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膨润土

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( Bentonite )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)S i4O10(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：M u+V+Z(Al x Fe y3+Mg z)2.00(Si4-(u+v)Fe v3+、Al u)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：SiO2 48%~56%，Al2O3 11%~22%，Fe2O3 0%~5%，MgO 4%~9%，CaO 0.8%~3.5%，H2O 12%~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。

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

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(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

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(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分级标准

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(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用膨润土

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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。