吉林省磐石市堿場膨潤土礦石質量特征及加工技術性能

侯 麗，毛 薦，潘海斌

吉林省第一地質調查所，吉林 長春130033

磐石市堿場膨潤土礦位于磐石市煙筒山鎮堿場村，礦區內共有兩條膨潤土礦體，賦存于白堊系下統營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 礦區地質概況

本區位于吉黑褶皺系（Ⅱ）、吉林優地槽褶皺帶（Ⅲ2）、吉林復向斜（Ⅲ22）、雙陽—磐石褶皺束（Ⅲ22－1）。礦區出露的地層有石炭系磨盤山組、白堊系營城子組、泉頭組，第四系。膨潤土礦賦存于白堊系下統營城子組（K1y）的流紋巖與安山巖接觸部位（圖1）；主要構造線為北東及北西向，主要表現為白堊系下統營城子組呈緩傾斜的單斜構造產出，傾向225°、傾角7°～11°；區內燕山期火山活動較集中，從分布特征看呈裂隙式—中心式—裂隙式噴溢特點。膨潤土礦體處于 火山機構中，斷裂構造為熱液循環提供了良好的通道，有利于熱液蝕變礦化作用，加之后期風化，地表水淋濾作用，使中酸性火山巖在先酸后堿的環境中發生膨潤土化、脫玻化、沸石化、蒙脫石化。膨潤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，以流紋巖的膨潤土化蝕變為主。

2 礦體特征

Ⅰ號礦體在礦區中部，呈北西向條帶狀出露，長約700 m，寬30～40 m。礦體層位穩定，分布范圍較廣，為主礦體。礦體控制長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。賦存標高：236～299 m。準采區內Ⅰ號礦體各塊段蒙脫石質量分數加權平均值為62.47%。

Ⅱ號礦體賦存于Ⅰ號礦體下部，呈扁豆狀，分布于0～6 線，控制長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。賦存標高：223～288 m。準采區內Ⅱ號礦體各塊段蒙脫石質量分數加權平均值為64.65%。

圖1 吉林省磐石市 堿場膨潤土礦區地形地質略圖Fig.1 Topographic and geologic sketch map of Jianchang bentonite mining area in Panshi City, Jilin Province

3 礦石質量特征

膨潤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玻化的珍珠巖殘塊。少量石英、方英石和長石等。灰白色、紫紅色、淺綠色，土狀，含水較高時為蠟狀。油脂光澤及土狀光澤。它具有極強的吸水性、陽離子交換能力、膨脹性、可塑性和結合能力。后迅速膨脹，細膩具滑感。評價膨潤土礦床質量的主要指標為蒙脫石質量分數（通過測試樣品吸藍量求得），膠質價、膨脹倍、pH 值三項為參考指標，Ⅰ、Ⅱ號礦體質量情況見表1。

吸藍量（蒙脫石質量分數）：是圈定礦體的主要指標。蒙脫石質量分數與礦體的厚度、形態、產狀無關。Ⅰ號礦體蒙脫石質量分數：42.0%～94.6%。平均68.52%。

膠質價：礦石中膠質價與吸藍量相關密切，呈正相關。凡吸藍量大于75 mmol/100g，膠質價都大于50%。Ⅰ號礦體膠質價平均70.48%，最高達97%。表明礦石分散性能良好。

pH 值：平均5.8～6.5 ，波動小， pH 值與礦石中其它物性無相關性。

膨脹倍：礦石的膨脹倍與礦石中蒙脫石質量分數總體呈正相關，與可交換陽離子價位呈反相關，當膨脹倍與蒙脫石質量分數呈反相關時，說明膨潤土中可交換高價陽離子占主導。

4 礦石的加工技術性能

自然界的膨潤土絕大多數為鈣基 膨潤土。鈣基土主要應用于機械鑄造、冶金球團等小型企業，鈣基膨潤土較鈉基 膨潤土性能差，產品逐漸被天然鈉基土及人工鈉基土所取代。堿場膨潤土礦采用人工鈉化的方法將鈣基膨潤土改型為鈉基 膨潤土。

表1 堿廠膨潤土礦體平均品位統計表Table 1 Average grade statistical table of Jianchang bentonite ore body

4.1 天然鈣基土生產流程

剝土→采礦→晾曬→運輸入場→加工磨粉→裝袋→檢斤→縫口→碼垛→銷售。

產品粒度一般在180～200 目，加工生產機器為上海產XGM4121 型高壓磨粉機，土較干狀態下每小時可生產6 t 左右。

4.2 鈉基土(人工鈉化土)生產流程是采用擠壓鈉化法：

剝土→采礦→晾曬→運輸入場→進料倉→輸送帶→電子皮帶秤檢斤→進入攪拌擠出機→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土上，濕土控制在26～30 個水左右，→經強力攪拌擠出機擠出層狀、條狀→有傳送帶輸送進入旋轉式烘干機烘干，粉磨成產品。烘干溫度控制在120～1 200℃，烘干時間在12～15 min →干土旋出由鏟車運到干料庫沉化3～7 天。

改性效果最佳時可磨粉加工成325 目人工鈉化土。該成品土應用于鋼鐵球團、機械鑄造、鉆井泥漿等。用于機械鑄造型砂粉結劑加工試驗：樣品采自Ⅰ號礦體，QZ802 孔組合樣品。

加工試驗：由長春金鼎鑄造檢測中心承做，采用CTB/T2684－1981 標準。鑄造用原砂及混合料試驗方法。

測試結果：干壓強度0.513 MPa、濕壓強度0.05 MPa、熱濕拉壓強度0.011 MPa、透氣性210。通過試驗該礦濕壓強度大于0.049 MPa、熱濕拉強度大于0.002 MPa。本礦用于鑄造是較佳的型砂粉結劑，可大幅度提高鑄造產品的質量合格率。堿廠膨潤土礦經生產加工后一般可滿足上述用途要求。原礦回收率100%，成品化驗結果如表2 。

表2 膨潤土產品測試結果Table 2 Test results of bentonite products

5 結論

堿場膨潤土礦埋藏淺，適合露天開采。礦體局部質量較好，根據測試結果并顯示鈉級土特征，勘查中單獨圈定，以求得更優質的膨潤土礦。根據礦石質量特征和加工技術性能看，優質的膨潤土礦是一種低投入，且能得到較高的經濟效益，越來越廣泛應用于鑄造行業、鉆井泥漿、鐵礦球團、干燥劑、建筑工程防水材料等行業。近年來隨著我國科技進步國力的增強，在膨潤土礦深加工利用方面取得了很大進展。主要表現為有機土系列產品不斷問世，高附加值產品不斷被開發研制成功，例如SM 系列鎂鋁硅酸無機凝膠，即由膨潤土中蒙脫石族礦物研制而成，它具有良好膠體分散性、穩定性、觸變性和懸浮性等特種性能。

[1] 吉林省磐石市煙筒山鎮堿場膨潤土礦補充詳查報告 [R].2008.