李艷兵，崔文龍，隋國(guó)舜，郝向麟，李 瑋

（中材地質(zhì)工程勘查研究院，北京 100102）

阜新哈爾套街膨潤(rùn)土礦特征及其性能研究

李艷兵，崔文龍，隋國(guó)舜，郝向麟，李 瑋

（中材地質(zhì)工程勘查研究院，北京 100102）

通過(guò)對(duì)哈爾套街鈉基膨潤(rùn)土的礦物組成、差熱分析、陽(yáng)離子交換量及一系列物理性能的研究，表明該鈉基膨潤(rùn)土具有優(yōu)良的性能，可廣泛應(yīng)用于鑄造、冶金球團(tuán)、鉆井泥漿和化工等行業(yè)。

鈉基膨潤(rùn)土；物理性能；差熱分析；X-射線衍射分析

1 概述

遼寧阜新大五家子鎮(zhèn)哈爾套街膨潤(rùn)土礦位于阜新市西北40km處，隸屬于阜新蒙古族自治縣大五家子鎮(zhèn)管轄。哈爾套街膨潤(rùn)土礦資源總量(332+333)5 008萬(wàn)t，其中鈉基膨潤(rùn)土礦石量3 318萬(wàn)t、鈣基膨潤(rùn)土礦石量1 690萬(wàn)t，屬大型膨潤(rùn)土礦，特別是鈉基膨潤(rùn)土的規(guī)模在我國(guó)尚不多見(jiàn)。

礦區(qū)內(nèi)鈉基膨潤(rùn)土蒙脫石平均含量58.35%，鈣基膨潤(rùn)土蒙脫石平均含量66.40%，礦床品位較高。區(qū)內(nèi)經(jīng)鉆探取樣測(cè)試結(jié)果證實(shí)，平均深度在100m以下的礦體為鈉基膨潤(rùn)土，100m以上為鈣基膨潤(rùn)土。

為進(jìn)一步了解礦石的物化性能，本次工作在井下100m深處，不同采礦區(qū)塊分別采集了8件鈉基膨潤(rùn)土樣品，進(jìn)行了一系列的物化性能測(cè)試，全面了解了哈爾套街膨潤(rùn)土礦鈉基膨潤(rùn)土物化及工藝性能，在與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)內(nèi)同類(lèi)礦石對(duì)比后得出了客觀的結(jié)論，為礦石的開(kāi)發(fā)利用提供了依據(jù)。

2 基本性能特征

2.1 礦石礦物組成

通過(guò)巖礦鑒定和X-射線衍射分析，確定出哈爾套街膨潤(rùn)土礦鈉基膨潤(rùn)土的礦物組成為：蒙脫石、方石英、石英、長(zhǎng)石、方解石，礦物含量見(jiàn)表1。其中蒙脫石為主要礦物，含量為44.0%～64.9%，其次為方石英，含量為19.7%～34.1%。

表1 哈爾套街鈉基膨潤(rùn)土礦物含量(%)

2.2 差熱分析特征

為了確定粘土礦物類(lèi)型及礦物中水的賦存形式，對(duì)上述8件膨潤(rùn)土樣品進(jìn)行的差熱分析，詳見(jiàn)圖1。

由圖1可知，所測(cè)樣品主要礦物均為蒙脫石。

差熱曲線第一吸熱谷為蒙脫石在加熱過(guò)程中逸出大量吸附水和層間水吸熱所致，該谷為單谷，表明為鈉質(zhì)蒙脫石(鈣質(zhì)蒙脫石在主谷上還有一個(gè)溫度為200℃的復(fù)谷)，吸熱溫度在114～134℃，吸熱溫度的不同與層間水含量、鈣鈉離子的含量有關(guān)。

第二吸熱谷為蒙脫石在加熱過(guò)程中脫出結(jié)構(gòu)水吸熱所致，吸熱溫度在705～724℃，吸熱溫度的不同與Fe、Mn、Al含量有關(guān)。

所測(cè)膨潤(rùn)土樣差熱曲線及吸熱溫度表明礦石均為鈉基膨潤(rùn)土，且各樣品礦物成分基本一致。

圖1 蒙脫石的差熱分析曲線

2.3 陽(yáng)離子交換量

按膨潤(rùn)土可交換的陽(yáng)離子種類(lèi)分為兩種類(lèi)型。

對(duì)所采集的8件樣品進(jìn)行了陽(yáng)離子交換性能的測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2?？梢?jiàn)8件樣品均為鈉基膨潤(rùn)土，具有良好的陽(yáng)離子交換性能。

表2 陽(yáng)離子交換性能測(cè)試結(jié)果

2.4 X-射線衍射特征

X-射線衍射主要用于確定蒙脫石的屬性、含量及其他礦物成分。鈣質(zhì)蒙脫石與鈉質(zhì)蒙脫石的主要區(qū)別在于d(001)的大小，一般鈉質(zhì)蒙脫石的d(001)小于，而鈣質(zhì)蒙脫石的。本次研究對(duì)所采的8件樣品在不做任何處理的情況下進(jìn)行了X-射線衍射分析，圖譜見(jiàn)圖2，結(jié)果表明其礦物組成主要為蒙脫石和方石英，但d(001)在之間，疑為鈣質(zhì)蒙脫石，這與陽(yáng)離子交換量和差熱分析的測(cè)試結(jié)果不一致。為此，又將井工1#和井工3#樣品在烘箱中60℃恒溫4h，之后再對(duì)樣品進(jìn)行X-射線衍射分析，結(jié)果其d(001)分別為，表現(xiàn)為典型的鈉質(zhì)蒙脫石特征峰，圖譜見(jiàn)圖3。此種情況在以往的試驗(yàn)中比較少見(jiàn)，分析認(rèn)為：這是由于樣品采自100m深的地下，加之本礦膨潤(rùn)土的膨脹性，使其在天然狀態(tài)下已經(jīng)層間水飽和，這也從結(jié)構(gòu)礦物學(xué)的角度證實(shí)了本礦膨潤(rùn)土有良好膨脹性。

圖2 蒙脫石的X-射線衍射圖

圖3 樣品加熱后蒙脫石的X-射線衍射曲線

2.5 物性特征

對(duì)所采8件樣品進(jìn)行了物理性能測(cè)試，見(jiàn)表3。

參照國(guó)標(biāo)(GB/T20973-2007)《膨潤(rùn)土》，鑄造用膨潤(rùn)土及冶金球團(tuán)用膨潤(rùn)土質(zhì)量指標(biāo)，對(duì)比可知，除井工7#、井工8#樣品的值偏低外，其他樣的測(cè)試值均達(dá)到了鑄造用和冶金球團(tuán)用膨潤(rùn)土質(zhì)量指標(biāo)中一級(jí)品的要求。井工7#和井工8#樣品的測(cè)試值偏低，主要是由于其中蒙脫石礦物含量較低所致，但也基本達(dá)到了二級(jí)品或三級(jí)品的要求。

另外，由于樣品具有較高的脫色力(化工用活性白土要求脫色力＞150)和塑性粘度(鉆井泥漿用要求塑性粘度＞10mPa·s)，也可廣泛應(yīng)用于化工和鉆井泥漿行業(yè)。

我國(guó)不同產(chǎn)地的鑄造用膨潤(rùn)土的性能對(duì)比詳見(jiàn)表4。由表4可見(jiàn)，哈爾套街膨潤(rùn)土礦鈉基膨潤(rùn)土的性能(包括吸藍(lán)量、膨脹指數(shù)、濕壓強(qiáng)度等)優(yōu)于國(guó)內(nèi)大部分膨潤(rùn)土。

3 結(jié)論

(1) 通過(guò)巖礦鑒定和X-射線衍射分析，確定哈爾套街膨潤(rùn)土礦的礦物組成為：蒙脫石、方石英、石英、長(zhǎng)石、方解石。其中蒙脫石為主要礦物，含量為44.0%～64.9%，其次為方石英，含量為19.7%～34.1%。

表3 鈉質(zhì)膨潤(rùn)土物理性能綜合測(cè)試結(jié)果

表4 我國(guó)主要鑄造用膨潤(rùn)土質(zhì)量對(duì)比

(2) 通過(guò)差熱分析、陽(yáng)離子交換量和X-射線衍射分析，確定所測(cè)樣品為鈉基膨潤(rùn)土。

(3) 物性測(cè)試結(jié)果表明：哈爾套街膨潤(rùn)土的蒙脫石含量、膨脹指數(shù)、吸藍(lán)量、濕壓強(qiáng)度、干壓強(qiáng)度等達(dá)到了鑄造用和冶金球團(tuán)用膨潤(rùn)土質(zhì)量指標(biāo)中一級(jí)品的要求，并且優(yōu)于國(guó)內(nèi)大部分產(chǎn)地的膨潤(rùn)土。此外，哈爾套街膨潤(rùn)土具有較高的脫色力和塑性粘度，可廣泛應(yīng)用于化工(活性白土)和鉆井泥漿行業(yè)。

[1]楊雅秀,張乃嫻.中國(guó)粘土礦物[M].北京:地質(zhì)出版社,1994.

[2]張培元.中國(guó)工業(yè)礦物與巖石[M].北京:地質(zhì)出版社,1990.

P619.255;P575

A

1007-9386(2012)01-0033-03

2011-12-19