我国膨润土颗粒分布的测定

我国膨润土颗粒分布的测定

天然材料是自然界最常见的粘土资源之一。膨润土的颗粒组成一方面是地质成因的反映,体现了成矿母岩,成矿环境和成矿过程的综合作用;另一方面它也与蒙脱石的含量、矿石的质量密切相关,例如质纯且细的白色膨润土,几乎看不到粗颗粒和杂质。颗粒组成对膨润土选矿的难易程度,对其膨胀性和膨润土水体系的流变性等物化工艺性能具有重要影响。蒙脱石含量是评价膨润土质量的最重要的指标,《膨润土矿地质勘探规范》规定,蒙脱石的边界品位≥40%、工业品位≥50%,矿床才具有工业价值。研究表明,膨润土的蒙脱石含量与其物化工艺性能具有显著的相关性,而对膨润土物化工艺性能的评价可统一到蒙脱石含量指标上。因此,对膨润土的颗粒组成和蒙脱石含量进行系统的比较研究很有意义。1实验部分1.1样本来源选择了我国各地具有代表性的矿床矿样(表1)。原矿石采自矿体主矿脉,其中对矿石颜色差异明显的样品进行了分别取样。1.2标准筛的制备1.2.1仪器和试剂:木碾,橡皮板,锥形瓶,标准洗筛(粒径2、1、0.5、0.25mm),浓氢氧化铵。1.2.2实验方法:移液管法。取代表性原矿样约200g,用木碾在橡皮板上碾散,烘干,称取该样品10～20g置500mL锥形瓶中,加入200mL蒸馏水,浸泡过夜,再加浓氢氧化铵作分散剂,稍加摇晃后,加热煮沸1h。将冷却后的悬浮液充分摇晃,倒在0.1mm洗筛上,并用蒸馏水冲洗干净。洗筛上的沙粒移入蒸发皿内,烘干后,过粒径为2、1、0.5、0.25mm标准筛,称量各级标准筛上试样质量。粒径小于0.1mm的悬浮液搅拌后记时,按Stockes公式计算,分别吸出0.01、0.005、0.002mm三个粒级的悬浮液,蒸干、称重,计算各粒级含量。1.3测定脱石含量吸蓝色1.3.1主要试剂和材料亚甲基蓝指示剂,焦磷酸钠,中速定量试纸和材料。1.3.2焦磷酸钠微绿焦炉烟气冷却称取0.2000g试样,置于已加入50mL水的锥形瓶中,摇动,使试样在水中充分散开,再加入20mL1%焦磷酸钠溶液,摇匀,然后在电热板或火炉上加热微沸5min,取下冷却至室温。最后用亚甲基蓝标准溶液(N=0.005mol/L)测定,玻璃棒沾一滴试液于滤纸上观察是否出现晕环判定滴定终点,记录所耗亚甲基蓝标准液的毫升数。1.3.3试样质量和吸蓝量校正个数的确定吸蓝量(B)=NV/G,M=B/K×100。其中:N为亚甲基蓝标准溶液浓度;V为所耗亚甲基蓝标准溶液的体积;G为试样质量;K=150,为吸蓝量校正常数;M为蒙脱石含量。2结果与讨论2.1膨润土粒级分布的主要区间膨润土的主要组分蒙脱石颗粒细小,其粒径属<2μm粒级范围,因此,膨润土一般被认为是颗粒细小的非金属矿,表1是试验样的粒度分布数据。由表中数据可看出,膨润土颗粒较细小,除个别样(法库、余杭白)外,供试样80%的颗粒<100μm。虽然各矿样在粒度分布上存在一定程度的差异,但对其粒级分布进行属性统计(表2),比较其粒级分布的主要区间,21个样品<2μm粒级的分布均值为31.31%,是各粒级中最多的;其次10～50μm粒级也是膨润土颗粒的一个富集区间,其均值达到25.51%;而2～5、5～10、50～100μm三个区间颗粒的分布均值,也分别达10.26%、11.52%、10.02%。由累积百分数可见,<100μm的颗粒累积百分数达88.62%,而大于100μm的颗粒仅11.38%,这说明膨润土原矿近90%的颗粒均在100μm以下的粒级内,是典型的细粒矿产。膨润土中的粗粒矿物应属杂质范畴,是传统选矿去除的对象。由粒度分布的均值累积百分数可见,产品的粒度一般要求过200目筛孔(近75μm)即达到工业要求,因此膨润土只需经简单加工就可达到工业应用的目的。2.2膨润土的蒙脱石来源表1中蒙脱石含量是用吸蓝量法测得。不同矿床的膨润土其蒙脱石含量存在一定程度的差异,但总体呈正态分布。大部分膨润土其蒙脱石含量为50%左右,超过70%的只有缙云和淳化两个矿样。但总体而言,21个样品的蒙脱石含量平均数为50.765%,表明蒙脱石是膨润土的主要矿物组分。实际上,在自然界蒙脱石含量极高的优质矿床并不多见。2.3膨润土中蒙脱石的相关分析蒙脱石硅氧四面体中Si能被Al置换,铝氧八面体Al能被Fe、Mg等离子同晶置换,因置换离子半径的差异,同晶置换的结果增加了单位晶层叠置的不规则,使得蒙脱石难以形成较大的晶体,因而蒙脱石的颗粒一般较小。粒级分布和蒙脱石含量都是膨润土各矿样本身所具有的特征,它们之间应存在一定的相关关系。本文利用最小二乘法原理,用一元线性回归分析方法得出的不同粒径蒙脱石含量(M)与粒级百分数(N)间的线性关系和对应的相关系数:对膨润土中各粒级和蒙脱石的相关分析表明,蒙脱石与各粒级之间虽未显示良好的相关性,但随着大于50μm颗粒的增加,相关系数为负,表明随大颗粒的增多,蒙脱石含量反而降低。对粒级累积百分含量和蒙脱石相关性的分析表明,蒙脱石的含量只与<50μm的颗粒累积百分数有较好的相关性,见图1。而蒙脱石含量与其余粒级的相关性均未达到显著水平,说明蒙脱石大部分存在于<50μm的粒级中。这正是生产实践中,膨润土产品以通过200目(约75μm)作为质量指标的原因。2.4蒙脱石来源及成分分布各地膨润土矿床类型分别为:高州、法库、临安、淳化、夏子街和安吉为火山沉积型;刘房子和红泉为沉积型;黑山、九台、余杭、信阳和凌源为火山岩型;缙云和溧阳为侵入岩型(孙绍千,1986)。由表3可看出,侵入岩型矿床蒙脱石含量最高,这和侵入岩型矿床成矿环境相对稳定,火山物质相对纯净有利于高质量蒙脱石形成的结论一致。从表3也可看出,膨润土粒级分布和蒙脱石含量存在相当程度的变异性。从<2μm的颗粒含量看,呈现沉积型>火山岩型>火山沉积型>侵入岩型的规律,表明沉积岩型矿床风化程度较高、颗粒较细的特点。2.5聚类分析结果根据不同膨润土矿样颗粒组成的相似程度,用Statitic统计分析软件进行聚类分析。该分析按照物以类聚的原理,对一批物体或变量,根据它们某一特征上的亲疏远近的程度进行分类分析。本文的分析采用连接聚类法,以颗粒组成为目标特征,计算样品间的欧氏距离,并按相互间欧氏距离的大小进行归类,可将样品分为两大类。第一大类:九台青、凌源、夏子街青、夏子街红;第二大类:共分为六个小类,第一类含余杭白、余杭青,第二类含信阳红、法库;第三类含红泉、刘房子、临安;第四类含信阳白、淳化红、缙云、淳化白,第五类含九台黄、安吉、溧阳,第六类含甲山、黑山、高州。以上基于颗粒组成的聚类分析显示了较强的规律性,第一大类基本上为Na基土,第二大类基本上为Ca基土,这与Na基土颗粒较细、易分散在水中成单粒,而Ca基土颗粒较粗、在水中通常以粗大的复粒形式存在的规律相符合。聚类分析结果没有表现出明显的矿床类型间差异性,只有沉积型矿床显示出与其他类型矿床明显的差异,而其余各类均包含不同矿床类型的样品。结合各膨润土矿的蒙脱石含量,可把膨润土矿分为以下几类。第一类:包括九台青、凌源、夏子街青、夏子街红、红泉和刘房子等地样品,蒙脱石和<2μm的颗粒含量都接近50%或以上,通过干法选矿后再进一步改性,可制备出高纯钠基土、有机土以及钠米土等膨润土的高档产品,能很好地应用于化工、日用化工、食品工业以及环保领域;第二类:包括黑山、九台黄、信阳白、溧阳、缙云、高州、淳化红和安吉等地样品,这一类样品蒙脱石含量在50%以上,但粒径大,经过筛选和加工,这类膨润土可应用于对粒度要求相对不高的冶金、铸造、钻井泥浆、烟草等行业;第三类:包括余杭青、余杭白、信阳红、法库、临安、淳化白和甲山等地样品,这一类膨润土的蒙脱石含量在50%以下,细粒(<2μm)含量低于20%,从本文研究的两个性质来说,此类膨润土在加工应用方面都存在着一定的困难,但可从这类膨润土的其他性质考虑,加以开发利用。3膨润土的石化学膨润土颗粒细小,<2μm的粒级是膨润土的颗粒分布的主要区间,10～50μm粒级也是膨润土颗粒的一个富集区间,是典型的细粒矿产。蒙脱石是膨润土的主要矿物组分。大部分膨润土