Al,Mg,Fe)2[(Si,Al)4O10](OH)2·nH2O(蒙脱石)；分析值：Al2O3：16.54%、FeO：0.26%、SiO2：50.95%、Fe2O3：1.36%、MgO：4.65%、CaO：2.26%、K2O：0.47%、H2O：23.29%。膨润土的晶体结构如图所示：3．膨润土组成：1898年美国地质学者Knighl在美国怀俄明州落基山河附近发现了一种绿黄色吸水膨胀的粘土物质，由于产地为:“FortBeton”，因而取名膨润土(Betonite)。膨润土也叫斑脱岩或膨土岩,膨润土的主要矿物成分是蒙脱石，含量在85-90%，膨润土的一些性质也都是由蒙脱石所决定的。蒙脱石可呈各种颜色如黄绿、黄白、灰、白色等等。可以成致密块状，也可为松散的土状，用手指搓磨时有滑感，小块体加水后体积胀大，在水中呈悬浮状，水少时呈糊状。蒙脱石有吸附性和阳离子交换性能，可用于除去食油的毒素、汽油和煤油的净化、废水处理；由于有很好的吸水膨胀性能以及分散和悬浮及造浆性，因此用于钻井泥浆、阻燃（悬浮灭火）；还可在造纸工业中做填料，可优化涂料的性能如附着力、遮盖力、耐水性、耐洗刷性等；由于有很好的粘结力，可代替淀粉用于纺织工业中的纱线上浆既节粮，又不起毛，桨后还不发出异味。分子式为：34．膨润土的分类一般将天然膨润土按化学成分分为钠基和钙基两大类。在膨润土微观结构的层片间存在大量可交换阳离子，当可交换阳离子为钠离子时即为天然钠基膨润土，相应存在天然钙基膨润土。目前我国已探明的膨润土90%以上都是天然钙基膨润土，天然钠基膨润土多埋藏较深，且多和其他矿物伴生，给开采利用带来不便。膨润土的层间阳离子种类决定膨润土的类型，层间阳离子为Na+时称钠基膨润土；层间阳离子为Ca2+时称钙基膨润土；层间阳离子为H+时称氢基膨润土(活性白土)；层间阳离子为有机阳离子时称有机膨润土。①氢基膨润土（活性白土）：活性白土是用粘土（主要是膨润土）为原料，经无机酸化处理，再经水漂洗、干燥制成的吸附剂，外观为乳白色粉末，无臭，无味，无毒，吸附性能很强，能吸附有色物质、有机物质。在空气中易吸潮，放置过久会降低吸附性能。但是，加热至300摄氏度以上便开始失去结晶水，是结构发生变化，影响褪色效果。活性白土不溶于水、有机溶剂和各种油类中，几乎完全溶于热烧碱和盐酸中，相对密度2．3～2．5，在水及油中膨润极小。②有机膨润土：有机膨润土是一种无机矿物/有机铵复合物，以膨润土为原料，利用膨润土中蒙脱石的层片状结构及其能在水或有机溶剂中溶胀分散成胶体级粘粒特性，通过离子交换技术插入有机覆盖剂而制成的。有机膨润土在各类有机溶剂、油类、液4体树脂中能形成凝胶，具有良好的增稠性、触变性、悬浮稳定性、高温稳定性、润滑性、成膜性，耐水性及化学稳定性，在涂料工业中有重要的应用价值。在油漆油墨、航空、冶金、化纤、石油等工业中也有广泛的应用。③抗盐膨润土：海水造浆、抗盐膨润土不受环境地理位置限制，可以就地取水，也不受天气条件制约，可以随时使用。抗盐膨润土解决了其他抗盐膨润土滤失量过大（140-160ml）弊端，其滤失量不大于14ml。它具有溶解速度快、水化能力强、造浆率高、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回旋阻力小、钻井率高等优点。尤其是在施工中遇到泥沙层和盐层时，其较强的抑制性可防坍塌，防止井径扩大，减少钻井过程中的起下钻遇阻、下钻不到底及卡钻等情况发生。5．膨润土的性质：膨润土是一种黏土岩、亦称蒙脱石黏土岩、常含少量伊利石、高岭石、埃洛石、绿泥石、沸石、石英、长石、方解石等；一般为白色、淡黄色，因含铁量变化又呈浅灰、浅绿、粉红、褐红、砖红、灰黑色等；具蜡状、土状或油脂光泽；膨润土有的松散如土，也有的致密坚硬。主要化学成分是二氧化硅、三氧化二铝和水，还含有铁、镁、钙、钠、钾等元素，Na2O和CaO含量对膨润土的物理化学性质和工艺技术性能影响颇大。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、淡黄等色。光泽暗淡。硬度1～2，密度2～3g/cm3。按蒙脱石可交换阳离子的种类、含量和层电荷大小，膨润土可分为钠5基膨润土(碱性土)、钙基膨润土(碱土性土)、天然漂白土(酸性土或酸性白土)，其中钙基膨润土又包括钙钠基和钙镁基等。膨润土具有强的吸湿性和膨胀性，可吸附8～15倍于自身体积的水量，体积膨胀可达数倍至30倍；在水介质中能分散成胶凝状和悬浮状，这种介质溶液具有一定的黏滞性、能变性和润滑性；有较强的阳离子交换能力；对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力，最大吸附量可达5倍于自身的重量；它与水、泥或细沙的掺和物具有可塑性和黏结性；具有表面活性的酸性漂白土能吸附有色离子。6．膨润土的应用范围：膨润土由于有良好的物理化学性能，素有“万能”粘土之称，可做粘结剂、悬浮剂、触变剂、稳定剂、净化脱色剂、充填料、饲料、催化剂等，广泛用于石油开采、定向穿越、钢铁铸造、冶金球团、化工涂料、复合肥、浆纱、橡胶、塑料、造纸、净化水、吸潮剂、农药等领域。目前，膨润土的主要作用在于：在钢铁工业中作冶金铸造的粘结剂，在化工中作脱色剂和添加剂，在地探中作优质泥浆，在纺织工业中代替淀粉浆纱，在陶瓷工业中作塑化剂，以及地下工程中作减阻剂和防水材料。由于钠基膨润土的理化性能和工艺性质优于钙基膨润土，因此钠基膨润土主要应用于建筑防水材料，而钙基膨润土目前主要应用于铸造业和石油钻探等方面。由于膨润土的粒径是纳米级的，而且应用广泛，所以膨润土又被称为天然纳米材料、万用粘土等。67．我国膨润土矿的概况：中国膨润土矿以其分布广、埋藏浅、易采掘及品种齐全为特点。除钙基膨润土外，相继发现了大型优质的钠基膨润土。钠基膨润土保有储量58633．4万t，占总储量的24％。此外还有钠基膨润土远景储量35158．6万t。除钙、钠基膨润土之外的铝、氢基等类型约占42％。据43个矿床统计，平均蒙脱石含量为63％，明显高干规范所要求的平均工业品位（大于或等于50％）。其中四川的膨润土矿4个矿床平均品位为88％。特大型矿床以广西宁明县宁明矿床最高，达62．67％，中型以广西田东县田东矿床最高，达72．5％。而新疆和布克赛尔蒙古自治县乌兰林格-日月雷矿为品位最低的特大型矿床，蒙脱石含量仅为48％。大型、中型矿床共计43个，占全部矿床数50％，而其保有储量则占绝大部分，表明矿床规模之大。与膨润土伴生的矿产以高岭石和伊利石最为普遍，有的矿床与凹凸棒石共生，如盱胎县雍山凹凸棒石粘土矿区。东北一些膨润土矿则与沸石共生，如黑龙江的勃利县团山及海林县的沸石-膨润土矿床，吉林省的九台市羊草沟和银矿山膨润土-沸石矿床等。华东一带有与残留母岩-珍珠岩伴生矿床，如江苏丹徒县垂山和安徽省宣州市水东的珍珠岩矿床。中国膨润土矿床多位于丘陵区，埋藏较浅，覆盖层厚度一般1～15m，适于露天开采，少数矿可用地下开采。矿石一般可选性能良好，部分矿山曾进行干法或湿法选矿试验。中国膨润土矿床可分为三大成因类型，即火山沉积型、风化残积型及热液型。不同膨润土成因、不同的杂质7种类含量，对蒙脱石的提纯方法也有所差异。蒙脱石的高纯化是蒙脱石产品深度开发的必然之路，是蒙脱石高附加产品高端开发的基础。因此，由膨润土衍生的各种高档产品，首先必须去掉杂质，提高蒙脱石含量。蒙脱石成分为(Na，Ca)0.33(Al，Mg)2[Si4O10](OH)2·nH2O，基本结构为由Si-O四面体层与AIO(OH)八面体层以2比1比例构成网架状结构，为双八面体和层纹状组合结构（图1）。如果让有机高分子和无机物在纳米尺度上进行复合，得到的材料既体现了无机材料的刚性、尺寸稳定性、耐热性，又显示了聚合物韧性、可加工性、耐化学药品性和良好的电性能。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。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。蒙脱石（(MxnH2O)(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2）的晶体结构属于单斜晶系C2/m空间群，a0»0.523nm，b0»0.906nm，c0值可变，当结构单位层之间无水时c0»0.960nm，如果结构单位层之8间有水分子存在，则c0值将随水分子的多少以及层间可交换的阳离子不同而不同，Z=2，为2:1型层状结构。在铝氧八面体层中，大约有1/3的Al3+离子被Mg2+离子取代，为了平衡多余的负电价，结构单位层之间有其它阳离子进入，如Na+、Ca2+等离子以水化阳离子的形式进入结构，但水化阳离子和硅氧四面体中O2-离子的作用力较弱，在一定的条件下这些水化阳离子容易被交换出来，因此，c轴可以膨胀以及阳离子交换容量大是蒙脱石的结构特征。二．我国膨润土的发展现状勘探研究表明，我国膨润土的储量世界第一位，种类齐全，分布广，遍布26个省市，产量和出口均居世界前列。据不完全统计，目前我国膨润土年产量已超过350万吨，而总储量占世界总量的60%。目前已累计探明储量50．87亿吨以上，保有储量大于75亿吨以上。现已探明的100多个膨润土矿产地主要集中分布于新疆、广西、内蒙以及东北三省，其中新疆和布克赛尔蒙古自治县境内的膨润土矿储量已突破23亿吨，是目前已探明储量的全国最大膨润土矿区。据新疆地矿部门证实，和布克赛尔蒙古自治县境内有7处膨润土矿床，其中有4处大型矿床(乌兰英格、日月雷、德仑山南和德仑山西南)。乌兰英格矿区膨润土矿地质储量为5．728亿吨，其中表内C—D级膨润土矿储量22948万吨，表外D级储量248万吨，占全国同级膨润土储量的13．74%。日月雷矿区膨润土矿地质储量8亿吨，德仑山南及德仑山西南膨9润土矿地质储量分别为2．1亿吨及O．8亿吨。专家估计，乌兰英格地区膨润土矿藏远景储量可望超过50亿吨。广西产地有宁明、田东、崇左、桂平、横县等处，蕴藏量最大的是宁明，达6．4亿吨，其次是田东，达4000万吨，总储量超过ll亿吨。内蒙古的宁城、兴和、霍林、固阳等地都有十分丰富的膨润土矿，储量最大是赤峰宁城，达1