吉林省磐石市堿場(chǎng)膨潤(rùn)土礦石質(zhì)量特征及加工技術(shù)性能

侯 麗，毛 薦，潘海斌

吉林省第一地質(zhì)調(diào)查所，吉林 長(zhǎng)春130033

磐石市堿場(chǎng)膨潤(rùn)土礦位于磐石市煙筒山鎮(zhèn)堿場(chǎng)村，礦區(qū)內(nèi)共有兩條膨潤(rùn)土礦體，賦存于白堊系下統(tǒng)營(yíng)城子組流紋巖頂部及安山巖底部的層間部位，礦體的埋藏較淺，開采方式為露天開采。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

本區(qū)位于吉黑褶皺系（Ⅱ）、吉林優(yōu)地槽褶皺帶（Ⅲ2）、吉林復(fù)向斜（Ⅲ22）、雙陽—磐石褶皺束（Ⅲ22－1）。礦區(qū)出露的地層有石炭系磨盤山組、白堊系營(yíng)城子組、泉頭組，第四系。膨潤(rùn)土礦賦存于白堊系下統(tǒng)營(yíng)城子組（K1y）的流紋巖與安山巖接觸部位（圖1）；主要構(gòu)造線為北東及北西向，主要表現(xiàn)為白堊系下統(tǒng)營(yíng)城子組呈緩傾斜的單斜構(gòu)造產(chǎn)出，傾向225°、傾角7°～11°；區(qū)內(nèi)燕山期火山活動(dòng)較集中，從分布特征看呈裂隙式—中心式—裂隙式噴溢特點(diǎn)。膨潤(rùn)土礦體處于 火山機(jī)構(gòu)中，斷裂構(gòu)造為熱液循環(huán)提供了良好的通道，有利于熱液蝕變礦化作用，加之后期風(fēng)化，地表水淋濾作用，使中酸性火山巖在先酸后堿的環(huán)境中發(fā)生膨潤(rùn)土化、脫?；⒎惺?、蒙脫石化。膨潤(rùn)土化蝕變分布在流紋巖頂部和安山巖底部的層間接觸界面部位，以流紋巖的膨潤(rùn)土化蝕變?yōu)橹鳌?/p>

2 礦體特征

Ⅰ號(hào)礦體在礦區(qū)中部，呈北西向條帶狀出露，長(zhǎng)約700 m，寬30～40 m。礦體層位穩(wěn)定，分布范圍較廣，為主礦體。礦體控制長(zhǎng)400 m（0～8線），沿斜深控制寬70～200 m。礦體厚7.8～24.1 m,均厚16.13 m。賦存標(biāo)高：236～299 m。準(zhǔn)采區(qū)內(nèi)Ⅰ號(hào)礦體各塊段蒙脫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)加權(quán)平均值為62.47%。

Ⅱ號(hào)礦體賦存于Ⅰ號(hào)礦體下部，呈扁豆?fàn)?，分布?～6 線，控制長(zhǎng)300 m，沿斜深控制寬50～200 m，厚2～8 m，最厚10 m，一般平均厚度為5 m。賦存標(biāo)高：223～288 m。準(zhǔn)采區(qū)內(nèi)Ⅱ號(hào)礦體各塊段蒙脫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)加權(quán)平均值為64.65%。

圖1 吉林省磐石市 堿場(chǎng)膨潤(rùn)土礦區(qū)地形地質(zhì)略圖Fig.1 Topographic and geologic sketch map of Jianchang bentonite mining area in Panshi City, Jilin Province

3 礦石質(zhì)量特征

膨潤(rùn)土礦是以蒙脫石為主礦物成分的粘土礦物。其余為流紋巖的球粒及脫?；恼渲閹r殘塊。少量石英、方英石和長(zhǎng)石等。灰白色、紫紅色、淺綠色，土狀，含水較高時(shí)為蠟狀。油脂光澤及土狀光澤。它具有極強(qiáng)的吸水性、陽離子交換能力、膨脹性、可塑性和結(jié)合能力。后迅速膨脹，細(xì)膩具滑感。評(píng)價(jià)膨潤(rùn)土礦床質(zhì)量的主要指標(biāo)為蒙脫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)（通過測(cè)試樣品吸藍(lán)量求得），膠質(zhì)價(jià)、膨脹倍、pH 值三項(xiàng)為參考指標(biāo)，Ⅰ、Ⅱ號(hào)礦體質(zhì)量情況見表1。

吸藍(lán)量（蒙脫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：是圈定礦體的主要指標(biāo)。蒙脫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)與礦體的厚度、形態(tài)、產(chǎn)狀無關(guān)。Ⅰ號(hào)礦體蒙脫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)：42.0%～94.6%。平均68.52%。

膠質(zhì)價(jià)：礦石中膠質(zhì)價(jià)與吸藍(lán)量相關(guān)密切，呈正相關(guān)。凡吸藍(lán)量大于75 mmol/100g，膠質(zhì)價(jià)都大于50%。Ⅰ號(hào)礦體膠質(zhì)價(jià)平均70.48%，最高達(dá)97%。表明礦石分散性能良好。

pH 值：平均5.8～6.5 ，波動(dòng)小， pH 值與礦石中其它物性無相關(guān)性。

膨脹倍：礦石的膨脹倍與礦石中蒙脫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體呈正相關(guān)，與可交換陽離子價(jià)位呈反相關(guān)，當(dāng)膨脹倍與蒙脫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈反相關(guān)時(shí)，說明膨潤(rùn)土中可交換高價(jià)陽離子占主導(dǎo)。

4 礦石的加工技術(shù)性能

自然界的膨潤(rùn)土絕大多數(shù)為鈣基 膨潤(rùn)土。鈣基土主要應(yīng)用于機(jī)械鑄造、冶金球團(tuán)等小型企業(yè)，鈣基膨潤(rùn)土較鈉基 膨潤(rùn)土性能差，產(chǎn)品逐漸被天然鈉基土及人工鈉基土所取代。堿場(chǎng)膨潤(rùn)土礦采用人工鈉化的方法將鈣基膨潤(rùn)土改型為鈉基 膨潤(rùn)土。

表1 堿廠膨潤(rùn)土礦體平均品位統(tǒng)計(jì)表Table 1 Average grade statistical table of Jianchang bentonite ore body

4.1 天然鈣基土生產(chǎn)流程

剝土→采礦→晾曬→運(yùn)輸入場(chǎng)→加工磨粉→裝袋→檢斤→縫口→碼垛→銷售。

產(chǎn)品粒度一般在180～200 目，加工生產(chǎn)機(jī)器為上海產(chǎn)XGM4121 型高壓磨粉機(jī)，土較干狀態(tài)下每小時(shí)可生產(chǎn)6 t 左右。

4.2 鈉基土(人工鈉化土)生產(chǎn)流程是采用擠壓鈉化法：

剝土→采礦→晾曬→運(yùn)輸入場(chǎng)→進(jìn)料倉→輸送帶→電子皮帶秤檢斤→進(jìn)入攪拌擠出機(jī)→堿罐噴頭將事先配比好的碳酸鈉（純堿）液體噴淋在鈣基膨潤(rùn)土上，濕土控制在26～30 個(gè)水左右，→經(jīng)強(qiáng)力攪拌擠出機(jī)擠出層狀、條狀→有傳送帶輸送進(jìn)入旋轉(zhuǎn)式烘干機(jī)烘干，粉磨成產(chǎn)品。烘干溫度控制在120～1 200℃，烘干時(shí)間在12～15 min →干土旋出由鏟車運(yùn)到干料庫沉化3～7 天。

改性效果最佳時(shí)可磨粉加工成325 目人工鈉化土。該成品土應(yīng)用于鋼鐵球團(tuán)、機(jī)械鑄造、鉆井泥漿等。用于機(jī)械鑄造型砂粉結(jié)劑加工試驗(yàn)：樣品采自Ⅰ號(hào)礦體，QZ802 孔組合樣品。

加工試驗(yàn)：由長(zhǎng)春金鼎鑄造檢測(cè)中心承做，采用CTB/T2684－1981 標(biāo)準(zhǔn)。鑄造用原砂及混合料試驗(yàn)方法。

測(cè)試結(jié)果：干壓強(qiáng)度0.513 MPa、濕壓強(qiáng)度0.05 MPa、熱濕拉壓強(qiáng)度0.011 MPa、透氣性210。通過試驗(yàn)該礦濕壓強(qiáng)度大于0.049 MPa、熱濕拉強(qiáng)度大于0.002 MPa。本礦用于鑄造是較佳的型砂粉結(jié)劑，可大幅度提高鑄造產(chǎn)品的質(zhì)量合格率。堿廠膨潤(rùn)土礦經(jīng)生產(chǎn)加工后一般可滿足上述用途要求。原礦回收率100%，成品化驗(yàn)結(jié)果如表2 。

表2 膨潤(rùn)土產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果Table 2 Test results of bentonite products

5 結(jié)論

堿場(chǎng)膨潤(rùn)土礦埋藏淺，適合露天開采。礦體局部質(zhì)量較好，根據(jù)測(cè)試結(jié)果并顯示鈉級(jí)土特征，勘查中單獨(dú)圈定，以求得更優(yōu)質(zhì)的膨潤(rùn)土礦。根據(jù)礦石質(zhì)量特征和加工技術(shù)性能看，優(yōu)質(zhì)的膨潤(rùn)土礦是一種低投入，且能得到較高的經(jīng)濟(jì)效益，越來越廣泛應(yīng)用于鑄造行業(yè)、鉆井泥漿、鐵礦球團(tuán)、干燥劑、建筑工程防水材料等行業(yè)。近年來隨著我國(guó)科技進(jìn)步國(guó)力的增強(qiáng)，在膨潤(rùn)土礦深加工利用方面取得了很大進(jìn)展。主要表現(xiàn)為有機(jī)土系列產(chǎn)品不斷問世，高附加值產(chǎn)品不斷被開發(fā)研制成功，例如SM 系列鎂鋁硅酸無機(jī)凝膠，即由膨潤(rùn)土中蒙脫石族礦物研制而成，它具有良好膠體分散性、穩(wěn)定性、觸變性和懸浮性等特種性能。

[1] 吉林省磐石市煙筒山鎮(zhèn)堿場(chǎng)膨潤(rùn)土礦補(bǔ)充詳查報(bào)告 [R].2008.