我國(guó)坡縷石粘土資源分布與特征研究

余麗秀，孫亞光

【礦產(chǎn)資源】

我國(guó)坡縷石粘土資源分布與特征研究

余麗秀1，孫亞光2

（1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006；2.河南工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450052）

根據(jù)我國(guó)坡縷石粘土資源特征、分布狀況和開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，按蘇皖、西北、華中和其他零散分布區(qū)對(duì)資源分布、儲(chǔ)量及典型礦區(qū)資源特征進(jìn)行了論述；研究?jī)?nèi)容對(duì)我國(guó)坡縷石粘土資源的綜合開(kāi)發(fā)利用具有參考價(jià)值，有望拓寬坡縷石的研究應(yīng)用領(lǐng)域，創(chuàng)造更高的附加值。

坡縷石；粘土；資源分布；特征；中國(guó)

1 概述

坡縷石(Palygorskite)也被稱(chēng)作凹凸棒石(Attapulgite)，理論化學(xué)式為Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4· 4H2O，理論化學(xué)成分為：SiO256.96%、MgO 23.83%、H2O 19.21%，自然界中的坡縷石由于其結(jié)構(gòu)中的鎂常被鋁、鐵部分替代，故與理論化學(xué)式存在一定的差異。

田煦等[1]對(duì)沉積土狀和熱液纖維狀坡縷石的晶體化學(xué)、微細(xì)晶體結(jié)構(gòu)、物化性能等方面進(jìn)行了研究，認(rèn)為兩者間還是存在著一定的差異。盡管土狀坡縷石和纖維狀坡縷石中都廣泛存在Al、Fe對(duì)Mg的異價(jià)類(lèi)質(zhì)同象置換，且Fe為呈Fe3+形式進(jìn)行八面體配位，但于Mg2+-Al3+-Fe3+三組分構(gòu)成的相圖中，以Fe3+≈0.25～0.30為分界線，分為兩個(gè)群體，前者富鐵，后者低鐵、富鋁；在晶體結(jié)構(gòu)方面，前者結(jié)晶程度低，單個(gè)晶體橫斷面呈多種不規(guī)則的異形，晶體存在生長(zhǎng)缺陷和晶格缺陷發(fā)育，后者相對(duì)結(jié)晶程度高、晶形完整等，其結(jié)構(gòu)的差異決定性質(zhì)必然也有一定的差異。

坡縷石粘土是以含有坡縷石為特征礦物的粘土，蒙脫石、白云石、石英、方英石、方解石、石膏、伊利石、高嶺石、絹云母、長(zhǎng)石、滑石等同坡縷石伴生。由于我國(guó)坡縷石粘土發(fā)現(xiàn)晚，目前還沒(méi)有制定勘查規(guī)范，僅有2004年江蘇省國(guó)土資源廳函(2004-547)規(guī)定坡縷石含量≥20%的粘土稱(chēng)為坡縷石粘土。根據(jù)坡縷石粘土礦物組成，可大致將其分為4類(lèi)：坡縷石粘土(坡縷石≥60%)、坡縷石—蒙脫石混合粘土(坡縷石≥20%，蒙脫石20%～60%)、硅質(zhì)坡縷石粘土(坡縷石≥20%，石英類(lèi)礦物合量30%～60%)、白云石質(zhì)坡縷石粘土(坡縷石≥20%，白云石≥40%)。

2 我國(guó)坡縷石粘土資源分布與特征

我國(guó)坡縷石粘土資源雖然發(fā)現(xiàn)較晚，但分布范圍較廣、已探明儲(chǔ)量較豐富，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量也非常可觀。我國(guó)已發(fā)現(xiàn)的坡縷石粘土按資源分布區(qū)域可分為三大區(qū)域：蘇皖區(qū)(江蘇、安徽)、西北區(qū)(甘肅、青海、新疆、山西、內(nèi)蒙)、華中區(qū)(湖北、河南、河北)等，其他一些省份也有零散分布。

2.1 蘇皖區(qū)

蘇皖區(qū)是我國(guó)目前已探明坡縷石粘土儲(chǔ)量較集中、開(kāi)發(fā)利用較好的區(qū)域，以江蘇盱眙為代表，已成為當(dāng)?shù)靥厣Y源和經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)。

(1) 江蘇。

江蘇已發(fā)現(xiàn)的坡縷石粘土資源主要分布在蘇北的六合、盱眙、泗洪和蘇南的金壇、溧陽(yáng)等地區(qū)，其中，蘇北的盱眙地區(qū)坡縷石粘土資源探明量和產(chǎn)量均占全國(guó)第一位[2-4]。

六合坡縷石粘土是我國(guó)最早發(fā)現(xiàn)坡縷石粘土產(chǎn)地的地區(qū)，該礦床為伴生或共生膨潤(rùn)土類(lèi)型，資源主要分布在東平山—西平山—煉山—小(磨)盤(pán)山一線以北地區(qū)，主要礦床為小盤(pán)山、白土山、平山、騾子山礦區(qū)，均為中小型規(guī)模，資源量為3 340萬(wàn)t。

盱眙坡縷石資源是我國(guó)坡縷石資源勘查工作較為詳盡的地區(qū)，資源量達(dá)8.89億t，其中膠體級(jí)、吸附級(jí)、白云石—坡縷石級(jí)分別為7.09、1.55、0.24億t。詳細(xì)勘查的礦床(礦段)有10處，主要有龍王山礦區(qū)的龍王山—穆店山和滾子澗礦段、雍小山、高家洼—梁家洼、龍山—豬嘴山、豬嘴山東、豬嘴山西、白虎山、牛頭山東、龍頭山礦段，其中，龍王山—穆店山、高家洼—梁家洼、龍山—豬嘴山、龍頭山、雍小山為大型礦床。礦層最厚可達(dá)10m以上，沿水平方向延展，長(zhǎng)、寬分別可達(dá)數(shù)百米或上千米。礦石類(lèi)型有坡縷石粘土、蒙脫石坡縷石粘土、白云石坡縷石粘土、蛋白石坡縷石粘土。

(2) 安徽。

安徽已探明坡縷石粘土資源量在國(guó)內(nèi)處于第二位，主要集中在來(lái)安、天長(zhǎng)、明光、全椒等地區(qū)。

明光市官山礦資源量為0.22億t，蔡元峰等[5]對(duì)該地區(qū)兩種不同顏色的坡縷石粘土資源采用X-射線衍射、濕化學(xué)分析、電子探針、光電子能譜、紅外吸收譜分析，研究了其礦物組成、化學(xué)成分特征。

嘉山縣礦床[6]屬湖盆沉積類(lèi)型，礦床主要礦物有坡縷石、蒙脫石、白云石及硅質(zhì)礦物。

全椒馬場(chǎng)銅井山坡縷石粘土礦脈體寬窄不一，厚度一般＜2m。產(chǎn)出礦石形態(tài)有樹(shù)皮狀、纖維狀和致密塊狀等。樹(shù)皮狀坡縷石一般以單礦物集合體為主，而纖維狀和致密塊狀樣品則常與較多的方解石和蛋白石共生，分異完好的脈體其兩壁為梳狀方解石晶簇，內(nèi)為塊狀蛋白石，中心則為纖維狀坡縷石，表明坡縷石的生成晚于方解石和蛋白石，主要是在低溫?zé)嵋褐幸粤严冻涮罘绞叫纬?，晶體較完美[7]。

2.2 西北區(qū)

西北區(qū)中坡縷石資源主要分布在甘肅、青海、新疆、山西、內(nèi)蒙古等省區(qū)。

(1) 甘肅。

甘肅的坡縷石粘土由北向南、由西向東分布在臨澤、靖遠(yuǎn)、臨夏、會(huì)寧、靈臺(tái)和天水等較大范圍的區(qū)域[8-10]，據(jù)甘肅省地礦局資料，全省已探明坡縷石粘土礦儲(chǔ)量4億t，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量10億t。

甘肅坡縷石粘土類(lèi)型主要為含較多白云石的碳酸鹽型坡縷石。以臨澤坡縷石為例，臨澤坡縷石粘土礦為我國(guó)西北地區(qū)最早發(fā)現(xiàn)的較大型坡縷石粘土礦床，其坡縷石粘土巖和石膏密切共生形成一延伸穩(wěn)定的互層狀礦體，含礦層由上、下兩個(gè)礦組共6層礦組成，各礦層產(chǎn)狀基本一致；其中上礦組坡縷石粘土礦層坡縷石含量＜43.3%，平均21.4%；下礦組坡縷石含量15.6%～37.9%，平均23.6%。該礦床為層狀礦體，以紅色沉積建造為主，其地表較堅(jiān)硬的石膏層(多形成壟坎)和坡縷石粘土層結(jié)合形成特有的黃綠色、磚紅色，形成了該礦床明顯的找礦標(biāo)志[8]。

(2) 青海。

青海省坡縷石粘土資源分布也較廣，如西寧、循化等區(qū)域。青海省是典型的沙漠氣候，在pH值=8～9的偏堿性沙漠氣候環(huán)境下更有利于坡縷石的形成和穩(wěn)定，但當(dāng)環(huán)境年均降雨量超過(guò)300mm時(shí)，坡縷石又多受風(fēng)化作用影響分解而形成蒙脫石。以循化撒拉族自治縣積石鎮(zhèn)羊圈貢拜村坡縷石為代表，其成因?yàn)轱L(fēng)化沉積型，沉積物中粘土礦物主要有蒙脫石、伊利石、坡縷石和綠泥石等，坡縷石在沉積物中主要呈細(xì)棒狀和纖維狀兩種形態(tài)產(chǎn)出，明顯可見(jiàn)其交代蒙脫石邊緣及表面的現(xiàn)象，說(shuō)明該區(qū)的坡縷石為自生成因，即在沉積區(qū)形成[11]。

(3) 新疆。

新疆坡縷石粘土以塔里木盆地出現(xiàn)的坡縷石粘土為代表[12]，礦物組成為坡縷石+伊—蒙無(wú)序間層(少數(shù)樣品為蒙皂石)+伊利石+綠泥石礦物為主要組合，在圍巖環(huán)境有大量的硅、鎂組分，環(huán)境偏堿性；在沉積—成巖早期，在堿性介質(zhì)中有利于晶質(zhì)二氧化硅的溶蝕，形成非晶質(zhì)膠態(tài)二氧化硅，高孔隙度更有利于堿性元素和堿土元素混入沉積物，這些元素與二氧化硅發(fā)生反應(yīng)即首先形成蒙皂石；白云石的帶入使盆地水介質(zhì)堿度增加(pH值約為8.5)，環(huán)境中的二氧化硅含量又高，進(jìn)一步使白云石發(fā)生沉淀，而水介質(zhì)中鋁和鐵的含量保持不變，相應(yīng)增加了水介質(zhì)中硅、鎂的含量，當(dāng)溶液中硅、鎂含量足夠高而且pH值在8～9時(shí)，蒙皂石則轉(zhuǎn)變?yōu)槠驴|石，但這種蝕變形成的坡縷石晶體發(fā)育較差，纖維較短。

(4) 山西。

山西坡縷石粘土以天鎮(zhèn)縣資源為代表，粘土中含硅酸鹽礦物60%～97%，含碳酸鹽類(lèi)礦物3%～40%。礦石主要組成為石英、蒙脫石、坡縷石、高嶺石、方解石等，次要礦物有長(zhǎng)石、白云石、水云母等。此外，天鎮(zhèn)粘土pH值＞9，較蘇皖樣品堿性程度高，不僅能保持坡縷石的穩(wěn)定性，而且可繼續(xù)生長(zhǎng)，并有向海泡石轉(zhuǎn)化的可能[13]。

2.3 華中區(qū)

華中區(qū)坡縷石粘土資源主要分布于河南南陽(yáng)、湖北隨州、河北陽(yáng)源等地區(qū)。

(1) 河南。

河南坡縷石粘土以豫西南鎮(zhèn)平縣白云質(zhì)坡縷石礦床為代表，鉆探結(jié)果顯示60m未穿透礦層，對(duì)巖心樣品分析表明：上部有白云石，過(guò)渡為石英、坡縷石，下部以白云石、坡縷石、蒙脫石為主。該礦層出露面積30km2以上，遠(yuǎn)景資源量超過(guò)6億t，其中上部礦層(平均厚10～15m)資源量在2億t以上[14]。對(duì)河南鎮(zhèn)平白云質(zhì)坡縷石粘土開(kāi)發(fā)應(yīng)用性能的系統(tǒng)研究[15]顯示其適合作塑料、橡膠填料，具有較好的補(bǔ)強(qiáng)功能，尤其適合作PVC的填料。

(2) 湖北。

湖北坡縷石主要分布在隨州境內(nèi)，含坡縷石巖石主要為隱晶質(zhì)白云巖。伴生礦物主要為白云石、石英、褐鐵礦等，坡縷石含量約為5%～10%，產(chǎn)于隱晶白云巖的微裂隙或白云石顆粒間，根據(jù)成因環(huán)境，該礦區(qū)坡縷石為白云石風(fēng)化蝕變而成，坡縷石粘土礦類(lèi)型為典型的白云石質(zhì)坡縷石粘土[16]。

2.4 其他

其他地區(qū)坡縷石資源分布比較零散，包括四川、云南、山東、貴州等地區(qū)。

(1) 四川。

四川坡縷石粘土僅見(jiàn)珙縣洛表坡縷石礦區(qū)，該礦床厚度在186～441m。樣品外觀為白色，濕潤(rùn)后灰白色，其特點(diǎn)是富含鎂，Mg2+∶Al3+=3∶2，含水量高達(dá)23%，折光率偏低[17]。

(2) 云南。

云南坡縷石粘土產(chǎn)于滇東宣威縣境內(nèi)的拖克、田壩等礦點(diǎn)，分為纖維狀、土狀兩種類(lèi)型。與世界上的代表樣品相比較，宣威樣品在X-射線粉晶參數(shù)、化學(xué)成分、差熱曲線等方面有較大的相似性。其中，纖維狀坡縷石呈樹(shù)皮狀，并可撕成薄紙片狀，純度較高，其進(jìn)一步可分為坡縷石—方解石型(局部為冰洲石)、純坡縷石型[18]。

(3) 其他。

其他礦點(diǎn)還有山東青島[19]、貴州大方[20]等，各礦點(diǎn)資源也均有一定特色。

3 結(jié)語(yǔ)

坡縷石粘土是重要的稀缺性非金屬礦產(chǎn)資源，世界上只有美國(guó)、中國(guó)、塞內(nèi)加爾、澳大利亞等少數(shù)國(guó)家發(fā)現(xiàn)這一資源，我國(guó)已有十多個(gè)省區(qū)發(fā)現(xiàn)坡縷石粘土資源。

坡縷石粘土在建材、石油、冶金、農(nóng)牧業(yè)等領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)外已開(kāi)發(fā)出近200余種用途， 但我國(guó)初級(jí)加工產(chǎn)品和低附加值產(chǎn)品比例較高。針對(duì)存在的問(wèn)題，需要各地的坡縷石粘土生產(chǎn)和加工企業(yè)根據(jù)其礦產(chǎn)資源特點(diǎn)，優(yōu)選選礦及深加工工藝和設(shè)備，開(kāi)發(fā)研制出高檔的坡縷石產(chǎn)品，以開(kāi)拓新的市場(chǎng)，創(chuàng)造更高的附加值。

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Study on Resources Distributing and Characteristic of Palygorskiteon in China

YU Li-xiu1, SUN Ya-guang2
(1. Zhengzhou Institute for Multipurpose Utilization of Mineral Resources, CAGS, Zhengzhou 450006; 2. College of Material Science and Engineering, Henan University of Technology, Zhengzhou 450052, China)

According to China’s palygorskite resource characteristic, distribution and development status, the distribution and reserves of resources and the typical characteristics of mining resources are discussed according to Jiangsu and Anhui, northwest, central district area and other scattered. The research has reference value for China’s palygorskite resource development, it may broaden the research field of application of palygorskiteon, created higher added value.

palygorskite; clay; resource distribution; characteristics; china

P619.231

A

1007-9386(2014)06-0036-03

2014-08-01

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(12120113087300)。