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凹凸棒石

第一节矿物性质、矿石类型
凹凸棒石是美国佐治亚州Attapulgus地区产的粘土名称,又名坡缕石或坡缕缟石,是一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物。
—、凹凸棒石的性质
(一)凹凸棒石的晶体结构
凹凸棒石为单斜晶系,其晶体结构属2:1型粘土矿物,即两层硅氧四面体夹一层镁(铝)氧八面体,其四面体与八面体排列方式既类似于角闪石的双链状结构,又类似云母、滑石、高岭石类矿物的层状结构。在每个2:1层中,四面体片角顶隔一定距离方向颠倒,形成层链状结合特征。在四面体条带间形成与链平行的通道。据推测,通道横断面约为3.7×6.3,通道中被水分子所充填。这些水分子的排列,一部分是平行于纤维轴的沸石水,另一部分是与水镁石片中镁离子配位的结晶水。其结晶结构为针状,和角闪石系石棉十分相似,由细长的中空管所组成。
(二)凹凸棒石的化学组成
凹凸棒石的理想化学式为;Mg5(H2O)4[Si4O10]2(OH)2,化学成分理论值为MgO23.83%,SiO256.96%,H2O19.21%.自然界中的凹凸棒石常有Al3+、Fe3+,等类质同象置换,富Al3+、Fe3+的变种称为铝凹凸棒石和铁凹凸棒石。各种凹凸棒石粘土的化学成分列于表1中
                      表1 各种凹凸棒石粘土矿石类型化学成分,%

矿点
矿石类型
SiO2
MgO
Al2O3
CaO
TiO2
MnO
Fe2O3+FeO
Na2O
K2O
龙王山
凹凸棒石粘土
58.38
12.10
9.50
0.40
0.56
0.05
5.26
1.10
1.24
雍小山
凹凸棒石粘土
57.01
11.35
9.62
0.42
0.55
0.01
5.54
0.08
1.32
小盘山
凹凸棒石粘土
52.53
8.80
13.25
7.09
0.64
0.08
7.30
0.06
0.97
嘉山
凹凸棒石粘土
61.83
11.05
9.03
0.66
0.52
0.11
4.98
0.06
0.81
白云石凹凸棒石粘土
48.32
7.34
14.06
6.07
0.72
0.15
1.16
0.59
2.56
硅质凹凸棒石粘土
77.82
4.27
6.38
0.78
0.54
0.02
3.17
0.50
0.59
凹凸棒石蒙脱石粘土
58.17
2.44
19.52
1.64
0.82
0.06
7.52
0.13
2.35
蒙脱石粘土
59.76
4.52
14.23
1.50
1.52
0.11
9.41
0.09
0.58

(三)凹凸棒石的物理性质
凹凸棒石粘土的颜色视杂质的污染情况可呈现白色、浅灰色、浅绿色或浅褐色。沉积成因的凹凸棒石一般为致密块状或土状。热液成因的凹凸棒石产于岩石的裂隙中,呈皮革状外貌,质地柔软。凹凸棒石粘土在含水的情况下具高的可塑性,在高温和盐水中稳定性良好,密度小,一般为2.05~2.30g/cm3,硬度2~3(莫氏硬度)。
(四)凹凸棒石的物化性能
由于凹凸棒石独特的晶体结构,使之具有许多特殊的物化及工艺性能,成为一种用途广,经济价值高的粘土矿产之一。
1.吸蓝量
凹凸棒石粘土的吸蓝量低于蒙脱石,一般小于24g/100g。
2.胶质价
凹凸棒石粘土的胶质价低于蒙脱石粘土,一般40~50cm3/15g。
3.膨胀容
凹凸棒粘土的膨胀容低于蒙脱石粘土,一般为4~6cm3/g。
4.比表面
凹凸棒石粘土的比表面见表2。

表2 凹凸棒石粘土比表面,m2/g

产地
外表面
内表面
总表面积
安徽嘉山地区
23.0
13.6
36.6
江苏盯胎地区
23.2
9.6
32.8

5.可交换阳离子
江苏盱眙、六合等地各类凹凸棒石粘土可交换钙离子量为7.5~12.5mmol/l00g,可交换镁离子量为2.5~7.5mmol/100g.经活化处理后,可交换阳离子量明显提高。
6.吸附脱色性能
由于凹凸棒石在结构中有类似沸石的大通道,因此具有良好的吸附和脱色性能。凹凸棒石粘土的脱色力和凹凸棒石含量有关,含量越高脱色力越强,经酸活化处理后的脱色力明显提高。凹凸棒石另一个重要的特性是具有很强的吸水性
二、矿石类型
凹凸棒石矿床成因可分为两大类,即热液型和沉积型。热液型凹凸棒石矿床较为常见,但一般厚度不大,呈脉状产出,形成工业矿床的不多。工业价值较大的是沉积型矿床。沉积型又可分为陆相沉积型,海相沉积型和过渡型等几种类型。
我国发现最多的是沉积型或火山-沉积型凹凸棒石粘土矿床。江苏盱眙龙王山,雍小山等矿床属火山-沉积型凹凸棒石粘土矿床。六合盱眙地区粘土矿可划分为四种矿石类型,即凹凸棒石粘土,水云母凹凸棒石粘土,白云石
凹凸棒石粘土,蒙脱石粘土。
(一)凹凸棒石粘土
呈灰白色或浅灰色,在地表不易干裂,遇水不易散开,脱色力一般大于150,最高可达277,吸蓝量通常在15g/100g左右,阳离子交换总量、膨胀容、胶质价等指数也都相应偏低,湿压强度较高。
矿物成分主要有凹凸棒石、水云母、蒙脱石、其次为白云石,含少量石英。凹凸棒石含量30~70+%。
(二)水云母凹凸棒石粘土
外观与凹凸棒石粘土相似,灰白、灰黄色,矿物成分主要有水云母、蒙脱石,其次为凹凸棒石、白云石等。脱色力一般在100~150之间。吸蓝量一般在15~24g/100g之间,阳离子交换总量、膨胀容、胶质价、湿压强度等指数偏低。
(三)白云石凹凸棒石粘土
呈白色,竖硬,矿物成分主要有白云石,蒙脱石,其次为凹凸棒石,含少量石英,具有结晶良好的双锥β石英,凹凸棒石含量10~30%,一般脱色力和吸蓝量较低。
(四)蒙脱石粘土
呈青灰、灰绿、浅灰色,在地表易干裂成细碎粒状,遇水易分散,脱色力一般小于100,吸蓝量大于24g/100g,阳离子交换总量、膨胀容、胶质价、湿压强度等指数都很高。矿物成分主要为蒙脱石,其次为水云母、白云石、方解石。含少量凹凸棒石、石英、凹凸棒石含量一般少于10%。
第二节主要用途
由于凹凸棒石粘土具有特殊的物理化学性质,在石油、化工、建材、造纸、医药、农业等方面都得到广泛的应用。国内凹凸棒石粘土主要用于涂料、泥浆、活性白土、铸造型砂和化工等方面,用量最多的是涂科。
应用领域 主要用途:
化工 作为橡胶的加工助剂,催化剂载体,用于去除石油中的水份、硫、蓝色物质等杂质的吸附剂
深海石油钻井和地热钻井 深海钻井、内陆含盐地层石油钻井和地热钻井的优质泥浆原料
建筑材料 涂料;化工搪瓷;墙体衬料等
农药、化肥 农药载体,制作干燥、稳定的钾肥和氨肥
医药 除去黄曲霉素B1;净化糊精,除去蛋白残渣
环保 污水净化;粪便、废水的除臭、脱色
粘接剂 墙壁粘接剂,酚醛树脂粘接剂
复印、复写、印刷 压敏复写纸、印刷纸、复写接受纸,活性染料印刷基板,成色影像复合材料
原子能工业 放射性物质的处理
铸造 增强型砂强度的粘合剂
硅酸盐工业 高镁耐火材料的耐高温涂层

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