膨润土

蒙脱石（膨润土）是典型的2:1型含结晶水的层状硅酸盐矿物，由二层共顶联接的硅氧四面体片夹一层共棱联接的铝（镁）氧（氢氧）八面体片，这一特殊的微细晶体结构决定蒙脱石（膨润土）具有高分散性、悬浮性、膨润性、粘结性、吸附性、阳离子交换性等许多优良特性，被誉为"千种用途矿物"。

但蒙脱石（膨润土）颜色一般因含铁量变化呈浅灰、浅绿、粉红、褐红、砖红、灰黑色等，浅色或白色的蒙脱石（膨润土）很少。

因此，白膨润土的用途更加广泛。

高白蒙脱石（膨润土）在涂料中的应用高白蒙脱石（膨润土）用于涂料的产品一般是无机凝胶、锂基膨润土、白膨润土。

1 蒙脱石无机凝胶在涂料中的应用
蒙脱石无机凝胶是天然硅铝镁酸盐增稠流变剂，是最有商业用途的无机高分子类增稠剂，白色，无毒，无刺激性，在水体系中具极大的成胶性能，稠度一般随着浓度的增加而迅速增大随后趋于平缓，流变形态为触变性。

除具增稠性能外，在体系中还有稳定乳液、悬浮作用。

其优点有：胶体性能好，分散于水体系中能水化膨胀形成"半透明-透明"的触变性凝胶(不受温度限制)；与酸、碱，盐的相容性好：水化后的凝胶中添加少量酸、碱、盐不会变稀或絮凝，胶体稳定性好，可在PH5-12范围内添加复配；高悬浮性：能使密度较高的矿物质、盐和有机物悬浮在水中；具有阳离子交换性能和吸附性能，能与脂肪胺和季胺盐等反应达到有机化，使胶体体系具备各所需要的各种物理性能，能吸附香精、色素、颜料或酶制剂；对水包油及油包水体系有较好的稳定性能，同时具有优良的展布性和成膜性；与有机阴离子胶体
有较好的相容和复配性，能起很大增稠作用；与醇类及高极性溶剂（甘油、山梨醇等）的相容性好；触变性好，高剪切低黏度，低剪切黏度高。

蒙脱石无机凝胶在涂料中应用具有明显的增稠、悬浮防沉作用和改善涂料的流平性。

蒙脱石无机凝胶可以预制凝胶，也可干粉直接加入；可以单独使用，也可和CMC、PVA、HEC等配合使用。

一般蒙脱石无机凝胶在乳胶漆、沙浆漆、真石漆、复色花纹、颜料浆、水性油墨等涂料配方中的加量为0.2%~1.5%。

目前，国内在涂料使用的蒙脱石无机凝胶多为国外的Laponite、Magnabrite和Veegum
系列产品。

2 锂基膨润土在高温涂料中的应用锂基膨润土是根据天然锂蒙脱石的结构性质改性合成的产品，其为层状含锂铝硅酸盐的白色固体粉状，既具有钠基膨润土浸水水化膨胀性能，又具有有机膨润土特性，在水和极性有机溶剂如乙醇、丙酮等中均能溶解成胶体或充分溶胀使涂料的粘度增强，或者形成立体网状结构，以支撑和阻止基料的下沉，从而提高涂料的悬浮稳定性能。

同时该结构可因遇到外界较高剪切力而受到破坏，失去或减小剪切力则恢复，使涂料具有极好的触变性。

适用于水基涂料、耐火基料涂料作增稠剂、悬浮稳定剂。

其特点：①使用范围广，可适用水基、醇基以及其它极性溶剂制作的涂料中，具有一定的湿态、干态粘结性；②涂料发气量低，触变性及涂挂性能好，涂料粘度稳定，不易沉淀，储存期长；③添加量少（根据涂料比重，一般用量1-2%，做醇基快干涂料时，其加量为耐火材料的2-4%）。

我国钙基膨润土改性工艺简述
张克勤1
何纶2
曾致翚1
李红梅1
孙雷1
（1. 北京石油勘探研究院；2. 四川石油管理局；）
摘要：我国从1981年开始注意钻井液配浆用土的考查，原石油部及地矿部均开展了专用于石油钻井用的膨润土研制工作，通过选矿、改性等工艺已基本满足我国石油钻井的需要，在改性工艺上虽然大同小异但也有某些独到之处，如原地矿部研究的人工钠化技术。

近年来我国土矿点又多有新的发展,本文简述了我国大多数膨润土厂的改造工艺。

一、 膨润土简介
（一） 概述
膨润土是以蒙脱石为主要成分的粘土矿物，最早在1847年由DAMOVY A.A 和SalkerTaTD 两人在法国MPNTMORILLON 城发现蒐集。

后来由LE CnaTeLierH 进行了研究，并用4SiO 2·Al 2O 3·H 2O 正式命名这种粘土矿物的组成为蒙脱石。

目前对膨润土的定义是：含有蒙脱石大于80%的一种纯净的优质粘土。

商业上又有“搬土” 、“斑脱岩”等名称。

蒙脱石是膨胀性2：1层状粘土，也是蒙脱石族粘土矿物的重要成员，它是膨润土的主要成分，也是某些页岩的活性成分。

因其重要性和埋藏普遍性而受到广泛研究。

蒙脱石的晶体结构可以由叶腊石和滑石的原型结构中引申出来，两者结构上的主要差别是：叶腊石中没有晶格取代（同形置换）现象。

而蒙脱石中的同形置换几乎全部发生在八面
体中，有少部分Al 3+被Mg 2+置换。

此外四面体片中也有极少数的Si 4+被Al 3+
置换。

这样低价正离子置换高价正离子，造成晶体出现正电荷亏损，换句话说叫负电荷过剩。

这种过剩的负电荷由吸附在晶层表面的阳离子来中和，这些阳离子太大（大于2.8Å），在晶体内部无法容纳，只好吸附在晶层表面上。

当蒙脱石分散在水中时，晶层表面吸附的阳离子可与溶液中存在的其他阳离子进行离子交换，因此把他们叫做“可交换阳离子”。

可交换阳离子的总量称为粘土的“阳离子交换容量”（C.E.C ），其值可用分析法测定，单位用每100g 干粘土的毫克当量数表示。

因为蒙脱石是膨胀性粘土，能产生层间膨胀，所以单位层表面的所有吸附的阳离子都能参加离子交换。

因此CEC 可以作为同形置换程度的量度，或者说蒙脱石的CEC 的大小，表示其因同形置换而带负电荷的多少。

显然，如果被吸附的阳离子不能全部参加离子交换如伊利石，则其CEC 就不能代表同形置换的程度，一般说来，粘土矿物的同形置换可用“单细胞电荷数”来量度。

CEC 约为90毫克当量/100g 干粘土的典型蒙脱石的化学式为
(Si 8 )(Al 3.38 M 0.67 )(OH)1V
V1
204
M 0.67
式中：M 代表单价交换性阳离子；右上角的1V 和V1分别为四面体和八面体的配位数，根据化学式，这种蒙脱石的单胞电荷数为0.67。

在形成蒙脱石颗粒的叠层中，交换性阳离子位于晶层的两边；这些阳离子的存在，使得
底面间距比叶腊石的底面间距略为增大，大约从9.13Å增加到9.6Å（干粘土），如果当补偿阳离子更大时，增加得还要大些。

叶腊石和蒙脱石之间在底面间距上的相差比补偿离子的直径小得多。

显然，这些阳离子部分陷入了四面体的空穴中。

根据晶体结构，蒙脱石单位晶层的上下两个表面都是氧层，所以形成叠层时，单位层之间不能形成氢键，仅靠范德华力联系在一起，而极性强的水分子却能与单位层表面的氧形成氢键，加上层间负电荷的排斥力，造成蒙脱石与水汽接触时，水分子容易侵入晶层间引起单位层之间距离增大，发生层间膨胀，其底面间距随粘土的类型和阳离子的种类不同而增大到12.5~20.0Å之间某一定值。

用不同水汽压力下的粘土片作X-射线图时，在水汽吸附等温线中看到有些粘土具有1、2、3、4层水的逐步水化现象，当蒙脱石层间吸附四层水分子时，层间膨胀至多不过使干粘土体积加倍。

事实上有许多蒙脱石粘土的膨胀程度大的多，那是由于渗透膨胀引起的。

蒙脱石层间吸水膨胀的能力，还与补偿离子的类型有关如钠蒙脱石的水化膨胀就比钙蒙脱石强。

蒙脱石粘土吸水膨胀后，晶层底面间距增大，晶层间的范德华力显著减小，晶片较易分散在水中，因而蒙脱石具有较强的水化分散型。

特别是钠蒙脱石，在水中有相当大的一部分可以分散到单位层的厚度。

表1给出了在水悬浮体中钠蒙脱石颗粒的尺寸。

表1 水悬浮体中钠蒙脱石颗粒的尺寸
级分号%（重）
相当球形粒
子半径μ
最大宽度厚度
Å
每个颗粒的
平均层数
光电双折射μ电子显微镜μ
1 27.3 ＞0.14 2.5 1.4 146 7.7
2 15.4 0.14-0.08 2.1 1.1 88 4.6
3 17.0 0.08-0.0
4 0.76 0.68 28 1.5
4 17.9 0.04-0.023 0.51 0.32 22 1.1
5 22.4 0.023-0.007 0.49 0.28 18 1
Kahn先用超离心机把钠蒙脱石分成五个级分。

再用不同方法分别测定各个级分中薄片的最大宽度和厚度及相当球形粒子半径等。

假定薄片聚集的氧间距为19Å，推算出各级分中单个颗粒的平均层数。

从上表可以看出：1）宽度和厚度都随相当球形粒子半径减小而减小；2）最细的三个级分中，颗粒的平均层数略超过1，它们占了钠蒙脱石样品总重的57%。

钠蒙脱石的比表面可达800m2/g。

综上所述，蒙脱石的主要特点：（1）较高的阳离子交换容量，一般交换量在70~130毫克当量/100g。

其中80%是源于晶格同形置换。

20%是由于晶层边缘的负电荷。

交换性阳离子组成以Ca2+、Mg2+、Na+、H+为多，随形成环境条件而异。

有时也有K+，这些交换性阳离子的成分对粘土性质影响较大。

（2）明显的吸水膨胀性。

（3）优良的水分散性。

已知蒙脱石是一种二八面体的层状铝硅酸盐矿物，其结构（见图1）。

图1 蒙脱石族矿物晶体构造示意图
（二） 成因
由于膨润土的形成条件多种多样，因而各国对其成因分类不统一。

最近美国Grim.R.E.和Guven. N.提出以下四种成因类型： a) 火山灰或凝灰岩基本上就地蚀变。

b) 火成岩普遍热液蚀变。

c) 火成物质岩浆后期蚀变。

d) 成因不明的类型。

另前苏联1974年提出的膨润土矿床的成因类型为： 1. 火山-沉积型：形成火山-沉积型膨润土的原始物质是火山灰，主要过程是海解作用。

如前苏联中亚的奥兰格林矿床，美国怀俄明矿床、中国新疆柯尔碱矿床。

2. 热液型：该类型膨润土矿床的形成与火山岩和火成母岩的火山后期热液作用有关。

矿床主要产于阿尔卑斯火山作用区域（阿尔卑斯-喜马拉雅造山带的火山作用及环太平洋造山带的火山作用区域），其特征是在空间和成因方面均与一定的上白垩纪及始新统火山作用阶段有着明显关系（其特征是，在空间和成因方面均与华西构造及华夏构造带的火山作用阶段后期有关）工业矿体形成于这些时期中较晚的阶段。

膨润土的形成与区域性深大断层的断裂破坏有关，深大断裂控制着巨大成矿带的位置、，局部断裂则控制矿田和各个矿床，膨润土矿体的组分变化无常，碱性和碱土性膨润土的分布没有任何规律。

例如：亚美尼亚的萨里纠赫矿产、意大利蓬察岛矿床等。

3. 残积型：该类矿床系由超基性、基性和少量中性的火成岩、变质岩、火成碎屑岩的风化作用而形成。

一般不形成工业矿体。

4. 沉积型：根据母岩物质成分分为二个亚类。

由喷出的火成岩和火山-沉积岩的风化壳经过冲洗形成的膨润土属于第一亚类。

可以形成具有工业价值的矿体。

陆台及毗邻区或分布甚广的陆源的和胶体沉积的膨润土属于第二亚类。

不适于铁精矿团矿。

据称上述各种成因类型中最富有前景的是火山-沉积型和热液型矿床。

它们能形成巨大的矿体，而且不需再进行加工即可用于球团矿生产。

钙基膨润土在各种成因类型中均可发现，而钠基膨润土主要存在于前二种类型之中。

（三） 类型
我们通常把膨润土分成怀俄明类型和切托型的两大类：
怀俄明型膨润土：八面体中镁离子置换铝离子的数量较少，因而含MgO 较低，晶层电荷较低，差热分析曲线中从最后一个吸热谷到下一个放热峰之间温度间隔小，一般只有60℃，曲线呈S 形，颗粒较细，水中易分散。

切托型膨润土：八面体中镁离子置换铝离子的数量较多，因而含MgO 较高，差热分析曲线中最后一个吸热谷到下一个放热峰之间温度相差很大，可达130~220℃，放热峰温度很高，一般在1000℃以上，颗粒较粗，在水中难分散。

（四） 属型
欧美与前苏联有不同的划分方法见下表2及表3。

1. 按阳离子交换容量的百分比划分见表2。

（欧美）
表2 膨润土矿床属型划分（按阳离子交换容量的百分比划分）
膨润土矿床属型
EC ENa
+
++++++22EMg ECa EK ENa 或++2ECa ENa
钠基
﹥50%
﹥1 ﹥1
钙基﹤50% ﹤1 ﹤1
2.按各种可交换阳离子占离子交换总量的百分比划分见表3。

（前苏联）
表3 膨润土矿床属型划分（按各种可交换阳离子占离子交换总量的百分比划分）
膨润土矿床属型各种可交换阳离子占离子交换总量的百分比钠基ENa+﹥50%EC
钠-钙基ENa+﹥30%EC，ECa2+﹤45%EC
钙-钠基ENa+﹥30%EC，ECa2+﹥45%EC
钙基ENa+﹥60%EC，EMg2+﹤25%EC
钙-镁基ENa+﹥45%EC，EMg2+﹥25%EC
镁-钙基ENa+﹥25%EC，EMg2+﹥45%EC 注：EC-阳离子交换总量大于80毫克当量/100g土。

（五）用途
膨润土具有吸水膨胀性、分散性、粘结性、悬浮性、触变性、盐基交换性、吸附性、耐火性、可塑性、滑润性等特性。

因此，在工业、农业、国防工业中，得到了广泛的应用。

天然蒙脱石可按所含的交换性阳离子的种类、相对含量等分为：钙蒙脱石、钠蒙脱石、镁蒙脱石、锂蒙脱石、氢蒙脱石等等。

其中以钠蒙脱石为主的粘土称之为钠基膨润土（又称碱性膨润土、膨胀性膨润土），以钙蒙脱石为主的粘土成为钙基膨润土（又称为碱土膨润土、非膨胀性膨润土）。

前者性能较好，用途广泛，经济价值很高，称之为贵重粘土。

因此得到重视。

下面将四种粘土矿物的一些性能进行比较，见表4。

表4 四种粘土矿物性能比较
矿物
蒙脱石
项目
高岭石伊利石
钙蒙脱石钠蒙脱石
干压强度（最大值） 2 3 4 1
湿压强度（最大值） 4 3 1 2
透气性（最大值） 4 3 1 2
对成型所需水分 4 3 1 2
烧结度（最大值） 1 4 2 3 耐久性 1 3 4 2
流动性 3 2 1 4
破坏性 3 2 1 4
韧性 2 3 4 1
在2500℃时的收缩 1 4 2 3 易混性 4 2 1 3 注：表内数字最佳为1，最差为4。

由表可以看出，膨润土特别是钠基膨润土的综合性能较好。

因此它的用途最广泛。

膨润
土的主要性能与用途见图2及表5。

图2 膨润土主要性能
表5 膨润土用途
使用部门漂白土（酸性
活化）
膨润土
（Ca2+、Mg2+膨润土）
钠膨润土
（活化的
或天然的）
有机膨润土
动植物油炼制工业动植物油、油脂的脱色和净化
石油工业石油、油脂、石蜡、石蜡油（煤油）的
精练、脱色和净化、石油裂化
润滑脂（油脂）的稠化剂
造纸工业复写纸的染色剂、颜料、填料
林业和水（土）保
护
作灭火器的粉末，消除水中油的粘结剂
食品（粮食）工业葡萄酒和汁液的澄清剂、啤酒的稳定化处理、糖化处
理、糖汁的净化
化学工业催化载体和催化剂，杀虫剂农药和杀菌剂的载体，橡
胶和塑料的填充剂，干燥剂和过滤剂、放射性废物的
吸附剂
水净化和污水处理作吸收剂和
絮凝剂
洗涤剂工业有机干燥洗
涤剂的再生抛光、修理和清洁（洗涤）剂，肥皂
和洗涤剂的添加剂
钻探工业盐水钻井泥浆作钻井泥浆的触变
（摇溶）乳浊液采矿工业做铁精矿球团的粘结剂
民用工业泥浆槽的悬浮液、土的稳定剂、打夯
的润滑剂、混凝土的增塑剂和添加剂陶瓷工业陶瓷原料的增塑剂，增加感强度，作
为一种熔剂
农业土壤改良，混合肥料的添加剂，动物
饲料
铸造工业作为一种专门
造型砂的粘合
剂作为合成造型砂和
型芯砂的粘合剂
作水化型砂
的粘合剂，表
面的稳定剂
制药工业作为医用药物的原料，作为一种药膏和美容（化妆）
的原料
染色、颜料和涂料
工业颜料、原浆涂料的触变和增稠（浓
化）
焦油（沥青）利用
工业制备焦油-水的乳
液
沥青表层的
稳定剂
二、我国的膨润土矿源
我国膨润土资源非常丰富，地质部门已探明的储量约为2.6亿吨，并发现有大型钠基膨润土矿床。

据目前资料，我国膨润土的地质储量仅次于美国、前苏联，居世界第三位。

在我国二种属型和四种成因类型的膨润土矿床均有发现。

如海相火山沉积成因的钠基膨润土矿床出现在我国西北的晚古生代和早中生代地层中。

热液的和内陆湖相火山沉积成因的膨润土矿床，主要出现在东北、东南沿海一带的侏罗纪、白垩纪和第三纪地层中。

此外，我国最近还发现了氢基膨润土矿床。

部分膨润土的资源情况、物理、化学性能见下表6、表7及表8。

表6 膨润土矿山资源情况表
资源情况黑山膨润土
矿
临安陶土矿仇山磁土矿九台膨润土矿
三台膨润土
矿
宣化膨润土矿
信阳膨润土
矿
囊阳膨润
土矿
酒泉粘土矿
渠县膨润土
矿
连城膨润土
矿
潍县膨润土
公司
托克逊膨润土
矿
矿区位置黑山县城东
三公里
临安县城西二公
里
余杭镇西北九公
里
九台县城东二
公里
富顺公社小
梁包
宣化县水泉公
社
县城东南五
里店
峪山公社
南一公里
嘉峪关古城
西四公里
华云山脉渠
江两岸
朋口等公社
潍坊市涌泉
庄
托克逊县柯尔
碱
建矿日期1956 1955 1954 1972 1970 1974 1971 1970 1973 1972 1979 矿床时代侏罗纪侏罗纪下白垩、上侏罗侏罗纪侏罗纪上侏罗第三纪白垩纪侏罗纪第三纪下白垩纪侏罗纪
矿床成团陆相火山-沉
积型
陆相火山-沉积
型
火山沉积-蚀变
型
火山-沉积型
河湖相沉积
型
沉积-风化型火山-沉积型
湖相沉积-
淋滤型
内陆湖泊-
沉积型
沉积-风化型河湖沉积型
海相火山-沉
积型
地质品位
（蒙脱石
质量%）
75 40~70 50~70 60~80 60~80 60 60~90 60~80 78 66~73 30~65 70~80 50~60可达90
矿体形状层状层状
层状
似层状
层状
扁豆状
透状
似层状
层状
层状
透镜状
脉状
囊状
似层状
层状
似层状
层状
透镜状
层状
矿体长、宽、厚度长2000米，
宽300米，厚
35米
6号矿体长2500
米，厚6-8米
二层矿，长1200
米，厚10.7~28
长200米，厚
10~30米
长600米，
厚2.41米
长300米，厚
5.27米
长1200米，
厚20~30米
长500米
厚25米
长2000米，
厚2~16米
长2000米，
厚1.5~2米
长400米，宽
14~20米
长400米，宽
1300米，厚
6~40米
共三层，上层
控制长500米，
厚10~15米
围岩凝灰岩、碎屑
岩、珍珠岩
沉积岩、页岩、
凝灰质粉砂岩、
沉积岩
凝灰岩、沸石泥岩、砂岩
流纹岩、沸石
化凝灰岩
凝灰质页岩、
流纹岩
含砂碎屑
白云岩
泥岩
流纹岩、伴生
沸石
矿床工业
类型
钙基钠基钙基钙基钙基钙基钙基钙基粘土（钙基）钙基钙基钙基钠基
矿石形状土状硬质块状半硬质块状土状土状块状块状土状土状块状块状土状块状块状上软下硬
土状块状
块状
勘探程度详查详找详找详查普查普查详找详查普查普查详查详查详找
勘探单位603队省地质
四大队
省非金属地质大
队、现杭州大队
503队
现杭州大队
建材非金属队
现省地三大队
省地211队
省非金属地
质四队
建材地质队
现省地三大队
省地10队
省地8队
12队
省地四大队省地四大队
省地一团三
中队
省地四大队新疆一大队
探明储量4000万吨5000万吨2000万吨200万吨30万吨500万吨2100万吨105万吨1600万吨210万吨210万吨4500万吨大型
362
表7 各矿膨润土主要化学成分
单位（产地）SiO2Al2O3Fe2O3TiO2MgO CaO K2O Na2O 烧灼黑山矿十里岗子73.06 16.17 1.63 0.16 2.72 2.01 0.41 0.39 4.81 黑山矿下湾子(深部) 71.39 14.41 1.71 1.52 1.20 0.44 1.98 5.25 临安矿平山70.94 15.26 1.38 0.05 2.26 1.65 1.51 2.00 4.57 临安矿兰巾65.14 18.56 3.01 0.52 2.09 2.84 0.88 1.58 4.66 仇山矿（钠质土）68.01 15.4 3.94 3 2.5 未测未测 5.9 仇山矿（钙质土）70.66 17.58 2.59 0.24 2.54 2.04 0.86 0.30 4.47 三台矿57.64 16.24 1.60 0.02 3.92 1.99 0.51 0.40 17.76 张家口化工厂61.14 20.11 3.10 0.62 3.31 2.42 1.63 2.11 5.19 宣化县化工厂68.18 13.03 1.24 0.25 5.07 3.89 0.44 0.78 6.78 信阳矿五里店72.02 15.76 1.44 0.21 3.27 2.19 0.38 0.22 5.91 酒泉矿大草滩62.50 18.61 5.37 1.86 1.35 2.38 1.25 6.31 囊阳矿厂50.14 16.17 6.84 0.88 6.24 4.73 1.84 0.19 11.56 渠县膨润土厂60.47 20.21 2.76 3.8 3.3 1.3 0.4 8.25 双阳矿五家子71.58 14.56 2.95 0.37 2.72 2.30 0.25 0.37 4.58 连城矿朋口65.92 20.72 1.70 0.31 2.66 0.14 1.14 0.32 6.7 法库矿74.86 15.00 1.23 0.28 2.18 2.23 0.30 0.43 4.86 潍县涌泉71.34 15.14 1.97 0.19 3.42 2.43 0.43 0.31 5.06
托克逊矿柯尔城60~65 14~20 2~3 MgO+CaO
3~4
K2O+Na2O
2~3
表8各矿膨润土的理化性能
单位（产地）湿压强度
(kg/cm2)
干压强度
(kg/cm2)
胶质价
（%）
膨胀
倍数
吸兰量
(g/100g
料)
pH
吸水率
2h 24h
黑山矿十里岗子0.39 4 95 9 39 酸性180 260 黑山矿下湾子（深部）0.4 5 100 12 27 碱性未测未测临安矿平山0.39 6 100 22 27.3 碱性160 360 临安矿兰巾0.35 4 100 10 31 碱性110 186 仇山矿（钠质土）0.81 未测100 11 38.3 碱性未测未测仇山矿（钙质土）0.35 4 51 10 31 酸性94 127 三台矿0.4 3.6 45~60 9 32 酸性133 160 张家七化工厂0.46 2.4 60 9 37 酸性132
宣化县化工厂0.35 2.6 100 9 30 碱性120 193 信阳矿五里店0.35 未测78 12 42 酸性134 191 酒泉矿大草滩0.45 5 95 6 21 碱性105 134 囊阳矿厂0.4 3.3 78 12 42 酸性104 143 渠县膨润土厂0.4 5 66~77 10 酸性
双阳矿五家子0.35 4 82 10 33 酸性122 169 连城矿朋口0.35 4 32 5 20 酸性94 127 法库矿0.5 4 75 12 37 酸性139 184 潍县涌泉0.38 4 60 8 36 酸性120 173 托克逊矿柯尔城100 10 30~45 碱性
三、石油钻进液用膨润土的开发及改性
我国在上世纪80年代开始注意到钻井液用泥浆的质量问题，原地矿部和石油部有关部门分别组织人力、物力对全国的膨润土矿点按石油钻井液用土的标准（即API标准）进行了改性研制。

至1995年前后全国各油田已基本都用上国产的膨润土粉，大大减少了过去因为使用劣质配浆所造成的缺点。

(一)原地矿部同志在钠化技术方面参考国外技术研制成功了一套钠化流水线，采用湿挤
压钠化工艺包括：阻流挤压钠化、短时高温干燥、风选粉碎等主要工艺流程，能在较短时间内完成钠化工艺，其生产方法：在天然钙基土中加入3~4%的苏打（碳酸钠），在适当的条件下进行反应，其反应式：
Ca+++Na2CO3 CaCO3↓+2Na+
通过这种活化处理，膨润土中的Na+含量显著增加。

膨胀倍数增加到15~20，粘结性、耐火性等都大大提高，基本达到甚至超过天然钠基土的性能。

该仪器装置生产的NV-1型钠基膨润土于1988年度的美国石油学会质量证书，其对钙膨润土钠化机理的示意图及钠化工艺流程图见附录10及11。

(二)原石油部同志在钠化技术上主要是在原土矿点的钠化技术上进行了改进，除了针对不同
矿点的土质在钠化工艺上进行了摸索（如挤压效果、温度控制、堆放时间等）改进外，主要还研究了辅料的优选如配比，其工艺流程图如下图3：
图3 钠土生产工艺流程
下仅举两例说明其钠化工艺及流程
实例一：新疆夏子街膨润土改性研制报告
1、任务来源
新疆夏子街膨润土有限责任公司膨润土样品4袋（每袋约500克），分别编号为1、2、3、
4、号。

要求进行改性试验研究，使其质量达到美国API级膨润土标准。

2、样品处理
鉴于膨润土原矿产地不同，层理不同，成分差别较大。

为了所测结果更具代表性，将四个样品烘干（105℃±2℃）混合，按四分法缩分为约300克进行改性性分析试验。

3、试验内容
1)理化性能分析
内容包括X-衍射分析，电镜分析，差热分析及粒度分析。

认为此四项分析在80年代进行普查时已做过此四项数据，可暂缓做此次试验，待委托方认为有必要时再进行此四项数据试验。

2)造浆率与加碱量对比试验
按API级膨润土方法配浆，分别在样品中加入不同数量的碳酸钠（Na2CO3），浓度为2-10%（土量的百分数）。

放置过夜老化后，再测其流变性及滤失量等数据。

见表9：
表9 夏子街土中加碱量与悬浮体性能表
土量
加减量 （%） AV （CP ） PV （CP ） YP (dyne/cm2) API W.L. （ml ）
备注
夏子街土浆6.24g /100ml 水 0 2.5 2.0 5.11 112.4
2 4.5 4.0 5.11 20.6
3 8.5 7.0 15.33 18.0
4 12.0 9.0 30.66 17.0
5 17.0 7.0 102.20 16.0 切力增加 7 20.5 9.5 112.42 15.4 切力增加
8 22.0 10.0 122.64 18.2 切力增加
10 23.5 9.0 148.19 20.6 切力增加 以上数据分析可看出，夏子街膨润土通过加入纯碱可以改善其性能，提高造浆率。

随着加碱量的增加，表观粘度有所增加，滤失量有所降低，至加碱量达4%左右时，达到最佳值。

若继续加碱量，滤失量也开始增加，说明悬浮体由于钠离子增高，压迫双电层，开始产生絮凝现象，所以滤失量开始增加，也就是说，加碱量不要超过4%为好。

3) 吸兰量试验
吸兰量试验见表10：
表10 吸兰量试验结果
土别 吸兰量（g/100g 土） 膨润土含量（%） 原夏子街土 20.10 45.68 加4% Na 2CO 3夏子街土 30.86 70.13
吸兰量实验室测定粘土中蒙脱石含量多少的一种粗略方法（比较准确的方法是进行X-衍射分析），从表中可看出，夏子街中的蒙脱石经改性后含量约达到70%左右，说明还是一种不错的蒙脱石矿源。

4) 交换盐基总量和交换性Ca 2+、Mg 2+
分析：按4%加碱量与原土矿的对比数据
表11交换盐基总量和交换Ca 2+
、Mg 2+
分析
土别
交换盐基总量（m ·e/100g 土） 交换性Ca 2+
总量（m ·e/100g 土） 交换性Mg 2+
总量（m ·e/100g 土） 交换性Na +
总量
（m ·e/100g 土）
原夏子街土 89.95 41.50 6.93 41.52 加4% Na 2CO 3
夏子街土 94.46 20.98 3.95 69.53
美国搬土 74.21 11.54 7.10 55.56 通过以上原始数据，可求出以下比值。

1） 交换性钠离子与交换性盐基总量的比值
a 、 原夏子街土：
%1.4695
.8952.45Na ==+∑∑c ﹤50% b 、 加4% Na 2CO 3改性夏子街土：
%6.7346
.9453.69Na ==+∑∑c ﹥50% c 、 美国搬土：。