膨潤土應(yīng)用和資源分布情況

一、天然納米材料---膨潤土

膨潤土的礦物學(xué)名稱叫蒙脫石。蒙脫石是由納米級的顆粒(10-1l~10-m)組成,國外稱其為天然納米材料,也叫萬用粘土。2002年北京市理化分析測試中心對鞍山泰和膨潤土有限公司的天然鈉基膨潤土觀測到顆粒<10nm的占60%，10~50nm的占35%，50~100nm的占 5%。

蒙脫石(Montmorillonite)最早在法國被發(fā)現(xiàn),但由于在美國蒙大拿州的福塔蒙脫(FortBenton of Montana)附近首次發(fā)現(xiàn)了礦脈,所以又叫斑脫巖(Bentonite)。

蒙脫石又稱“微晶高嶺石”或“膠嶺石”,是一種層狀含水的鋁硅酸鹽礦物,其理論結(jié)構(gòu)式為:(1/2Ca，Na)o.7(Al,Mg,Fe)(Si,Al):O2(OH)·nHO,其中的Ca、Na為可交換的陽離子。晶體由兩個硅氧四面體中夾一個鋁(鎂氧(氫氧)八面體組成,屬2:1層型。四面體中有少量的Si4+被A13+置換,八面體中有少量的A13+被M 2+置換。由于這些多面體中高價離子被低價離子置換,造成晶體層間產(chǎn)生永久性負(fù)電荷,晶層間被吸附的陽離子是可交換的。類質(zhì)同象置換是蒙脫石產(chǎn)生許多重要性能的根源。

根據(jù)層間離子不同,自然界的蒙脫石可分為鈣蒙脫石、鈉蒙脫石、鎂蒙脫石、鋁(氫)蒙脫石及鉀蒙脫石等。

蒙脫石礦物屬單斜晶系,通常呈土狀塊體,白色,有時帶淺紅、淺綠、淡黃等色,光澤暗淡,硬度為1,重度約為2g/cm3,吸水性強(qiáng),吸水后其體積膨脹增大幾倍到十幾倍,具有很強(qiáng)的吸附力和陽離子交換性能。

天然膨潤土按化學(xué)成分主要分為鈉基和鈣基兩大類。在一般情況下,鈉基膨潤土較鈣基膨潤土的理化性能和工藝性質(zhì)優(yōu)越,主要表現(xiàn)在吸水速度慢,但吸水率與膨脹倍數(shù)大,陽離子交換量高,在水介質(zhì)中分散性好,膠質(zhì)價高,加熱穩(wěn)定性好等,所以鈉基膨潤土的使用價值高,能滿足多種用途的要求。

世界上最著名的膨潤土產(chǎn)地在美國的南達(dá)科他州、懷俄明州,格魯吉亞等。我國的膨潤土資源豐富,已探明的儲量現(xiàn)居世界第一位,具有各種自然類型的鈣基、鈉基、鎂基、鋁(氫)基膨潤土礦，分布在全國26個省、自治區(qū)(河北的宣化、張家口,遼寧的錦西、黑山,吉林的劉房子,浙江的臨安、余杭,江蘇溧陽,河南的信陽、上天梯,新疆的托克遜、和豐,甘肅的金昌、紅泉,內(nèi)蒙的興和、高廟子,廣西的寧明,江西的玉山與黑龍江的雞西等等),有幾百個采礦點(diǎn)，但累計(jì)開采量尚不到已探明儲量的百萬分之一。

我國地礦部門20世紀(jì)90年代初的資料表明:世界膨潤土的儲量僅27億噸,美國鈉基土的儲量和產(chǎn)量均居世界第一，我國已探明的儲量中90%是鈣基土,鈉基土一般在礦山的較深層，尚需勘探。近10年新勘探資料證明，我國鈉基土的儲量居世界第一,僅新疆和豐

個礦，鈉基土的儲量就達(dá)50億噸。筆者估計(jì)我國幾大沙漠的邊上均有優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土儲藏。僅是囿于條件限制尚未全部勘探出來。隨著西部開發(fā)步伐的加快，這些生成于億萬年前的礦藏將被開發(fā)、利用。

二、膨潤土的主要用途

膨潤土是應(yīng)用范圍很廣和經(jīng)濟(jì)價值較高的粘土礦物。

目前,膨潤土的主要用途在于:在鋼鐵工業(yè)中做冶煉鑄造的粘結(jié)劑;在化工中做脫色劑和添加劑;在地探中做優(yōu)質(zhì)泥漿;在紡織工業(yè)中代替淀粉漿紗;在陶瓷工業(yè)中做塑化劑;在醫(yī)藥、農(nóng)藥、日用化工、化肥等領(lǐng)域中做添加劑、脫色劑;在地土壤改良、荒漠治理中做摻加劑;在治理污水與核廢料中做處理劑、靜態(tài)爆破助劑;在地下工程中做減阻劑和防水材料;在垃圾填埋場中做防滲層等等。

20世紀(jì)80年代后出現(xiàn)了加入膨潤土的高檔產(chǎn)品。中國研究人員通過核磁共振膨潤土發(fā)現(xiàn)其微量元素的種類與人體所需的微量元素一樣。美國的高級營養(yǎng)食品也摻加膨潤土。許多國家都把膨潤土作為飼料添加劑、飲用水處理劑等等。再如日本將中國張家口出的膨潤土運(yùn)回去后,先提煉出 64種有效成分,再用于石化、建筑等行業(yè)。直到現(xiàn)在,我國在這方面的研究開發(fā)仍很少。

隨著工業(yè)與城市建設(shè)的發(fā)展,建(構(gòu))筑物不斷向高、深兩個方向擴(kuò)展,地下設(shè)施不斷增多，規(guī)模不斷擴(kuò)大,如地鐵、地下室、地下泵站、地下水池、地下油庫、地下電廠、地下街、地下電纜溝(管)、地下隧道,地下過街道等地面看不到的公用設(shè)施,無時不在受到地下水的浸蝕。為了防止地下水對這類隱蔽設(shè)施的浸蝕,世界各國的工程建設(shè)單位都付出了巨額的代價，施工單位也付出了許多無效勞動。直到20世紀(jì) 60年代中期，美國、加拿大、日本韓國等國在進(jìn)行膨潤土技術(shù)開發(fā)時，才找到了一條對建(構(gòu))筑物能永久防水的途徑。

用膨潤土做防水材料,不會出現(xiàn)老化問題,在國外已應(yīng)用多年。其主要的產(chǎn)品型式是:膨土干粉、膨潤土板、膨潤土防水毯、雙重防水板及止水條、止水膏、防水涂料等。

本文部分內(nèi)容引自中國建材工業(yè)出版社《膨潤土在工程中的開發(fā)與應(yīng)用》2003版

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