CN1038439A - 铁蒙脱石粘土的开发利用技术方案 - Google Patents

Abstract

本发明公开了铁蒙脱石粘土的开发利用技术方案，它属矿山及化工领域。该土不属膨润土，目前发现不多且不作有用矿产而利用，但其性质跟膨润土及海泡石族粘土矿相近，且有某些独特性能，故可将其开采出来加工成矿产品，作钻探泥浆、润滑脂、铸型砂粘结剂、墙涂料、饲料添加剂以及作膨润土与海泡石族粘土矿的代用品等用。

Description

本发明属非金属矿山及化工技术领域。

1988年4月笔者在雷州半岛发现一种像膨润土一样的灰黄及灰绿色胶质粘土，经采样及由广东省地质测试研究中心测试查明它含铁蒙脱石达80%左右。但笔者查阅了大量有关粘土矿资料尚未见到对此种矿物的报道，更没有见到或听到过把它作为矿产加以开发利用的先例。笔者经初步研究认定它的某些物理、化学及工艺性能与膨润土矿相近;此外，通过崩解性、分散性、收缩性等对比试验发现它又与凹凸棒石或海泡石粘土矿很相似，故有作为类似膨润土、凹凸棒石及海泡石粘土矿加以开发利用的前景。为此特设计本技术方案，以求有兴趣实业家对此方案的实施后将铁蒙脱石粘土开采出来并加工成产品，作为膨润土、凹凸棒石及海泡石矿的代用品以及作其他产品加以利用，变土为矿，发展生产力，为社会增加新资源和财富。铁蒙脱石粘土性质虽近似膨润土、凹凸棒石及海泡石粘土矿，且又设计主要作为类似这三种矿产加以开发利用，但它毕竟还不是这三种矿，而是一种新型矿种，故现将本方案作为发明而申请专利。本发明是以如下方式完成的：

一、探讨铁蒙脱石粘土跟膨润土、凹凸棒石及海泡石粘土矿的区别

1、与膨润土矿的区别：蒙脱石为层状含水的铝硅酸盐矿物，它的主要化学组份是二氧化硅、三氧化二铝和水，氧化镁和氧化铁含量有时也较高。它的理论分子式为Si₈Al₄O₂₀（OH）₄。它的单位晶胞系由二层硅氧四面体中夹一层硅氧八面体所组成。晶胞平行迭置。蒙脱石八面体中的Al³⁺和（或）四面体中的Si⁴⁺往往部份（或全部）被其它阳离子（如H、Li、Na、K、Ca、Mg、Cu、Zn、Cr、Ni、Fe、Ti、V、Mn等）置换或其晶层底面吸附了这些阳离子，以致形成一些蒙脱石化学变种，即粘土矿物中蒙脱石-皂石类矿物，其成员除有蒙脱石外，还有贝得石、绿脱石、皂石、锂蒙脱石、锌蒙脱石、铜蒙脱石、铬蒙脱石、镍蒙脱石等。其中蒙脱石又可再分为Na-蒙脱石、Ca-蒙脱石、K-蒙脱石、Mg-蒙脱石及H-蒙脱石。粘土中Na-蒙脱石含量高者即为钠质膨润土，Ca-蒙脱石高者即钙质膨润土或漂白土，Mg-蒙脱石高者即镁质膨润土，H-蒙脱石高者即氢（铝）质膨润土。换言之，含碱、碱土金属或氢的蒙脱石高之粘土，它们被统称为膨润土矿产。膨润土具有阳离子交换性、分散性、膨胀性、流变性、热稳定性、可塑性、粘结性等基本性能，故可作粘结剂、触变剂、增塑剂、增稠剂、润滑剂、悬浮剂、催化剂、干燥剂、过滤剂、澄清剂、脱色剂、吸收剂、吸附剂、絮凝剂、洗涤剂、填充剂、饲料添加剂、农药载体等，使用于动植物油炼制工业、石油工业、造纸工业、林业和水土保护、食品工业、化学工业、水净化和污水处理、洗涤剂工业、钻探工业、采矿冶炼工业、民用土木工程、陶瓷工业、农业、铸造工业、制药工业、染色颜料和涂料工业、焦油利用工业等部门。故膨润土是十分重要的非金属矿产资源，其价格也较贵。例如，1987年8月英国伦敦市场，200目钠质膨润土价130英磅/吨，相当于硅藻土助滤剂价330英磅/吨的39%;而且从1983年到1987年以来价格变化是前者大涨，后者未变。然而，蒙脱石-皂石类矿物中其他矿物，或因资源量很少，或因性质与膨润土不同而不作膨润土利用，或处于利用途径和方法探索阶段，故尚未被如像膨润土这样广泛的开发利用，当然也还没有把它们列入膨润土矿产之中。至于铁蒙脱石，它也应是蒙脱石-皂石类矿物的一个变种，是由于Fe³⁺以等价方式大量置换蒙脱石的八面体晶格中Al³⁺的位置或为晶层底面大量吸附而形成的。蒙脱石单一矿物含Fe₂O₃为0.06%;被Fe³⁺置换较少，Fe₂O₃低于5%时（一般为1-2.5%），构成膨润土矿;置换较多，物理性质发生显著变更，即由量变而到质变，形成铁蒙脱石;置换更多，Fe₂O₃在30%左右时，就形成绿脱石。因此，膨润土跟铁蒙脱石相比较，相同者，是同一个“族”，不同者，是两“家”;K、Na、Ca、Mg一蒙脱石超过50%的粘土，即为现在被人们所利用的膨润土;而富含铁蒙脱石的粘土还未被人们派上用场加以利用，只能还叫它为铁蒙脱石粘土，还不成其为有用矿产资源，当然，目前也还没有把它列入膨润土矿产之中。总而言之，并不是蒙脱石族矿物中各种蒙脱石均可构成现在所谓的膨润土矿产，而是有专门规定的，即仅是其中的碱、碱土金属或氢蒙脱石才行。

2、与凹凸棒石及海泡石粘土矿的区别：凹凸棒石、海泡石均属海泡石族粘土矿物，是链状含水的铝镁硅酸盐矿物，前者化学式为Si₈O₂₀Mg₅（OH）₂（OH₂）₄·4H₂O，后者化学式为Si₁₂O₃₀Mg₉（OH）₆（OH₂）₄·6H₂O。两者均为蒙脱石经长期地表水的作用，加入镁离子，经脱硅作用后结晶而变成。它们的工艺特性及用途与膨润土接近，但凹凸棒石及海泡石粘土更适于在地热钻井及深海石油钻井中作泥浆原料，在军事工业方面作毒气吸附剂、在民用工业中作除臭剂等。此两矿物与蒙脱石相比，在矿物学上截然不同，但用途近似，正如像赤铁矿（Fe₂O₃）和磁铁矿（Fe₃O₄）虽是不同矿物，但都可提炼铁一样。不言而喻，凹凸棒石、海泡石跟铁蒙脱石相比，更是两码事，但用途也很可能相近似。

二、研究铁蒙脱石粘土的资源远景

研究铁蒙脱石粘土的资源远景之目的，在于初步了解其规模及开采技术条件，以了解其如有用时而资源量是否充足。现分述如下：

1、铁蒙脱石粘土的形成：通过研究，初步查明铁蒙脱石粘土呈层状产出，常与玄武岩层共生，是由如下三种成矿形式迭加而成：其一，玄武岩喷发射基性火山灰大量降落于或由水搬运于水盆地沉积下来，再经水化作用而成;其二，玄武岩风化后形成的铁蒙脱石被水搬运到水盆地沉积而成;其三、玄武岩区富含可溶的硅、铝、铁、镁等矿物质的地表及地下水汇集于水盆地，在适当条件下以胶体化学沉淀方式沉积而成。上述水盆地水深度要适中而平静，PH在7-8，为微碱性，具还原性质，属封闭、半封闭的湖泊或滨海泻湖，面积较大。

2、资源远景：据初步估算，仅雷州某一处铁蒙脱石粘土资源远景储量就已达400余万吨，可用相当长时期。另外，雷州半岛及海南岛北部等地区大面积分布着玄武岩，有利铁蒙脱石粘土的形成，故资源远景是十分可观的，是有保障的。

3、开采技术条件：铁蒙脱石粘土呈水平层状，厚3-5米，其顶板多为距地表深约0.5-5米的黄色砂土层、砂质粘土层，埋藏很浅，由于覆盖层泥质多，透水性差，地下水小，故开采技术条件极其简单，可作露天开采。

三、研究铁蒙脱石粘土的物理、化学和工艺性能

研究铁蒙脱石粘土的物理、化学和工艺性能之目的，在于为安排其用场提供依据，现分述于下：

1、铁蒙脱石粘土的岩性：湿原土颜色灰绿、灰黄，局部黄褐，胶状及泥状结构，层状构造，由凝胶状粘土组成，含砂很少，具凝胶陈化脱水形成的不规则细小裂隙，平坦或贝壳状断口，质地细腻而较软，干燥后***，易碎，腊状光泽，触感光滑，比重2.19，硬度1.5-2。吸水性差，几乎不粘舌，滴水于其上成小水珠，不向周围扩散，几分钟后仅向下渗透不见;滴油则立即扩散，似乎亲油性比亲水性还强些。粉末呈灰黄色，具滑感，焙烧后呈浅棕色。和水后湿泥团灰绿色，不具明显土臭气味，粘性及可塑性均强，可搓成直径小于1毫米的细长土条，捏成的土饼晒干后收缩不多且不易裂开，龟裂不发育。湿泥块或干燥碎块或陶土膜投入水中不明显膨胀，长期不崩解，搅拌后成的胶体溶液呈米黄色，具肥皂样的粘性和滑腻感，跟膨润土大不一样。

2、化学成分：根据广东省地矿局七五六地质队对该土化验结果（%）：SiO₂55.59，Al₂O₃20.03，Fe₂O₃7.68，FeO 0.325，TiO₂1.75，MgO1.41，CaO 0.97，K₂O 0.44，Na₂O 0.02，P₂O₅0.103，MnO₂0.02，H₂O⁺11.6，TR₂O₃0.17（浸出品位为0.003%），Sc₂O₃0.0017。上述成果中主要值与国内12个省的膨润土矿对应的平均化学成分相比较，对比率（%）：SiO₂82.31，Al₂O₃129.39，Fe₂O₃391.84，TiO₂648.15，MgO50.72，CaO 49.74，K₂O 46.32，Na₂O 2.35;与国外18个矿床之膨润土矿平均化学成分相比较，对比率（%）：SiO₂94.96，Al₂O₃140.36，Fe₂O₃267.60，TiO₂514.71，MgO 53.21，CaO 50.52，K₂O 38.94，Na₂O 0.58。由此可知，铁蒙脱石与膨润土相比，最大特点在于富钛、铁，而贫钠、钾、钙、镁，因而反映在其物理、化学及工艺性能上也就有所差别，而且有其特有的性质和用途。

全国矿产储量委员会编《矿产工业要求参考手册》（以下简称《手册》）对膨润土的要求工业指标（%）：SiO₂60-75，Al₂O₃12-20，Fe₂O₃＜3.5，CaO+MgO＜6，K₂O+Na₂O＜3。依此衡量，该种铁蒙脱石粘土Ca、Mg、K、Na、Al氧化物均符合要求;SiO₂有点偏低，但它化学性质极不活泼，不会影响质量;Fe₂O₃偏高很多，对某些要求铁含量低的使用方面影响很大，但对其他使用方面没有影响，例如，绿脱石虽含Fe₂O₃30%左右，但仍可代替钠质膨润土作铁球团粘结剂使用。因此，该种铁蒙脱石粘土化学成份方面总的来看与膨润土很相近。

3、矿物成份：广东省地质测试研究中心对该土测试结果：①X射线衍射分析的衍射曲线图上，20＝5.8°、d（001）＝15.362

的峰最强，为蒙脱石，含量占80%左右，其他矿物有高岭石、埃洛石共占10%左右，伊利石、石英、长石各占3%左右。②差热分析：差热曲线图上第一吸热谷在147℃，为单谷（钙质膨润土为复谷），是逸出层间吸附水的反应;第二吸热谷为逸出结构水所引起，一般钙、钠蒙脱石在600-700℃间，但根据南京大学《矿物的差热分析》，此谷随铁和镁替换结晶构造八面体层中的铝的影响表现很明显，随着铁含量增加而降低吸热效应的温度，如铁蒙脱石含铁7-8%吸热谷在500-600℃，绿脱石含铁30%左右吸热谷降为400-600℃;随着镁含量的增加而提高吸热效应的温度，如富含镁的蒙脱石（皂石）为800-900℃。雷州铁蒙脱石含铁8%，第二吸热谷在564℃，与上述情况一致。第三吸热谷在897℃，晶体结构彻底破坏;紧接着是矿物重结晶，形成新的矿物-尖晶石和石英等，并在934℃出现一个放热峰。据此定该粘土主要含铁蒙脱石，其次含少量高岭石。③电子显微镜定的照片上，粘土矿物主要形态为粒径1-5μ、形状不规则、边缘涡旋状、中间凹凸不平、形如黑木耳样的弯曲片状集合体，其次为絮状或晴云状集合体，再次为粒径1μ零星分布的少量立方体小颗粒，这些形态反映出蒙脱石的电子显微面貌。根据上述综合测试成果，得知该种铁蒙脱石粘土含铁蒙脱石80%左右，高岭石、埃洛石共10%左右，伊利石、石英、长石各3%左右。根据《手册》，膨润土是一种多用的矿种，主要取决于蒙脱石的含量、分散性和属型，故规定膨润土矿的蒙脱石的边界含量为50%，最低工业平均含量为60%。依此标准衡量，该种铁蒙脱石粘土含铁蒙脱石达80左右，应是较优质的了，完全可与膨润土矿相类比。

4、胶质价（胶体率）：经测试胶质价为100毫升/15克（或%）。所谓胶质价是指以15克样品制成100毫升泥浆（浓度15克/100毫升，或14%）静置24小时后胶体溶液或下沉之悬浮液体积。上述胶质价100%意味着全为胶体液，没有发生上清液。《手册》要求钙质和钙钠质膨润土胶质价≥50%，据此，该种铁蒙脱石粘土超过此指标。江苏凹凸棒石粘土胶质价为44-58%。

5、吸兰量及阳离子交换性能：吸兰量是以100克膨润土试样吸附亚甲基兰〔C₄H₁₂N₃S〕⁺·Cl^-的克数来表示，用它来了解膨润土的阳离子交换容量，判断膨润土的蒙脱石大致含量。因为，亚甲基兰在水溶液中形成一价的有机阳离子，能与膨润土发生阳离子交换反应，形成有机膨润土复合物;同时亚甲基兰的Cl^1-离子与从膨润土中交换出来的金属阳离子结合成氯化物并溶于溶液中。广东省地质测试研究中心测试该种铁蒙脱石粘土吸兰量为26.88克/100克，《手册》要求钠质膨润土吸兰量≥18克/100克，据此，认为该种铁蒙脱石超过指标要求;同时也可判断其阳离子尤其是有机阳离子的交换性能必然也良好，甚至堪与钠质膨润土相类比。江苏凹凸棒石粘土吸兰量为11-23克/100克。

6、膨胀性：干燥膨润土投水中吸收大量水而体积膨胀，钠质膨胀土膨胀性能最好，钙质膨胀土膨胀性不好。铁蒙脱石投水中体积没有明显增大，膨胀性最小，经测试，20目试样粉吸水饱和后体积增加仅56%;膨胀度（膨润度）为1克/克;膨胀倍（膨胀力）数为7.50毫升/克。按《手册》对活性白土要求，膨胀倍数≥8毫升/克，该种铁蒙脱石粘土达不到指标要求;但在其他用途方面，对膨胀倍数没有要求，只要其他指标达到即可。江苏凹凸棒石粘土膨胀倍数为4-8毫升/克。

铁蒙脱石膨胀性小的主要原因，笔者认为，一是，原子量大的Fe³⁺离子大量置换晶胞（单位晶层）内铝氧八面体中原子量小的Ca²⁺、Al³⁺等离子，质量增加，晶胞间引力加大，晶层间距减小，解离加难;二是，Fe³⁺离子大量为晶胞的晶层底面吸附，堵塞了部份水分子进入的通道。如果在水介质悬浮液中加适量碳酸钠，则Na¹⁺离子性活泼，可交换出Fe³⁺离子，提高蒙脱石的解离度，并使水乘隙而入，引起膨胀性及分散性的增加。因此，膨胀性是随介质而变更的，不应是决定质量标准的主要因素。

7、崩解性：就是粘土泡入静水后，由于吸水而使土粒连结被削弱、破坏，使体积膨胀，引起崩散解体的特性。崩解性可用崩解所需时间、崩解速度、崩解量和崩解方式来说明。崩解性与土的粒度成份、矿物成份、结构等关系极大。为便于说明铁蒙脱石的崩解性，在此以几种主要粘土矿干燥碎块来作对比：

广东沙尾白色高岭土：入水后立即冒气泡，膨胀快，1分钟即可崩解成粉状细粒，摇晃可成乳白色悬浮液。湿泥块入水不立即崩解，经20分钟才崩解。

浙江缙云粉红色钙质膨润土：入水后立即冒气泡，膨胀快，5分钟即可崩解成粉状细粒，摇晃可成粉红色悬浮液。湿泥块入水不立即崩解，泡5小时即崩解。

浙江临安灰绿色钠质膨润土：入水后不冒泡，不膨胀，1分钟后其表面产生白色膜，半小时后裂成碎屑，1天后白色膜增厚变为乳白色胶状物，摇晃之即成白色胶体溶液。

湖南湘潭浅紫灰色海泡石粘土：入水后冒气泡，1分钟后沿层理方向慢慢膨胀裂开，但不崩解成细粒，摇晃后成浅紫灰色悬浮液。湿泥块泡5小时稍有裂纹，但不散开。

江苏盱眙灰绿色凹凸棒石粘土：入水后冒气泡，5分钟后稍微膨胀并崩解成带稜角的碎屑，泡1天软化后摇晃不成悬浮液，碎屑保持原形。湿泥块泡4小时崩解成碎块。

雷州灰绿色铁蒙脱石粘土：入水后微冒气泡，2小时后裂成带稜角的碎屑并软化，泡一月后摇晃也不成悬浮液，碎屑保持原形。湿泥块泡一月也不崩解。

综上所述，崩解性的大小是：钙质膨润土＞高岭土＞海泡石＞钠质膨润土＞凹凸棒石＞铁蒙脱石。因此，铁蒙脱石是上述粘土崩解性最小者，具有其独特工艺性能，这对作颗粒饲料及涂料甚为有利。

8、收缩性：将铁蒙脱石粘土加适量水揉成湿泥团，搓成平均直径13.6毫米园球，暴晒一周干后平均直径缩减为11毫米，收缩性较大，这对陶瓷制坯有些影响。

线缩率＝ (13.6-11)/13.6 ＝19%，体缩率 ＝ (4.1888(6.8³- 5.5³))/(4.1888×6.8³) = 47%

9、陶土膜性质：将粘土胶溶液薄薄涂于玻璃板面上，干燥后形成片状矿物水平排列的粘土薄膜称为陶土膜。不同种类的粘土有不同性质的膜。膜的性质关系到它在作涂料等方面的利用途径。现分别将几种粘土制成的薄如纸的膜的性质作对比如下：

沙尾高岭土膜：乳白色，没有龟裂纹，表面不光滑，质疏松而软，手指轻轻一摸即成粉末，膜不能剥下。碎片轻放水面即沉且崩解。

缙云钙质膨润土膜：粉红色，表面不光滑，龟裂发育，呈1-5毫米不规则状，裂缝间距可达0.8毫米，质疏松而软，一摸即成粉，膜不能剥下。碎片轻放水面即沉且崩解。

临安钠质膨润土膜：乳白色，表面不光滑，龟裂发育，呈1-5毫米不规则状，边缘向上卷起，易剥落，裂缝间距0.5毫米，质比前三者较硬。膜不能剥下。碎片轻放水面几秒钟下沉且崩解。

湘潭海泡石膜：灰白色，土状光泽，龟裂不发育，无上述裂成细小鳞片现象，仅裂成约4-5平方厘米的碎片，膜可剥下，微具弹性，质较硬而脆。滴水或油于其上立即扩散。碎片轻放水面5秒钟下沉，但不崩解。

盱眙凹凸棒石膜：性质与临安钠质膨润土膜相似。滴水或油于其上立即扩散。碎片轻放水面立即下沉，稍崩解。

雷州铁蒙脱石膜：灰绿色，表面光滑，龟裂发育程度次于海泡石膜，可成10平方厘米左右的胶状碎片，质较硬，手抚有滑感，膜可揭下来，且有一定弹性，最薄处呈半透明状。膜碎片轻放于水面可较长期（2个月）漂浮，其下面因吸水较多膨胀大而向下凹，凹处没有水，也没有湿润，由此证明其隔水性能相当良好，此乃该土最大特性。膜碎片投入水底很快软化，但仍具一定强度，每天摇晃几分钟，1个月也还保持其碎片状原貌，不成为胶溶液。膜碎片轻放于油面，几秒钟即下沉。滴水于膜面成小水珠，滴油则立即扩散。以加碱铁蒙脱石胶溶液制成的膜，无裂开现象，附着力较强，不能剥下，滴水或油于膜面立即扩散，加水摇晃可成胶溶液。这些性质与上述其他粘土的大小不一样，实为其特性，它对作涂料及水产颗粒饲料甚为有利。

10、胶体沉积形态：铁蒙脱石在水分散体系中，泥浆浓度低时（如2.4%），沉降过程中，胶体物质呈典型的絮凝悬浮液，此时片状铁蒙脱石颗粒呈脚手架状、菱形纲格状排列，形成蓬松结构;同时随着继续下沉，此结构逐渐变小，但不成为密实沉积结构。泥浆浓度大时（如7.8%以上）絮凝结构更细小，肉眼难以察觉到，沉积物仍为蓬松结构，摇晃时可流动。在盐及碱水溶液中，肉眼难以见到矿物呈如上的排列，但沉积物呈蓬松状，也属絮凝悬浮液。以200目铁蒙脱石粉搅拌成的浓度为7.8%的悬浮液，由于晶体解离度低，颗粒大，故沉积很快，仅2小时即基本沉积完，且呈较密实结构。因此，只要分散充分，就有絮凝沉积，也就有触变性。

11、粘性及滑腻性：铁蒙脱石粘土湿泥团粘性强和成稀泥浆后的滑腻性也强。以几种主要粘土矿作对比，其粘性及滑腻性由大至小的顺序为：铁蒙脱石-钠蒙脱石-海泡石-凹凸棒石-钙蒙脱石-高岭石。铁蒙脱石粘土粘性及滑腻性大的特性对作粘结剂和润滑剂极为有利。

12、土臭气味：经对比，以下几种粘土矿遇水后土臭气味由强至弱的顺序为：海泡石-高岭土、膨润土-凹凸棒石-铁蒙脱石。土臭味低对食用油的脱色及水箱除臭剂甚为有利。

13、触变性：指胶溶液搅拌时变稀（切力降低），静置变稠（切力升高）的特性。它系因触变体系中纲格状结构的形成、破坏及恢复所引起，即只要有絮凝就有触变性。它以形成或恢复此结构所需的时间和最终的凝胶强度的大小来衡量。铁蒙脱石水胶溶液浓度2.4%，静置30分钟即见菱形纲格状絮凝结构;浓度13%，置1天后，流动性变低;浓度22%的盐水泥浆及浓度10含碱0.5%的泥浆，置1天后成为不流动的黄油状的凝胶，但用力摇晃后仍为泥浆。故说明铁蒙脱石的各种泥浆，均具有较好的触变性能，这对作钻探泥浆和涂料甚为有利。

14、热稳定性：指在深钻井时，泥浆在高温下不会引起严重的井底胶凝的性能。笔者将浓度为13%的雷州铁蒙脱石粘土、盱眙凹凸棒石粘土悬浮液，分别装于试管中，再置热水瓶中，以100℃左右温度保持1天后取出，发现两者胶体率均为100%，仅因水分蒸发体积减少约13%;但前者没有絮凝，仍为可流动的悬浮液，而后者却胶凝为不流动的凝胶。因此，铁蒙脱石粘土胶体液起码在100℃时热稳定性相当良好，甚至还比凹凸棒石的强些。这对作深井泥浆来说至为重要。

15、抗盐性能：就是在海上石油钻井时，泥浆在高浓度盐的作用下不会降低粘度和触变性的性能。笔者通过以下四种粘土在饱和盐水中分散性试验，发现雷州铁蒙脱石粘土分散性能高于临江钠膨润土，而略低于盱眙凹凸棒石及湘潭海泡石的，由此判断其抗盐性能也必然如此，应能符合海上石油钻井要求。

16、分散性：就是粘土矿物颗粒分散在分散介质中的性能。工农业以及科技研究等方面利用膨润土主要是取其粘结、可塑、膨胀、分散、悬浮、触变、润滑、催化、吸附、阳离子交换等物理化学特性。膨润土的分散性能是它的多种物化性质的综合体现，是膨润土各种物性中的最基本的性能，关系到膨润土的利用途径和价值。此处以如下分散介质对六种主要粘土矿物作了分散性能的观察对比试验（观察时间均为1个月）：

（1）在水中的分散性：

①浓度4.8%的粘土悬浮液：沉降隐定所需时间及胶体率为：沙尾高岭土30分钟，18%;缙云钙质膨润土30分钟，11%;临安钠质膨润土2小时，13%;湘潭海泡石及盱眙凹凸棒石1天，79%;雷州铁蒙脱石1天，58%，8天，42%。

②浓度7.8%的粘土悬浮液：沉降隐定所需时间及胶体率为：临安钠质膨润土1天，13%;盱眙凹凸棒石1天，95%;雷州铁蒙脱石1天，100%，19天，74%;雷州铁蒙脱石200目粉加水搅拌成的悬浮液（其他各种悬浮液均为以粘土碎块直接磨研成的）1天，37%。

③浓度13%的粘土悬浮液：盱眙凹凸棒石及雷州铁蒙脱石悬浮液沉降隐定时间均为1天，胶体率100%。所不同者前者静置后胶凝成为没有流动性的凝胶;后者仍为胶体溶液。与此比较，浓度23%的沙尾高岭土悬浮液静置1天胶体率才70%。

（2）在饱和盐水中的分散性

①浓度13%的粘土悬浮液：临安钠质膨润土碎块在饱和盐水中浸泡近1个月也不解体散开，难以制成悬浮液。其他粘土悬浮液沉降隐定时间及胶体率为：湘潭海泡石及盱眙凹凸棒石1天，胶体率100%，为不流动的糊状凝胶;雷州铁蒙脱石，1天，77%，胶体液可流动，但较缓慢且上部见絮凝现象，具显著触变性。

②浓度22%的雷州铁蒙脱石悬浮液沉降1天时胶体率为100%，为糊状凝胶。

（3）雷州铁蒙脱石水悬浮液加碱（碳酸钠）后的分散性：

①浓度5%的水悬浮液加碱沉降1天时胶体率：加碱0.25%、PH3时为73%;加碱0.5%、PH10时为90%;加碱1.5%、PH10.5时为75%;加碱2%、PH11时为63%。由此看来，加碱过少或过多均不利，此处以加碱0.5%为最佳。因为碱既是改型的交换剂、分散剂，又是可溶盐类凝聚剂，加少时，PH＜8，改型不全，解离成单位晶胞程度不足，分散性差;加多时，PH＞10，虽改型全，但多余碱形成电解质，使粘土液凝聚沉降，降低分散性;加碱适当时，PH9左右，既能改型又可避免凝聚，故分散性最高。

②浓度10%的水悬浮液加碱沉降1天时胶体率：加碱0.25%、PH8时为93%;加碱0.5%、PH9时为100%，胶凝后成不流动的糊状凝胶;加碱1.5%、PH10时为100%，也为凝胶，但较稀。此处以加碱0.5%为最佳，也是最佳加土率和加碱率。12%悬浮液加碱1%、PH9，经1天静置胶凝而成的凝胶似如润滑用的黄油，滑腻感很强，可分散于机油中，油水相溶。

综上所述，铁蒙脱石粘土浓度7.8%水悬浮液、22%饱和盐水悬浮液、加碱0.5%的浓度10%水悬浮液，胶体率均达100%，且后者胶凝后可成为凝胶，故该土的分散性能良好。按照“膨润土的分散性能是它的多种物化性质的综合体现，是它的各种物性中的最基本的性能，关系到膨润土的利用途径和价值。”这一理论来推断，该种铁蒙脱石的其他性能必然也能符合要求，故目前不必也不可能予以一一测试。因此，铁蒙脱石粘土跟膨润土、海泡石或凹凸棒石粘土矿相比，性能基本相近，完全可以作为新型非金属矿产原料加以开发利用。

四、铁蒙脱石粘土产品的加工技术

铁蒙脱石粘土开采出来后呈湿的团块，可按如下流程加工成系列产品：

1、铁蒙脱石颗粒及粉状产品的加工流程：

（1）原土分类：粘土含砂程度有所不同，开采过程受砂污染也不相同，为此需按含砂量的多少，将粘土分为含砂的和不含砂的两类，并分别堆放。选别方法，可以是人工手选，也可以是分别采掘。不含砂或含砂极少的粘土块，经100℃左右烘干或晒干即构成原土块产品。

（2）洗选：将含砂较多之原土块置泥浆搅拌机制成泥浆。泥浆浓度不能太大，以免影响砂之沉降。将泥浆通过一系列沉淀池，即淘汰掉砂粒而获得糊状精泥，经100℃烘干或晒干即成原土精泥块产品。

（3）胶磨：铁蒙脱石呈片状集合体，为提高分散性及不使晶体过细，可将上述糊状精泥用胶磨机胶磨，使集合体被撕开分离。胶磨后呈胶溶液，沉降很慢，可加适量絮似剂（如明矾）使其沉淀，也可选用沉淀池、常规过滤、水力旋流器、离心机等方法去掉水分获得湿泥团，经100℃烘干或晒干即得原土胶磨精泥块产品。

（4）烘干：将上述三种产品分别破碎成2厘米左右，进一步烘干。

（5）磨粉：通过球（棒）磨机或其他磨矿设备，把干燥的这三种产品分别磨成需要的粒度，一般为200目（筛网孔径0.355毫米），即成原土、原土精泥及原土胶磨精泥三种粉状产品。

2、钠型铁蒙脱石粉的加工流程：前已述及，铁蒙脱石粘土具有较大阳离子交换性能，故其泥浆加碳酸钠后Na⁺离子可交换铁蒙脱石中某些阳离子而改为钠型，从而提高其晶体解离程度及分散性。加工流程为：

（1）改型：将原土或精泥块或胶磨精泥块加2-2.5%的苏打粉，置搅拌机中，添加适量水搅成泥团，然后取出置放二、三天，使其充分交换，即得这三种钠型铁蒙脱石泥团。

（2）烘干：将改型后泥团分别置烘干室以100℃温度烘干。

（3）磨粉：以上述机械，分别将烘干的改型的原土、精泥、胶磨精泥按需要粒度磨成粉，一般为200目，即成钠型铁蒙脱石粉、钠型铁蒙脱石精泥粉、钠型铁蒙脱石胶磨精泥粉三种产品。

3、有机覆盖铁蒙脱石粉产品的加工流程：有机覆盖膨润土是有机化合物的有机阳离子交换了蒙脱石中可交换性阳离子，或酸化后蒙脱石同极性有机分子反应后由氢键使之结合，为有机层所覆盖而形成。这种有机覆盖颗粒是疏水亲油的，可同各种有机化合物聚合，作为制造高温润滑脂稠化剂等用。前已述及，铁蒙脱石和钠质膨润土相近，有较大的有机分子或阳离子吸附的性能，而且具有良好的滑腻性，故可加工成为作润滑脂稠化剂等用的有机覆盖铁蒙脱石粉产品。现分两类产品：

（1）含有机分子的有机铁蒙脱石粉：加工流程为：

①制悬浮溶液：可用原土洗选过程中沉淀砂后之泥浆，其浓度以5-10%为宜。

②改型：制含有机分子的有机膨润土是先根据有机分子极性的强弱不同，使用酸度高低不同的酸，使其被酸化后改为氢型土。由于产品性质、用途和制造方法有多种，此处不便一一予以提出，而只以制高温润滑脂用的氨基酰 膨润土为例来加说明。酰

极性不强，可使用酸度中等的磷酸H₃PO₄来酸化。作法是，导上述悬浮液至由耐酸碱材料制成的酸化池，加入铁蒙脱石粘土重量的14%的磷酸进行酸化，同时不断搅拌使酸化迅速而均匀。

③覆盖：就是使蒙脱石吸附有机分子形成复合体的方法。覆盖剂有多种，随用途不同而选择使用，此处选择酰

为覆盖剂来予说明。作法是，待上述悬浮液酸化完毕后，将事先溶有酰

覆盖剂的水溶液在搅拌下徐徐加入酸化土中进行覆盖，很快形成疏水凝乳，将水倾出即覆盖完毕。

④干燥制粉：将覆盖后凝乳导出并以100℃左右温度烘干，再以机械加工至200目左右即成氨基酰

铁蒙脱石粉产品。也可以采用较现代化方法，即：利用连续式常压喷雾干燥器（可分为离心、机械及气流喷雾干燥器），将上述疏水凝乳喷成雾状，使其与温度相当高的空气接触而迅速（一般不超过30秒钟）干燥，并成粉末落下，直接包装成有机覆盖铁蒙脱石粉产品。

（2）含有机阳离子的有机铁蒙脱石粉：加工流程：

①制悬浮液：同前。

②改型：选碳酸钠、硅酸钠、磷酸钠、草酸钠、鞣酸钠等之一作交换剂，进行钠化改型处理。

③覆盖：将改型后胶溶加温至80°-100℃，在搅拌下徐徐加入季胺盐等，使其由亲水胶体变为亲油胶体（C₁₈H₃₇）。

④干燥制粉：同前。

五、铁蒙脱石粘土产品的利用技术方案

现根据铁蒙脱石粘土独特的性能及有关参考资料，以类比及推理方法，拟出如下一些利用途径和技术方案：

1、作优质钻探用泥浆原料：以钠型铁蒙脱石制成的泥浆胶质价高，分散性和触变性良好，且具热稳定性及抗盐性，故适于作海上油气及地热深井钻探之优质泥浆。例如，浓度10%加碱0.5%    PH为9的泥浆，胶体率达100%，造浆率估计每吨10立方米左右，且触变性良好，搅动时可流动，静置则成不流动的凝胶。触变性对钻井甚为重要，因为，钻进中泥浆受搅动大的部份性质稀薄，流动性大，可减少阻力，提高效率;受搅动小的部份性质稠浓，岩屑可悬浮其中并被带出钻井外，而且也可粘固井壁，使之不塌孔;停钻时泥浆呈凝胶状，岩屑悬浮其中不致下沉埋孔。据美国80年一专利推荐：浓度为5-7%的膨润土泥浆，添加聚丙烯酸钙5%，可制成造浆率高达400-670桶/吨（以1桶＝119公升计，相当47.6-79.7立方米/吨）的钻井泥浆，且其胶化性好，失水量少。可依此类比，浓度为5-7%的铁蒙脱石粘土泥浆，添加聚丙烯酸钙5%，可制成造浆率高的泥浆。

2、作铁蒙脱石润滑脂的稠化剂：铁蒙脱石粘土具有较高的吸兰量，交换有机分子及阳离子的性能良好并可为其所覆盖，同时其滑腻性良好，故适于作润滑脂的稠化剂。现拟出如下3种润滑脂的加工技术方案：

（1）氨基酰 铁蒙脱石润滑脂：将前述之洗选铁蒙脱石精泥过程中浓度5-10%泥浆，导入不锈钢锅内加热至90-100℃，加入铁蒙脱石重量的14%的磷酸进行酸化，待沸腾后将事先溶有酰 覆盖剂的润滑油在搅拌下徐徐加入酸化土中进行覆盖，很快形成疏水凝乳，继续煮沸10-20分钟将水吸出，继续升温至120-130℃即成脂。在出锅前添加添加剂及补加0.6%酰 作润滑剂。

（2）有机铁蒙脱石润滑脂：润滑油采用高温（＞400°F）时热稳定性好的卤代碳酸盐或液状有机硅。有机硅除具有高的热稳定性外，来源广，易于获得。制法是：将6%的有机铁蒙脱石和一定数量的润滑油混合，使形成良好的糊状物。将混合物加热到40-45℃，再加入小于1%的分散剂和辅助分散剂，如丙烯碳酸盐、丙三醇、己烯乙二醇等，以提高其分散作用。搅拌1小时，温度保持在40-45℃之间。最后将混合物冷却即成。

（3）简易型铁蒙脱石润滑脂：前已述及，铁蒙脱石粘土的特点是亲油性比亲水性还强，也就是说，土与油可直接相结合，不一定先予作有机覆盖，因此设想出以下三方案：其一，将前述之洗选铁蒙脱石精泥过程中浓泥浆，导入不锈钢锅中加热90℃左右，在搅拌下徐徐加碳酸钠使PH为9，保温20余分钟使之解离及分散充分。然后在搅拌下徐徐倒入润滑油，则出现疏水的凝乳，继续煮10-20分钟，将水吸出，再加温到120℃即成脂。其二，将润滑油置锅内加温到90℃，在搅拌下徐徐加200目钠型铁蒙脱石粘土粉，使之成糊状，继续搅拌并保温1小时，冷却后即成脂。其三，将200目以下铁蒙脱石粉直接掺合到润滑油内，经充分搅拌成稠浓糊状即成。经初步试验，200目土粉与油很易相结合成灰绿色润滑脂，其滑腻性及粘滞性很强，可拉成细条状，且具可塑性，静置不变形不流动，性质与黄油很相近;但200目颗粒较粗，手揉之有颗粒感，如以更细土粉调制，或再经胶磨，其性质必更细腻。

3、作橡胶的填充剂。据湖南地矿局资料，海泡石族粘土与硅化烷和硅烷群的混合物，与三烯胺或聚乙烯二醇等活化剂配合，可用作橡胶的半强化填充剂。膨润土用于橡浆的作用是使其变厚和稳定，还可以在橡胶基的油漆中以及橡胶粘合剂中做为乳胶的稳定剂。据此，来论证铁蒙脱石粘土作橡胶的填充剂之可能性：铁蒙脱石粘土与膨润土、海泡石族粘土性质相近，且吸附有机分子或阳离子性能较强，粘性大，分散性及触变性良好，故应能作橡胶的填充剂。

4、作铁矿球团及铸造型砂的粘结剂：因该土粘性及可塑性强。

5、烧制陶粒、紫砂陶器、釉面砖、琉璃瓦及普通砖瓦：陶粒土工业要求矿物成分以伊利石、蒙脱石为主;化学成分（%）SiO₂40-70，Al₂O₃12-20，Fe₂O₃5-9，CaO 0-5，MgO 0-3，K₂O+Na₂O 1-5，有机质1-2，故该土符合此要求，但如掺约2%煤粉作为发泡剂效果更佳，使陶粒容重≤1g/cm³。烧紫砂陶器、釉面砖、琉璃瓦及普通砖瓦时因该土含砂少，干后收缩大易变形，故合泥时须加适量细砂或砂土。

6、作水泥、灰浆添加料：在普通水泥或水泥浆中加入1-2%的膨润土可以增进可塑性，减少混凝料的分凝作用，并提高不透水性。铁蒙脱石粘土粘性及不透水性均强，故更适于此用。

7、作铁蒙脱石内外墙涂料：铁蒙脱石具有吸附有机分子及阳离子的能力，且其薄膜光滑而较硬，水浸不崩解，胶液分散性及触变性强，适于作内外墙涂料填充剂。现拟出其制作方案如下：将铁蒙脱石洗选后得到的米黄色糊状或块状精泥置入搅拌机，加适量水搅拌成浓泥浆，并徐徐加入200目熟石膏粉（或熟石灰粉），使颜色变为乳白色或白色;加适量粘结剂水溶液（如聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇水溶液）;再加少量表面活化剂（聚乙二醇型或多元醇型非离子表面活化剂）、消泡剂（如辛醇、酯肪酸、磷酸三丁酯、有机硅油等）、水玻璃、颜料和分散剂（碳酸钠）等，经充分搅拌为乳胶状即成。也可将上述加熟石膏粉的精泥，加颜料调色后再加商品乳胶漆的稀释液，或加聚乙烯醇水溶液、水玻璃，调合成适当浓度并充分搅拌而成。

8、作防火隔热板及瓦板：铁蒙脱石土遇水不崩解，其湿泥的粘性强，干后龟裂不发育且质较硬，有一定抗压抗张性能。其制作方案是：以适当比例的低质量铁蒙脱石粘土、细砂、水泥及切成短截的草、蔗渣相混合，加入水搅拌成泥团，再与一层铁丝网或竹篾网一起压入厚约2-3厘米具一定形状的模具中，待阴干后即成防火隔热板。如在压入时于表面敷厚2-3毫米的加砂水泥浆，干后即成瓦板。

9、作动物饲料添加剂及粘合剂：据湖南地矿局资料，由于海泡石族粘土加入饲料内能形成一种胶体，使饲料流经动物肠道的速度减缓，故能增强蛋白质的充分消化和被动物体吸收，这种添加剂不但可节约饲料的用量，还可缩短家畜家禽的生长周期。例如，长沙市饲料公司通过一年多的时间，先后对720头猪进行饲料试验，取得良好效果，猪的生长周期由120天以上，缩短为110-120天，料肉比由通常的3.8～4.0∶1，降为3.1～3.2∶1。另据国外资料，饲料中加入0.5-3%-7%的海泡石族粘土可改进猪饲料的功效，促进其生长。加入量达10%时，可改进小鸡和家兔的饲料功效，家兔可增重6-7%。据湖南地矿局资料，用海泡石族粘土作粘结剂所制成的饲料丸（颗粒饲料），其耐用率可达95%，较膨润土、木质硫酸盐等粘合剂为佳，而且可以在低温低压简易设备条件下加工配制，以防止维生素、蛋白质之类在高温下水解，同时在生产过程中节约了能源。另据资料，使用1-5%的膨润土可做为动物饲料的成粒粘合剂以及湿糠型饲料的悬浮剂。此外，因膨润土往往吸附一定量的动物必需的微量元素，如钴、铬、铜、铁、碘、锰、钼、锌、铷、磷、稀土等，在动物肠胃中消化酸液可使这些元素离子被解脱出来，并被肠吸收，从而构成动物的矿物质营养来源之一。再者，膨润土具吸附性能，可以控制动物肠胃中氨的量，防止过量氨引起的中毒现象，也可减少粪便腐败臭气。根据以上资料，来论证铁蒙脱石粘土作动物饲料添加剂及粘合剂的可能性：铁蒙脱石粘土性能与海泡石族及膨润土相近，而且含铁、磷、锰、稀土等元素较高;同时不管它是干，还是湿，还是呈薄膜，长期浸水虽软化而不崩解，仍保持原貌;再者，其遇水后，土臭气味远比海泡石族粘土及膨润土低，不会有碍动物食欲，因此，以铁蒙脱石粘土作动物饲料添加剂及粘合剂更为有利，其效果势必良好，尤其应更适于作水产颗粒饲料。

10、作膨润土及海泡石族粘土的代用品。

六、对本技术方案的评价

综上所述，笔者认为本技术方案依据充足，构思新颖，具创造性及实用性，如果有兴趣的实业家能予付诸实现，则将会获得好的经济和社会效益，并将增加一种新型非金属矿产。但是由于笔者各种条件及能力所限，研究及实验得还很不够，更未予实践，只能是一种技术思想、技术方案，是纸上谈兵。因此，对这种粘土具体产地（矿点），在开发利用之前必须进行地质勘察，并按本方案作些利用方面的实验，在均取得较理想成果时才可予以酌情实施。以上妥否？敬请专利局审批，谢谢。

Claims (2)

1、本发明是对铁蒙脱石粘土开发利用的发明，该种粘土不属膨润土，目前发现不多且还未作为有用矿产加以利用，本发明的特征就是根据该土性质与膨润土、海泡石族粘土矿相近，且有某些独特性能，而设计将它开采出来，经洗选、胶磨、沉淀、烘干、磨粉等流程加工成铁蒙脱石粉产品，经对原土或精泥或胶磨精泥加苏打改型、烘干、磨粉制成钠型铁蒙脱石粉产品，经对精泥酸化、酰

覆盖、干燥制粉制成氨基酰

有机覆盖铁蒙脱石粉产品，经精泥钠化、季胺盐覆盖、干燥制粉制成季胺有机覆盖铁蒙脱石粉产品。

2、根据权利要求1所述产品，其特征是将铁蒙脱石粘土原矿掺煤粉烧制陶粒，掺细砂或砂土烧制紫砂陶器、釉面砖、琉璃瓦及普通砖瓦，掺水泥、蔗渣、草等制防火隔热板及瓦板，将铁蒙脱石粉作水泥添加剂、内外墙涂料填充剂、动物饲料添加粘结剂、橡胶填充剂，将钠型铁蒙脱石粉作钻探泥浆原料、铁矿球团粘结剂、铸造型砂粘合剂，将有机覆盖铁蒙脱石粉制作润滑酯稠化剂，以及将这些产品作膨润土、海泡石族粘土产品的代用品。