膨润土应用矿物学的研究范畴

1、膨润土应用矿物学的研究范畴袁 慰 顺1应用矿物学是一门以最充份发掘矿产资源潜力为宗旨的实用型学科，它一贯被列为矿物学中最为活跃的一个分支。膨润土应用矿物学是伴随着膨润土应用领域的扩展而同步兴起和发展的。由于膨润土矿床成因的多样性，造成其矿物组合的多元化和主要组成矿物蒙脱石晶体结构的复杂性，因此不同成因的膨润土会产生出了多种独特的物理化学性能，如何运用和控制好这些物化性能，进而研发出优质的膨润土加工制品，就成为膨润土产业发展的关键。2本文拟结合我国膨润土开发利用中遇到的实际问题，从膨润土的矿物组合、加工技术与工艺、蒙脱石晶体结构等三个方面分别列出应重视的研究课题，愿与膨润土矿业的同仁们来共同探讨

2、。3一、正确处理膨润土中的共生矿物扬长避短处理好膨润土中的共生矿物，应是膨润土应用矿物学中的重要关注点。不同成因膨润土矿床，有其独特的矿物组合。4火山成因的膨润土矿床，其蒙脱石是由火山玻璃在碱性水介质中经水解脱玻作用转化而成。转化期所处的水介质环境，决定其共生的矿物组合，如火山玻璃在排水补水滞流状态下，且处于相对稳定的弱碱性环境中，则常出现蒙脱石沸石组合；若排水补水条件处于通畅，则沸石会减少，成为蒙脱石为主的矿石；若排水补水长期处于极为通畅的弱碱性的水介质环境中，水解作用强烈，则会出现蒙脱石高岭石组合。 5非晶质的火山玻璃通过水解脱玻向架状及层状结构矿物演化，实质上也是火山玻璃中硅析出和重组的

3、过程，由于火山玻璃其硅铝分子比高达10，转化成蒙脱石后，则硅铝分子比降至5，其间会析出大量胶态硅，赋存于水介质中。随着水体流动，胶态硅会随水带走。若是火山喷溢型的玻璃熔岩和陸相沉积的喷发型火山岩为母岩的膨润土矿，则大量析出的胶态硅会滞留原地，成方英石（结晶度低的SiO2。 6沉积成因的膨润土矿床，其蒙脱石是由湖盆周边蚀原区的物质冲聚于富镁的弱碱性水体中，当其分解出大量硅、铝溶胶，在镁的参与下，化学合成了蒙脱石，这类成因的膨润土，常呈现蒙脱石、伊利石、高岭石组合的矿石。7含煤建造中的膨润土矿床，其蒙脱石大多因成煤后，煤层所处水化学环境发生发异，从酸性介质向碱性转化，并有镁的参与下，煤层中高岭石处

4、于不稳定，而解体转化为蒙脱石。这类成因的蒙脱石常与其它粘土矿物伴生。8热液蚀变型膨润土矿床，其蒙脱石是一些富含长石的花岗类岩石（如钾长岩、钠长岩、二长岩等），当其受到岩浆期后，有一定压力的中低温碱性热液的强烈蚀变，促使长石直接向蒙脱石转化，这类成因的膨润土，其蒙脱石含量决定于原岩的长石多寡，而伴生的矿物也是原岩中原有的石英、云母、绿泥石等。9重点探讨的共生矿物1、方英石：我国大量陸相火山成因的膨润土矿床均会共生方英石。含方英石的膨润土不能作为制备高挡膨润土制品（如有机土、矿物凝胶、纳米蒙脱石）的原料。含方英石的膨润土却是制备造纸用助留助滤剂的好材料，近代废纸和脱墨纸浆大量应用。这类新型造纸用材

5、料、蒙脱石与方英发挥了协同功能：蒙脱石在提高絮聚体抵抗高剪切力方面发挥了作用，强化了纸料留着力；而化学性稳定的微晶SiO2方英石，有益纸页的均匀度和透气度，在助滤上发挥了作用。10含方英石的钙基膨润土，通过加碱（Na2CO3）成为人工钠化膨润土，广泛应用于对耐久性要求不高的钻井泥浆、铁矿球团和铸造型砂粘结剂，不适宜用作对耐久性要求甚高的防水土工材料（GCL。为此提高含方英石钙基膨润土人工钠化后的稳定性，已为膨润土从业者列为当今应攻克的重要课题。在制备油脂脱色吸附剂活性白土时，原矿中含有方英石在10%，一般均无大碍，若超过20%，则会影响脱水效率，影响酸化后活性白土的回收速率。112、沸石：火山

6、成因膨润中普遍存在架状结构的沸石类矿物，膨润土矿床中常见的为斜发沸石和丝光沸石，偶有方沸石和十字沸石。含沸石膨润土生产的活性白土，有较好的活性度，用于矿物油脱色，有较强的吸附碱性氮能力。在其它膨润土制品中，沸石不会起明显作用。在生产高挡制品生产过程中，亦易于用一般重力法将其除去。123、凹凸棒石：我国苏皖相邻地区，上新世玄武岩喷发间隙期时形成一群封闭的湖盆，湖盆中形成碱性水体先结晶出层状矿物蒙脱石，促使水体中Al3+浓度降低，当呈现出富硅、富镁、贫铝的水体时，则结晶出链层状矿物凹凸棒石。这种成因的矿床中，凹凸棒石就会与蒙脱石共生。欲分离蒙脱石和凹凸棒石难度极大，当地企业运用这种复式矿石，生产油

7、脂脱色吸附剂。 13也有人设想：将难以提纯的含蒙脱石凹凸棒石粘土，采用干法提纯的方法，在除去非粘土矿物的杂质后，将层状和链层状的粘土矿物全部留存下来，利用它们的共性，来研发复式有机粘土和复式纳米粘土。显然两类矿物不同的有机化方法，务需溶合在一道工序中进行，只有在充分照顾到两种矿物的特殊性时，才能制备出理想的产品。这应该是我们共同来关注的新课题。14二、加工技术和工艺的改善为了更充份合理地发挥膨润土的资源价值，针对生产中遇到的问题，拟从选矿提纯、改性改型、去除重金属和脱水干燥等四个方面，提出一些问题，供业者共同挥讨。151、选矿提纯：一般低档膨润土制品，大多用原矿经粉碎，细磨成粉体，即可供使用。

8、中、高档膨润土制品的生产线，大多将湿法提纯列为前道工序。筛选出专属性的絮凝剂，应是完善絮凝提纯法的一个课题。运用超高速离心机，促使方英石与蒙脱石分离，这个新课题值得探索。鉴于膨润土很多性能是依靠蒙脱石具有极大的比表面积和层间的负电荷来体现的，故通过剥片，使蒙脱石层面更充份的解离。在湿法提纯的同时进行蒙脱石剥片，将两道工序合二为一，因此设计出更妥善的选矿和剥片相结合加工新工艺，应是膨润土从业者的关注课题。162、改性改型1、）活性白土生产中的污水处理：膨润土经酸化，促进了层间域中产生更多的吸附空间，溶出了多面体部份核心阳离子，产生更多的端面电荷，增长了吸附功能。酸化膨润土后的废水处理，已是行业发

9、展中的一大障碍。用消石灰和石灰石粉来中和酸性废水，排放的为中性水，但它溶解了大量硫酸盐不能食用，排入农田影响植物生长。若增加工序回收废水中的盐类，留下无盐水再利用费用甚高，为此研究出投资少，效率高的厂内酸水处理系统，以求达到工业用水循环使用，实现企业废水零排放，已是当务之急的课题。172、）人工钠化膨润土的稳定性：我国95%的膨润土矿山，开采出来的矿石均为钙基膨润土。人们用添加钠盐和钠络合改型剂，但人工钠化土其稳定性满足不了防水类工程的要求。故提高人工钠化土的稳定性，已成为业内人士关注的重点。须从以下方面采取措施：根据膨润土的阳离子交换容量、C轴有序度的状况，筛选合适的钠化剂；对人工钠化置换出

10、来的Ca2+离子进行控制，例如采用“包复剂”和包复技术，使Ca2+离子丧失在介质中呈自由态的能力；要提供出一套评定膨润土稳定性的测试方法，以便对研制的人工钠化土有个公认的评价手段。183、）降低膨润土中的重金属元素含量：随着药用膨润土的问世和食品行业中采用膨润土制品的增加，对与食用有关的膨润土制品中的重金属元素的允许含量，食品安全部门会逐渐提出要求。而膨润土中常在成矿阶段混入一些重金属或有害元素，如Pb、Hg、Cd、As等。故去除药用膨润土中重金属元素和降低如活性白土等与食用有关膨润土制品的重金属含量，都应尽速列入议事日程。近期有人提议：将降低重金属和有毒元素的工作合并入选矿的工序中进行，我们

11、认为非常必要。194、）提高脱水干燥技术：当今中高挡膨润土制品生产线，其脱水干燥的工序使用场地面积大，且在生产成本中所占的比例也较高，通常是用能耗来换取水份的去除，加快脱水干燥时间，降低能耗是提高当今生产效益的主要关键。烘干工序关键是设备，在市场上虽有大量可供选择的机械，但大多由于能耗太高，难以在膨润土制品中施用。膨润土制品业者能与干燥行业通过一定渠道，联合进行研发。出一系列适合各种档次膨润土制品的低能耗干燥设备。20三、充份认识和利用蒙脱石晶体结构的特殊性能1、电荷特性：蒙脱石多面体的核心阳离子会被低价离子置换，主要是八面体中的Al3+被不定量的Mg2+、Fe2+置换，会产生0.2-0.6的

12、层间负电荷，被称为永久电荷。由于矿物成因（如结晶环境）和外力作用的影响，会在a、b轴方向出现断键现象，造成八面体中Al3和Mg2+等离子裸露在端面，在酸性介质中它们带正电荷，在碱性介质中带负电荷。这就是蒙脱石端面具可变电荷的原因。事实已证明蒙脱石的永久性层电荷，并非永久恒定的，如酸化后层间电荷会降低，而端面电荷会增加，这种现象正在为人们逐渐掌握，运用于产品质量改进和新产品开发。212、有序度：（1）C轴有序度：根据甘油饱和的膨润土定向薄片上测定蒙脱石（001）特征峰，将此峰高定为P，峰前谷定为V，用V/P值来度量C轴有序度。影响C轴有序度的因素主要是：蒙脱石单元结构层的叠置形式。层间阳离子占位

13、状态。它可以反映膨润土分散、粘度等特性。是涉及胶体性能的重要参数！22（2）B轴有序度：1986年我们提出：以（020）反射带峰形宽化程度来定量B轴有序度。精确测量（020）的峰高（H）值和2/3峰高处的峰宽度（W）值，并以H/W之比值定义为：蒙脱石晶体结构的B轴有序度。 当H/W值越大，B轴 B轴有序度 有序度越高，反之则 低。23A、B轴有序度不仅会影响蒙脱石的胶体性能，而且可作为选择活性白土原料和监控活性白土质量的简易方法。研究蒙脱石吸附性、催化活性、离子交换性能时，应重视B轴有序度的变化。膨润土经后期处理，常会使用蒙脱石有序度下降，用人工合成蒙皂石的水热合成技术，来增大蒙脱石片面的宽度，增大A、B轴有序度的设想。这种创意值得重视。今后必有更多的企业会运用有序度的测试结果，作为筛选合适原矿的依据。243、超结构观象：浙江大学中心实验室吕光烈教授和胡秀荣博士在2005年提出蒙脱石晶体结构中存在着超结构，“在正常蒙脱石（001）衍射线2角位置更低的角域出现衍射线，这种超结构的出现与蒙