阜新哈尔套街膨润土矿特征及其性能研究

李艳兵，崔文龙，隋国舜，郝向麟，李 玮

（中材地质工程勘查研究院，北京 100102）

阜新哈尔套街膨润土矿特征及其性能研究

李艳兵，崔文龙，隋国舜，郝向麟，李 玮

（中材地质工程勘查研究院，北京 100102）

通过对哈尔套街钠基膨润土的矿物组成、差热分析、阳离子交换量及一系列物理性能的研究，表明该钠基膨润土具有优良的性能，可广泛应用于铸造、冶金球团、钻井泥浆和化工等行业。

钠基膨润土；物理性能；差热分析；X-射线衍射分析

1 概述

辽宁阜新大五家子镇哈尔套街膨润土矿位于阜新市西北40km处，隶属于阜新蒙古族自治县大五家子镇管辖。哈尔套街膨润土矿资源总量(332+333)5 008万t，其中钠基膨润土矿石量3 318万t、钙基膨润土矿石量1 690万t，属大型膨润土矿，特别是钠基膨润土的规模在我国尚不多见。

矿区内钠基膨润土蒙脱石平均含量58.35%，钙基膨润土蒙脱石平均含量66.40%，矿床品位较高。区内经钻探取样测试结果证实，平均深度在100m以下的矿体为钠基膨润土，100m以上为钙基膨润土。

为进一步了解矿石的物化性能，本次工作在井下100m深处，不同采矿区块分别采集了8件钠基膨润土样品，进行了一系列的物化性能测试，全面了解了哈尔套街膨润土矿钠基膨润土物化及工艺性能，在与相关标准及国内同类矿石对比后得出了客观的结论，为矿石的开发利用提供了依据。

2 基本性能特征

2.1 矿石矿物组成

通过岩矿鉴定和X-射线衍射分析，确定出哈尔套街膨润土矿钠基膨润土的矿物组成为：蒙脱石、方石英、石英、长石、方解石，矿物含量见表1。其中蒙脱石为主要矿物，含量为44.0%～64.9%，其次为方石英，含量为19.7%～34.1%。

表1 哈尔套街钠基膨润土矿物含量(%)

2.2 差热分析特征

为了确定粘土矿物类型及矿物中水的赋存形式，对上述8件膨润土样品进行的差热分析，详见图1。

由图1可知，所测样品主要矿物均为蒙脱石。

差热曲线第一吸热谷为蒙脱石在加热过程中逸出大量吸附水和层间水吸热所致，该谷为单谷，表明为钠质蒙脱石(钙质蒙脱石在主谷上还有一个温度为200℃的复谷)，吸热温度在114～134℃，吸热温度的不同与层间水含量、钙钠离子的含量有关。

第二吸热谷为蒙脱石在加热过程中脱出结构水吸热所致，吸热温度在705～724℃，吸热温度的不同与Fe、Mn、Al含量有关。

所测膨润土样差热曲线及吸热温度表明矿石均为钠基膨润土，且各样品矿物成分基本一致。

图1 蒙脱石的差热分析曲线

2.3 阳离子交换量

按膨润土可交换的阳离子种类分为两种类型。

对所采集的8件样品进行了阳离子交换性能的测试，结果见表2。可见8件样品均为钠基膨润土，具有良好的阳离子交换性能。

表2 阳离子交换性能测试结果

2.4 X-射线衍射特征

X-射线衍射主要用于确定蒙脱石的属性、含量及其他矿物成分。钙质蒙脱石与钠质蒙脱石的主要区别在于d(001)的大小，一般钠质蒙脱石的d(001)小于，而钙质蒙脱石的。本次研究对所采的8件样品在不做任何处理的情况下进行了X-射线衍射分析，图谱见图2，结果表明其矿物组成主要为蒙脱石和方石英，但d(001)在之间，疑为钙质蒙脱石，这与阳离子交换量和差热分析的测试结果不一致。为此，又将井工1#和井工3#样品在烘箱中60℃恒温4h，之后再对样品进行X-射线衍射分析，结果其d(001)分别为，表现为典型的钠质蒙脱石特征峰，图谱见图3。此种情况在以往的试验中比较少见，分析认为：这是由于样品采自100m深的地下，加之本矿膨润土的膨胀性，使其在天然状态下已经层间水饱和，这也从结构矿物学的角度证实了本矿膨润土有良好膨胀性。

图2 蒙脱石的X-射线衍射图

图3 样品加热后蒙脱石的X-射线衍射曲线

2.5 物性特征

对所采8件样品进行了物理性能测试，见表3。

参照国标(GB/T20973-2007)《膨润土》，铸造用膨润土及冶金球团用膨润土质量指标，对比可知，除井工7#、井工8#样品的值偏低外，其他样的测试值均达到了铸造用和冶金球团用膨润土质量指标中一级品的要求。井工7#和井工8#样品的测试值偏低，主要是由于其中蒙脱石矿物含量较低所致，但也基本达到了二级品或三级品的要求。

另外，由于样品具有较高的脱色力(化工用活性白土要求脱色力＞150)和塑性粘度(钻井泥浆用要求塑性粘度＞10mPa·s)，也可广泛应用于化工和钻井泥浆行业。

我国不同产地的铸造用膨润土的性能对比详见表4。由表4可见，哈尔套街膨润土矿钠基膨润土的性能(包括吸蓝量、膨胀指数、湿压强度等)优于国内大部分膨润土。

3 结论

(1) 通过岩矿鉴定和X-射线衍射分析，确定哈尔套街膨润土矿的矿物组成为：蒙脱石、方石英、石英、长石、方解石。其中蒙脱石为主要矿物，含量为44.0%～64.9%，其次为方石英，含量为19.7%～34.1%。

表3 钠质膨润土物理性能综合测试结果

表4 我国主要铸造用膨润土质量对比

(2) 通过差热分析、阳离子交换量和X-射线衍射分析，确定所测样品为钠基膨润土。

(3) 物性测试结果表明：哈尔套街膨润土的蒙脱石含量、膨胀指数、吸蓝量、湿压强度、干压强度等达到了铸造用和冶金球团用膨润土质量指标中一级品的要求，并且优于国内大部分产地的膨润土。此外，哈尔套街膨润土具有较高的脱色力和塑性粘度，可广泛应用于化工(活性白土)和钻井泥浆行业。

[1]杨雅秀,张乃娴.中国粘土矿物[M].北京:地质出版社,1994.

[2]张培元.中国工业矿物与岩石[M].北京:地质出版社,1990.

P619.255;P575

A

1007-9386(2012)01-0033-03

2011-12-19