膨潤(rùn)土應(yīng)用和資源分布情況

一、天然納米材料---膨潤(rùn)土

膨潤(rùn)土的礦物學(xué)名稱叫蒙脫石。蒙脫石是由納米級(jí)的顆粒(10-1l~10-m)組成,國(guó)外稱其為天然納米材料,也叫萬(wàn)用粘土。2002年北京市理化分析測(cè)試中心對(duì)鞍山泰和膨潤(rùn)土有限公司的天然鈉基膨潤(rùn)土觀測(cè)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(guó)被發(fā)現(xiàn),但由于在美國(guó)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(yáng)離子。晶體由兩個(gè)硅氧四面體中夾一個(gè)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(jià)離子被低價(jià)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(yáng)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(shí)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(yáng)離子交換性能。

天然膨潤(rùn)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(rùn)土較鈣基膨潤(rùn)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(yáng)離子交換量高,在水介質(zhì)中分散性好,膠質(zhì)價(jià)高,加熱穩(wěn)定性好等,所以鈉基膨潤(rùn)土的使用價(jià)值高,能滿足多種用途的要求。

世界上最著名的膨潤(rùn)土產(chǎn)地在美國(guó)的南達(dá)科他州、懷俄明州,格魯吉亞等。我國(guó)的膨潤(rùn)土資源豐富,已探明的儲(chǔ)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(rùn)土礦，分布在全國(guó)26個(gè)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(yáng),河南的信陽(yáng)、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(gè)采礦點(diǎn)，但累計(jì)開(kāi)采量尚不到已探明儲(chǔ)量的百萬(wàn)分之一。

我國(guó)地礦部門20世紀(jì)90年代初的資料表明:世界膨潤(rùn)土的儲(chǔ)量?jī)H27億噸,美國(guó)鈉基土的儲(chǔ)量和產(chǎn)量均居世界第一，我國(guó)已探明的儲(chǔ)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(guó)鈉基土的儲(chǔ)量居世界第一,僅新疆和豐

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

二、膨潤(rùn)土的主要用途

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

目前,膨潤(rùn)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(chǎng)中做防滲層等等。

20世紀(jì)80年代后出現(xiàn)了加入膨潤(rùn)土的高檔產(chǎn)品。中國(guó)研究人員通過(guò)核磁共振膨潤(rùn)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(guó)的高級(jí)營(yíng)養(yǎng)食品也摻加膨潤(rùn)土。許多國(guó)家都把膨潤(rùn)土作為飼料添加劑、飲用水處理劑等等。再如日本將中國(guó)張家口出的膨潤(rùn)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(guó)在這方面的研究開(kāi)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(gè)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(kù)、地下電廠、地下街、地下電纜溝(管)、地下隧道,地下過(guò)街道等地面看不到的公用設(shè)施,無(wú)時(shí)不在受到地下水的浸蝕。為了防止地下水對(duì)這類隱蔽設(shè)施的浸蝕,世界各國(guó)的工程建設(shè)單位都付出了巨額的代價(jià)，施工單位也付出了許多無(wú)效勞動(dòng)。直到20世紀(jì) 60年代中期，美國(guó)、加拿大、日本韓國(guó)等國(guó)在進(jìn)行膨潤(rùn)土技術(shù)開(kāi)發(fā)時(shí)，才找到了一條對(duì)建(構(gòu))筑物能永久防水的途徑。

用膨潤(rùn)土做防水材料,不會(huì)出現(xiàn)老化問(wèn)題,在國(guó)外已應(yīng)用多年。其主要的產(chǎn)品型式是:膨土干粉、膨潤(rùn)土板、膨潤(rùn)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(guó)建材工業(yè)出版社《膨潤(rùn)土在工程中的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用》2003版

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