我國膨潤土顆粒分布的測定

我國膨潤土顆粒分布的測定

天然材料是自然界最常見的粘土資源之一。膨潤土的顆粒組成一方面是地質(zhì)成因的反映,體現(xiàn)了成礦母巖,成礦環(huán)境和成礦過程的綜合作用;另一方面它也與蒙脫石的含量、礦石的質(zhì)量密切相關(guān),例如質(zhì)純且細(xì)的白色膨潤土,幾乎看不到粗顆粒和雜質(zhì)。顆粒組成對(duì)膨潤土選礦的難易程度,對(duì)其膨脹性和膨潤土水體系的流變性等物化工藝性能具有重要影響。蒙脫石含量是評(píng)價(jià)膨潤土質(zhì)量的最重要的指標(biāo),《膨潤土礦地質(zhì)勘探規(guī)范》規(guī)定,蒙脫石的邊界品位≥40%、工業(yè)品位≥50%,礦床才具有工業(yè)價(jià)值。研究表明,膨潤土的蒙脫石含量與其物化工藝性能具有顯著的相關(guān)性,而對(duì)膨潤土物化工藝性能的評(píng)價(jià)可統(tǒng)一到蒙脫石含量指標(biāo)上。因此,對(duì)膨潤土的顆粒組成和蒙脫石含量進(jìn)行系統(tǒng)的比較研究很有意義。1實(shí)驗(yàn)部分1.1樣本來源選擇了我國各地具有代表性的礦床礦樣(表1)。原礦石采自礦體主礦脈,其中對(duì)礦石顏色差異明顯的樣品進(jìn)行了分別取樣。1.2標(biāo)準(zhǔn)篩的制備1.2.1儀器和試劑:木碾,橡皮板,錐形瓶,標(biāo)準(zhǔn)洗篩(粒徑2、1、0.5、0.25mm),濃氫氧化銨。1.2.2實(shí)驗(yàn)方法:移液管法。取代表性原礦樣約200g,用木碾在橡皮板上碾散,烘干,稱取該樣品10～20g置500mL錐形瓶中,加入200mL蒸餾水,浸泡過夜,再加濃氫氧化銨作分散劑,稍加搖晃后,加熱煮沸1h。將冷卻后的懸浮液充分搖晃,倒在0.1mm洗篩上,并用蒸餾水沖洗干凈。洗篩上的沙粒移入蒸發(fā)皿內(nèi),烘干后,過粒徑為2、1、0.5、0.25mm標(biāo)準(zhǔn)篩,稱量各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)篩上試樣質(zhì)量。粒徑小于0.1mm的懸浮液攪拌后記時(shí),按Stockes公式計(jì)算,分別吸出0.01、0.005、0.002mm三個(gè)粒級(jí)的懸浮液,蒸干、稱重,計(jì)算各粒級(jí)含量。1.3測定脫石含量吸藍(lán)色1.3.1主要試劑和材料亞甲基藍(lán)指示劑,焦磷酸鈉,中速定量試紙和材料。1.3.2焦磷酸鈉微綠焦?fàn)t煙氣冷卻稱取0.2000g試樣,置于已加入50mL水的錐形瓶中,搖動(dòng),使試樣在水中充分散開,再加入20mL1%焦磷酸鈉溶液,搖勻,然后在電熱板或火爐上加熱微沸5min,取下冷卻至室溫。最后用亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液(N=0.005mol/L)測定,玻璃棒沾一滴試液于濾紙上觀察是否出現(xiàn)暈環(huán)判定滴定終點(diǎn),記錄所耗亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)液的毫升數(shù)。1.3.3試樣質(zhì)量和吸藍(lán)量校正個(gè)數(shù)的確定吸藍(lán)量(B)=NV/G,M=B/K×100。其中:N為亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度;V為所耗亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積;G為試樣質(zhì)量;K=150,為吸藍(lán)量校正常數(shù);M為蒙脫石含量。2結(jié)果與討論2.1膨潤土粒級(jí)分布的主要區(qū)間膨潤土的主要組分蒙脫石顆粒細(xì)小,其粒徑屬<2μm粒級(jí)范圍,因此,膨潤土一般被認(rèn)為是顆粒細(xì)小的非金屬礦,表1是試驗(yàn)樣的粒度分布數(shù)據(jù)。由表中數(shù)據(jù)可看出,膨潤土顆粒較細(xì)小,除個(gè)別樣(法庫、余杭白)外,供試樣80%的顆粒<100μm。雖然各礦樣在粒度分布上存在一定程度的差異,但對(duì)其粒級(jí)分布進(jìn)行屬性統(tǒng)計(jì)(表2),比較其粒級(jí)分布的主要區(qū)間,21個(gè)樣品<2μm粒級(jí)的分布均值為31.31%,是各粒級(jí)中最多的;其次10～50μm粒級(jí)也是膨潤土顆粒的一個(gè)富集區(qū)間,其均值達(dá)到25.51%;而2～5、5～10、50～100μm三個(gè)區(qū)間顆粒的分布均值,也分別達(dá)10.26%、11.52%、10.02%。由累積百分?jǐn)?shù)可見,<100μm的顆粒累積百分?jǐn)?shù)達(dá)88.62%,而大于100μm的顆粒僅11.38%,這說明膨潤土原礦近90%的顆粒均在100μm以下的粒級(jí)內(nèi),是典型的細(xì)粒礦產(chǎn)。膨潤土中的粗粒礦物應(yīng)屬雜質(zhì)范疇,是傳統(tǒng)選礦去除的對(duì)象。由粒度分布的均值累積百分?jǐn)?shù)可見,產(chǎn)品的粒度一般要求過200目篩孔(近75μm)即達(dá)到工業(yè)要求,因此膨潤土只需經(jīng)簡單加工就可達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的目的。2.2膨潤土的蒙脫石來源表1中蒙脫石含量是用吸藍(lán)量法測得。不同礦床的膨潤土其蒙脫石含量存在一定程度的差異,但總體呈正態(tài)分布。大部分膨潤土其蒙脫石含量為50%左右,超過70%的只有縉云和淳化兩個(gè)礦樣。但總體而言,21個(gè)樣品的蒙脫石含量平均數(shù)為50.765%,表明蒙脫石是膨潤土的主要礦物組分。實(shí)際上,在自然界蒙脫石含量極高的優(yōu)質(zhì)礦床并不多見。2.3膨潤土中蒙脫石的相關(guān)分析蒙脫石硅氧四面體中Si能被Al置換,鋁氧八面體Al能被Fe、Mg等離子同晶置換,因置換離子半徑的差異,同晶置換的結(jié)果增加了單位晶層疊置的不規(guī)則,使得蒙脫石難以形成較大的晶體,因而蒙脫石的顆粒一般較小。粒級(jí)分布和蒙脫石含量都是膨潤土各礦樣本身所具有的特征,它們之間應(yīng)存在一定的相關(guān)關(guān)系。本文利用最小二乘法原理,用一元線性回歸分析方法得出的不同粒徑蒙脫石含量(M)與粒級(jí)百分?jǐn)?shù)(N)間的線性關(guān)系和對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù):對(duì)膨潤土中各粒級(jí)和蒙脫石的相關(guān)分析表明,蒙脫石與各粒級(jí)之間雖未顯示良好的相關(guān)性,但隨著大于50μm顆粒的增加,相關(guān)系數(shù)為負(fù),表明隨大顆粒的增多,蒙脫石含量反而降低。對(duì)粒級(jí)累積百分含量和蒙脫石相關(guān)性的分析表明,蒙脫石的含量只與<50μm的顆粒累積百分?jǐn)?shù)有較好的相關(guān)性,見圖1。而蒙脫石含量與其余粒級(jí)的相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平,說明蒙脫石大部分存在于<50μm的粒級(jí)中。這正是生產(chǎn)實(shí)踐中,膨潤土產(chǎn)品以通過200目(約75μm)作為質(zhì)量指標(biāo)的原因。2.4蒙脫石來源及成分分布各地膨潤土礦床類型分別為:高州、法庫、臨安、淳化、夏子街和安吉為火山沉積型;劉房子和紅泉為沉積型;黑山、九臺(tái)、余杭、信陽和凌源為火山巖型;縉云和溧陽為侵入巖型(孫紹千,1986)。由表3可看出,侵入巖型礦床蒙脫石含量最高,這和侵入巖型礦床成礦環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定,火山物質(zhì)相對(duì)純凈有利于高質(zhì)量蒙脫石形成的結(jié)論一致。從表3也可看出,膨潤土粒級(jí)分布和蒙脫石含量存在相當(dāng)程度的變異性。從<2μm的顆粒含量看,呈現(xiàn)沉積型>火山巖型>火山沉積型>侵入巖型的規(guī)律,表明沉積巖型礦床風(fēng)化程度較高、顆粒較細(xì)的特點(diǎn)。2.5聚類分析結(jié)果根據(jù)不同膨潤土礦樣顆粒組成的相似程度,用Statitic統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行聚類分析。該分析按照物以類聚的原理,對(duì)一批物體或變量,根據(jù)它們某一特征上的親疏遠(yuǎn)近的程度進(jìn)行分類分析。本文的分析采用連接聚類法,以顆粒組成為目標(biāo)特征,計(jì)算樣品間的歐氏距離,并按相互間歐氏距離的大小進(jìn)行歸類,可將樣品分為兩大類。第一大類:九臺(tái)青、凌源、夏子街青、夏子街紅;第二大類:共分為六個(gè)小類,第一類含余杭白、余杭青,第二類含信陽紅、法庫;第三類含紅泉、劉房子、臨安;第四類含信陽白、淳化紅、縉云、淳化白,第五類含九臺(tái)黃、安吉、溧陽,第六類含甲山、黑山、高州。以上基于顆粒組成的聚類分析顯示了較強(qiáng)的規(guī)律性,第一大類基本上為Na基土,第二大類基本上為Ca基土,這與Na基土顆粒較細(xì)、易分散在水中成單粒,而Ca基土顆粒較粗、在水中通常以粗大的復(fù)粒形式存在的規(guī)律相符合。聚類分析結(jié)果沒有表現(xiàn)出明顯的礦床類型間差異性,只有沉積型礦床顯示出與其他類型礦床明顯的差異,而其余各類均包含不同礦床類型的樣品。結(jié)合各膨潤土礦的蒙脫石含量,可把膨潤土礦分為以下幾類。第一類:包括九臺(tái)青、凌源、夏子街青、夏子街紅、紅泉和劉房子等地樣品,蒙脫石和<2μm的顆粒含量都接近50%或以上,通過干法選礦后再進(jìn)一步改性,可制備出高純鈉基土、有機(jī)土以及鈉米土等膨潤土的高檔產(chǎn)品,能很好地應(yīng)用于化工、日用化工、食品工業(yè)以及環(huán)保領(lǐng)域;第二類:包括黑山、九臺(tái)黃、信陽白、溧陽、縉云、高州、淳化紅和安吉等地樣品,這一類樣品蒙脫石含量在50%以上,但粒徑大,經(jīng)過篩選和加工,這類膨潤土可應(yīng)用于對(duì)粒度要求相對(duì)不高的冶金、鑄造、鉆井泥漿、煙草等行業(yè);第三類:包括余杭青、余杭白、信陽紅、法庫、臨安、淳化白和甲山等地樣品,這一類膨潤土的蒙脫石含量在50%以下,細(xì)粒(<2μm)含量低于20%,從本文研究的兩個(gè)性質(zhì)來說,此類膨潤土在加工應(yīng)用方面都存在著一定的困難,但可從這類膨潤土的其他性質(zhì)考慮,加以開發(fā)利用。3膨潤土的石化學(xué)膨潤土顆粒細(xì)小,<2μm的粒級(jí)是膨潤土的顆粒分布的主要區(qū)間,10～50μm粒級(jí)也是膨潤土顆粒的一個(gè)富集區(qū)間,是典型的細(xì)粒礦產(chǎn)。蒙脫石是膨潤土的主要礦物組分。大部分膨潤土