和布克賽爾縣烏蘭林格膨潤(rùn)土礦地質(zhì)特征及加工技術(shù)性能

2016-08-31 08:31:29郭志云中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心新疆總隊(duì)烏魯木齊830002

新疆有色金屬 2016年4期

郭志云（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心新疆總隊(duì) 烏魯木齊 830002）

郭志云
（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心新疆總隊(duì) 烏魯木齊 830002）

主要介紹了烏蘭林格膨潤(rùn)土礦地質(zhì)特征、礦體特征、礦石質(zhì)量及礦石類型和品級(jí)等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的方式，表明了礦石具有較好加工技術(shù)性能。此外，還介紹了兩種主要礦產(chǎn)品技術(shù)性能實(shí)驗(yàn)及工藝流程。

烏蘭林格膨潤(rùn)土地質(zhì)特征加工技術(shù) 性能

1　礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地的西北邊緣，大地構(gòu)造位置屬得楞山-夏子街中生代凹陷。

出露地層主要有下白堊統(tǒng)吐谷魯群（K1tg）、上白堊統(tǒng)艾里克湖組（K2a）、下第三系古新-始新統(tǒng)紅礫山組下亞組（E1-2h）和第四系（Q）。

礦區(qū)經(jīng)歷了燕山和喜山期兩期構(gòu)造活動(dòng)，在礦區(qū)的表現(xiàn)形式為盆地的整體上升或下降，形成了第三系與白堊系的平行不整合，褶皺和斷裂活動(dòng)微弱。烏蘭林格背斜形成于燕山期末，中上礦層被卷入褶皺，頂?shù)V層未受影響。未見(jiàn)花崗巖。

2　礦床特征

烏蘭林格膨潤(rùn)土礦床由四層礦構(gòu)成，自上而下分別為頂?shù)V層（Ⅰ）、上礦層（Ⅱ）、中礦層（Ⅲ）及下礦層（Ⅳ），礦層呈層狀-似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀近水平，傾向南東，傾角2°～4°。頂?shù)V層由兩個(gè)礦體構(gòu)成，編號(hào)為1、2；上礦層由兩個(gè)礦體構(gòu)成，編號(hào)為3、4；中礦層由一個(gè)礦體構(gòu)成，編號(hào)為5，下礦層基本無(wú)工業(yè)礦體。各礦層基本特征見(jiàn)表1。

表1　各礦層的基本特征一覽表

頂?shù)V層覆存層位為下第三系古新～始新統(tǒng)紅礫山組下亞組下巖性段，上礦層及中礦層覆存層位為上白堊統(tǒng)艾里克湖組上巖性段第四和第二巖性層。礦床內(nèi)規(guī)模較大的礦層為上礦層和中礦層，中礦層為本礦體的主礦層；礦床內(nèi)規(guī)模較大的礦體為1、4、5號(hào)礦體，5號(hào)礦體為本礦床的主礦體。各礦層（體）質(zhì)量情況為：頂?shù)V層最好，上礦層次之，中礦層最差。各礦層（體）均受烏蘭林格開(kāi)闊背斜控制。

2.1礦體特征

這里主要介紹頂?shù)V層1號(hào)礦體、中礦層5號(hào)礦體。其特征如下：

頂?shù)V層1號(hào)礦體：產(chǎn)于近地表，賦存于下第三系古新-始新統(tǒng)紅礫山組下亞組下巖性段（E1-2h11），呈不規(guī)則帶狀展開(kāi)，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，沿走向長(zhǎng)800m，沿傾向?qū)?80m。礦體厚度1.30～6.57m，平均厚2.78m。蒙脫石含量43.61%～63.80%，平均含量53.84%，產(chǎn)狀150°∠2°～3°，礦石自然類型以灰白色膨潤(rùn)土礦為主，礦石屬性為鈉基土，礦石工業(yè)類型為活性白土用膨潤(rùn)土。

中礦層5號(hào)礦體：位于頂?shù)V層、上礦層之下，覆存層位為上白堊統(tǒng)艾里克湖組上巖性段第二巖性層（K2a3-2），呈層狀產(chǎn)出，形態(tài)規(guī)則～較規(guī)則。沿走向長(zhǎng)800米，沿傾向?qū)?40m，厚5.16～19.70m，平均厚11.34m。蒙脫石含量41.85%～50.42%，平均為46.75%。產(chǎn)狀150° ∠2°～3°，產(chǎn)狀較穩(wěn)定，且連續(xù)性好。礦石自然類型主要為棕紅色膨潤(rùn)土。礦石屬性有鈉基土、鈣基土及過(guò)渡類型土。礦石工業(yè)類型有活性白土用膨潤(rùn)土、冶金球團(tuán)用膨潤(rùn)土、鉆井泥漿用膨潤(rùn)土等三種，以活性白土用膨潤(rùn)土及冶金球團(tuán)用膨潤(rùn)土為主。

2.2礦石質(zhì)量

2.2.1各礦層（體）屬性及特征

膨潤(rùn)土礦的礦石屬性有鈉基土、鈣基土及過(guò)渡類型土等三種，過(guò)渡類型土包括鈉鈣基土、鈣鈉基土及極少量的鈉鎂基土、鈣鎂基土、鎂鈣基土、鎂基土等。

頂?shù)V層1號(hào)礦體礦石屬性有鈉基土，厚度1.30～6.57m，蒙脫石含量43.61%～63.80%。

中礦層5號(hào)礦體礦石屬性有鈉基土、鈣基土、過(guò)渡類型土等三種，厚5.16～19.70m，蒙脫石含量41.85%～50.42%。

2.2.2蒙脫石屬型及特征

蒙脫石是膨潤(rùn)土的主要礦物成分，蒙脫石的特性決定了膨潤(rùn)土的基本性能。

2.2.2.1蒙脫石粒度分析特征

粒度分析采用激光粒度分析方法對(duì)原土及提純土的粒度做分析。經(jīng)過(guò)6個(gè)樣品的粒度分析，原土及提純土粒度均比較細(xì)，原土的粒徑0.85～2.18 μm，提純土的粒徑0.89～1.98 μm。僅從粒度分析，原土及提純土均達(dá)到了活性白土、鉆井泥漿用膨潤(rùn)土及有機(jī)膨潤(rùn)土原料對(duì)粒度的要求。

2.2.2.2蒙脫石晶體中各面網(wǎng)間距特征

X射線衍射分析的蒙脫石礦物d（001）面網(wǎng)間距在1.2773～1.5669 μm之間，以1.4 μm以上者為主。

2.2.2.3蒙脫石礦物差熱曲線特征

經(jīng)差熱分析顯示，原土的曲線呈現(xiàn)了微細(xì)粒多種粘土礦物混雜的圖譜特征。提純土的曲線較好的體現(xiàn)了蒙脫石的圖譜特征，但與純蒙脫石曲線仍有一定差別，說(shuō)明提純后的膨潤(rùn)土純度仍不高。

2.2.2.4蒙脫石掃描電鏡特征

掃描電鏡判斷的原土及提純土礦物組成為蒙脫石、伊利石、高嶺石、石英、長(zhǎng)石和方解石等，原土及提純土的粒徑為幾微米至十幾微米到三十微米，與激光粒度分析結(jié)果基本一致。

電子顯微鏡下（600倍至10000倍），鈉蒙脫石半透明片狀、不規(guī)則狀、絨毛狀、棉絮-云霧狀，輪廓模糊不清；不透明寬板狀，輪廓較為清楚者為鈣蒙脫石；伊利石、高嶺石有清晰、尖銳的輪廓，呈片狀、假六方鱗片狀。

2.2.2.5蒙脫石的屬型特征

膨潤(rùn)土提純后與美國(guó)懷俄明膨潤(rùn)土基本相當(dāng)，屬低層電荷型膨潤(rùn)土（懷俄明型），層電荷單位半晶胞為0.301～0.330/單位半晶胞。頂?shù)V層1號(hào)礦體層電荷單位半晶胞為0.308/單位半晶胞；上礦層4號(hào)礦體層電荷單位半晶胞為0.301～0.330/單位半晶胞；中礦層5號(hào)礦體層電荷單位半晶胞為0.315～0.322/單位半晶胞。

綜合上述，本膨潤(rùn)土粒度較細(xì)，一般在2 μm以下；鈉蒙脫石特征為d（001）面網(wǎng)間距1.2～1.3 μm，第一吸熱谷為單谷且溫度偏低，電鏡下呈棉絮-云霧狀；鈣蒙脫石d（001）面網(wǎng)間距大于1.4 μm，第一吸熱谷為復(fù)谷且溫度偏高，電鏡下邊界清楚，呈寬板條狀。該膨潤(rùn)土提純后屬低層電荷型膨潤(rùn)土。

X射線衍射分析及電鏡判斷，膨潤(rùn)土礦石成分組合為蒙脫石、伊利石、高嶺石、石英、長(zhǎng)石和方解石等。

另外，由地表向地下，蒙脫石含量減少，高嶺石含量增多；鈉蒙脫石減少，鈣鈉蒙脫石增多。

2.2.3礦石化學(xué)成分特征

蒙脫石是二八面體型含水層狀鋁硅酸鹽的典型礦物，在沒(méi)有層間分子時(shí)SiO2與Al2O3理論比值為2.36。本區(qū)原土比值為4.457，提純土比值為3.921。礦石化學(xué)成分：

原土為SiO262.04%；Al2O313.92%；Fe2O34.67%；FeO 0.25%；MgO 2.13%；CaO 0.99%；Na2O 1.50%；K2O 2.52%；TiO20.67%；P2O50.15%；MnO 0.14%；H2O-5.70%；H2O+4.62%；SO30.15%；TFe2O310.79%。

提純土為SiO255.84%；Al2O314.24%；Fe2O34.87%；FeO 0.13%；MgO 2.21%；CaO 1.00%；Na2O 2.49%；K2O 2.36%；TiO20.60%；P2O52.34%；MnO 0.09%；H2O-8.26%；H2O+4.88%；SO30.15%；TFe2O313.55%。

2.3礦石類型和品級(jí)

2.3.1礦石自然類型

烏蘭林格膨潤(rùn)土礦按礦石外觀上的差異，即顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及含砂量上的差別，大致可分為四種自然類型：灰白色膨潤(rùn)土礦石、棕紅色膨潤(rùn)土礦石、雜色膨潤(rùn)土礦石、淺灰色砂狀膨潤(rùn)土礦石等。這四種自然類型礦石又根據(jù)其化學(xué)成分中交換性陽(yáng)離子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+）與交換容量（CEC）的比值，進(jìn)一步分為鈉基土、鈣基土、過(guò)渡類型土等三種屬性礦石。

2.3.1.1灰白色膨潤(rùn)土礦石

該類礦石呈灰白色，局部夾棕紅色條帶，新鮮面呈典型的蠟狀光澤，風(fēng)化后呈土狀光澤，泥質(zhì)-含粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀、顯微層狀構(gòu)造。礦石主要成分為蒙脫石，占43.33%～64.12%，呈顯微鱗片狀結(jié)構(gòu)，可見(jiàn)定向排列，局部伴有膠狀結(jié)構(gòu)，并有鱗片狀均勻散布的伊利石、高嶺石、水云母，后者局部富集成層而呈顯微層狀構(gòu)造。礦石中粉砂屑均勻散布，成分有石英、長(zhǎng)石和方解石等，次圓～次棱角狀，粒徑小于0.05mm。局部見(jiàn)有高嶺石團(tuán)塊，礦石中褐鐵礦呈質(zhì)點(diǎn)狀、塵狀均勻散布。另外，有少量次生石膏呈團(tuán)狀及充填裂隙狀產(chǎn)出，分布不均。

該類礦石主要賦存于頂?shù)V層中，大多為鈉基膨潤(rùn)土。

2.3.1.2棕紅色膨潤(rùn)土礦石

該類礦石呈棕紅色、磚紅色、土紅色，新鮮面蠟狀光澤，風(fēng)化面土狀光澤，泥質(zhì)-含粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀、顯微層狀構(gòu)造。礦石組成以蒙脫石為主，占40.00%～71.25%，伴有高嶺石、水云母、伊利石均勻混合呈顯微鱗片狀、膠狀，可見(jiàn)顯微鱗片之定向特征，局部見(jiàn)蒙脫石富集成層而呈顯微層狀構(gòu)造。礦石中均勻散布有粉砂屑，成分為石英2%～8%、長(zhǎng)石3%～5%、綠泥石0～3%、蛭石1%～3%、白云母1%、方解石等，含砂總量小于20%。另見(jiàn)褐鐵礦呈質(zhì)點(diǎn)狀、塵狀均勻散布于礦石中。

該類礦石分布廣泛，是5號(hào)礦體的主要礦石。礦石中鈉基膨潤(rùn)土、過(guò)渡類型膨潤(rùn)土（鈉鈣基膨潤(rùn)土、鈣鈉基膨潤(rùn)土）、鈣基膨潤(rùn)土所占比例較大。

2.3.1.3雜色膨潤(rùn)土礦石

該類礦石顏色以淺灰色、淺灰綠色、土紅色等混雜構(gòu)成，新鮮面蠟狀光澤，風(fēng)化面土狀光澤，泥質(zhì)-含粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀、顯微層狀構(gòu)造。組成礦石的粘土礦物可分為三種組合類型，最常見(jiàn)的是以蒙脫石為主，伴有高嶺石、水云母、伊利石均勻混合呈顯微鱗片狀-膠狀結(jié)構(gòu)；其二，以蒙脫石為主，并與高嶺石相間富集成互層狀，呈顯微層狀構(gòu)造；其三，則是以蒙脫石為主，與水云母相間富集成互層狀，呈顯微層狀構(gòu)造。礦石中均勻散布有粉砂屑、砂屑，成分為石英5%～8%、長(zhǎng)石2%～5%、綠泥石2%～4%、水云母1%～4%、方解石、榍石等，次棱角-棱角狀，粒徑0.004～0.05mm，含砂總量20%左右。礦石中局部見(jiàn)有蒙脫石團(tuán)塊、高嶺石團(tuán)塊、褐鐵礦呈質(zhì)點(diǎn)狀、塵狀均勻散布。

該類礦石主要分布于中礦層中，少部分分布于頂?shù)V層底部。按屬性可進(jìn)一步分為鈉基膨潤(rùn)土、鈣基膨潤(rùn)土、過(guò)渡類型膨潤(rùn)土等三種屬性礦石。

2.3.1.4淺灰色砂狀膨潤(rùn)土礦石

該類礦石呈灰色、灰白色、淺灰綠色、灰綠色、土紅色等，新鮮面弱蠟狀光澤，風(fēng)化面土狀光澤，泥質(zhì)-粉砂結(jié)構(gòu)，塊狀、顯微層狀構(gòu)造。礦石以蒙脫石為主（40.00%～53.37%），伴有高嶺石、伊利石、水云母，均勻混合呈顯微鱗片狀、膠狀結(jié)構(gòu)，局部因砂屑呈薄層而呈顯微層理構(gòu)造。礦石中粉砂屑、砂屑均勻散布，砂屑成分為石英、長(zhǎng)石、水云母、綠泥石、榍石等，次棱角～棱角狀，粒徑0.004～0.1mm，含砂總量大于20%。礦石中褐鐵礦呈質(zhì)點(diǎn)狀、塵狀均勻散布，局部見(jiàn)膠狀硅質(zhì)及鈣質(zhì)。

該類礦石在5號(hào)礦體中較常見(jiàn)，多賦存于各礦層的下部或礦體中夾石的兩側(cè)。以鈣基膨潤(rùn)土、鈣鈉基膨潤(rùn)土、鈉鈣基膨潤(rùn)土為主，偶見(jiàn)少量的鈉基膨潤(rùn)土。

2.3.2礦石工業(yè)類型

該礦礦石工業(yè)類型主要為活性白土用膨潤(rùn)土、冶金球團(tuán)用膨潤(rùn)土、鉆井泥漿用膨潤(rùn)土等三類。

2.3.3礦石品級(jí)

因膨潤(rùn)土礦石的各工業(yè)類型之間沒(méi)有一個(gè)通用的品級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，必須按照不同的礦石工業(yè)類型和不同用途，參照各行業(yè)對(duì)膨潤(rùn)土礦石的化學(xué)性質(zhì)、物理工藝性能不同的要求標(biāo)準(zhǔn)，做全面的衡量，分行業(yè)用途劃分品級(jí)。

對(duì)于本礦區(qū)而言，用于活性白土的礦石均達(dá)到CS-1020規(guī)格，而頂?shù)V層1號(hào)礦體、中礦層5號(hào)礦體鈉基膨潤(rùn)土和少部分鈣鈉基膨潤(rùn)土中用于活性白土的礦石達(dá)到了CS-1040規(guī)格。冶金球團(tuán)用膨潤(rùn)土礦石絕大部分達(dá)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)別可達(dá)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，另有部分礦石中的蒙脫石含量或吸水率略低于指標(biāo)要求，可進(jìn)行配礦使用，以提高其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。鉆井泥漿用膨潤(rùn)土礦石按造漿率、失水率兩項(xiàng)主要指標(biāo)衡量時(shí)，經(jīng)活化改型處理后，均可達(dá)丙級(jí)至乙級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)別可達(dá)甲級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)。

3　礦石加工技術(shù)性能

新疆和布克賽爾縣烏蘭林格膨潤(rùn)土礦原礦石主要加工成鉆井液用膨潤(rùn)土粉和活性白土兩大主要產(chǎn)品。現(xiàn)擇其要點(diǎn)敘述如下：

3.1礦石加工技術(shù)性能

3.1.1實(shí)驗(yàn)室鉆井泥漿應(yīng)用試驗(yàn)

試驗(yàn)樣品采自地表探槽中，按探槽中所選樣段，利用刻槽法采集。

該試驗(yàn)系實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行，試驗(yàn)方法按長(zhǎng)春標(biāo)準(zhǔn)（代部頒發(fā)標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行，同時(shí)參考成都地院資料，試驗(yàn)方法基本接近石油工業(yè)部擬定的O、C、M、A方法。但由于試驗(yàn)條件較差，加之不是在同條件下進(jìn)行，故供參考。

試驗(yàn)結(jié)果表明，灰白色膨潤(rùn)土造漿率高，性能穩(wěn)定；雜色及棕紅色膨潤(rùn)土特定地段亦可用于石油鉆井泥漿用。

3.1.2實(shí)驗(yàn)室膨潤(rùn)土活化油品脫色試驗(yàn)

試驗(yàn)樣品采自地表探槽中，按探槽中所選樣段，利用刻槽法采集。

在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬油品精煉的生產(chǎn)線工藝流程，進(jìn)行膨潤(rùn)土活化、油品脫色試驗(yàn)。

膨潤(rùn)土活化采用全國(guó)通用的硫酸活化法，油品選用獨(dú)山子煉油廠糖醛精煉后的45#工業(yè)變壓器油（輕質(zhì)油代表）和14#柴油機(jī)油（重質(zhì)油代表），用土量采用獨(dú)山子煉油廠對(duì)該油品精煉時(shí)的平均常用量。

試驗(yàn)結(jié)果表明，膨潤(rùn)土礦石具有較高的活化度，而且對(duì)礦物油具有一定的脫色力，是制造活性白土的良好原料。

3.2礦產(chǎn)品技術(shù)性能及工藝流程

3.2.1鉆井液用膨潤(rùn)土粉

主要銷往克拉瑪依油田、吐哈油田、塔里木油田、青海油田，市場(chǎng)占有率90%以上。

鉆井液用膨潤(rùn)土主要技術(shù)性能：蒙脫石含量≥45%，粘度計(jì)600 r/min讀數(shù)≥30，屈服值/塑性粘度≤6.0，濾失量≤16.0 cm3，75 μm篩余1%≤4.0（m/m），膠質(zhì)價(jià)≥40（m1/15 g）。

工藝流程：