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1、会宁县凹凸棒粘土资源开发利用的评价与展望 摘要：凹凸棒石又名坡缕石，是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物。凹凸棒石粘土有特殊的纤维结构，不同寻常的胶体吸附性能，应用领域广泛。会宁县土高山乡境内发现了大量的凹凸棒粘土矿，现已初步探明储量6000多万t，分布面积40km2。据保守的估计，这里至少有亿t储量。会宁也将成为世界上最大的凹凸棒石出产地。本文从凹凸棒的特性、用途及凹凸棒矿床、资源含量、开发投资等多个角度，对会宁县凹凸棒矿产资源的开发利用进行了分析和评价。联系国内外凹凸棒资源的开发应用状况，对会宁县今后开发凹凸棒资源的方向和所做的工作进行了预测和展望。希望能对会宁县凹凸棒的开发利用提一
2、些建设性的意见和建议。关键词：凹凸棒；粘土；预测；评价；开发利用 Evaluation and Prospect of Development and Utilization on Attapulgite Clay in Huining countySun Jian(College of geography and environment science, Northwest Normal University, Lanzhou 730070)Abstract: Atapulgite, also known as palygorskite, is crystal hydrated magnes
3、ium aluminum silicate with a unique chain layer structure. Attapulgite clay has special fiber structure, colloid adsorption properties and many application areas. There are found in a large number of attapulgite clay mine in Tugaoshan Township Huining County, proved reserves of of attapulgite clay i
4、s more 6107t, distribution area 40 km2. According to a conservative estimate, there are at least 108t reserves. Huining county will also become the largest area of palygorskite in world. Based on the characteristics, application, deposit, content, development investment of attapulgite clay ,the pape
5、r analyzed and evaluated development and utilization on attapulgite clay in Huining county. According to the development and application of attapulgite clay in and out of our country, forecasts and prospects development direction and the work done of attapulgite resource. We hope it can lend some co
6、nstructive advices and suggestions of development and utilization on attapulgite clay in Huining county.Key words: Attapulgite ; Clay ; Forecast; Evaluation; Development and utilization 1 引言凹凸棒石在矿物学分类上隶属于海泡石族，为含水的层链状镁质硅酸盐1。1862年俄国学者隆夫钦科夫最早于乌拉尔矿区的热液蚀变产物中发现这一矿物并将其命名为坡缕石（Palygorskite）。法国学者拉巴朗特（J.D.Lapo
7、rent）于1935年又在美国佐治亚州凹凸堡（Attapulays）和法国莫摩隆（Mormoriron)沉积岩中发现了此种矿物，并命名为凹凸棒石（Attapulgite)。1982年世界矿物命名委员会认为坡缕石和凹凸棒石两者的晶体结构和晶体化学成份相同，属同一种矿物，并规定为统一的坡缕石。近年来，在国内外地质文献中，把“坡缕石”和“凹凸棒石”仍视为同义语互用。在我国有人根据其晶体形貌的差异，把沉积成因的呈土状者称作凹凸棒石，把热液成因的呈绒状、纤维状的称作坡缕石2。会宁县土高山乡境内的上沟、老庄、关家河、大戈岔和野狐泉发现了5个凹凸棒矿点。距保守的估计，这里至少有1亿t储量。会宁也将成为世界上
8、最大的凹凸棒石出产地3。“十五”期间，会宁县委、县政府把开发该新型资源作为培育工业产业新的增长点和带动群众脱贫致富的突破口，进行了大量的调查、论证和研究，修通了专用公路，委托地质部门及国内相关科研单位进行了勘查和开发，累计完成投资2000多万元。现已初步探明储量6000多万t，分布面积40km2。并已在干燥、吸附、保水、涂料、纳米材料、工业催化剂载体等产品的技术研发领域取得了阶段性成果4。2 凹凸棒特性介绍 2.1结构及组成图1 凹凸棒粘土的理想结构示意图5Figure1 Attapulgite clay structure of the ideal1940年Bradley首先阐明了凹凸棒土的
9、结构(如图1所示)。 凹凸棒土的典型化学式为Si8Mg5O20(OH)2(OH2)4*4H2O。据国外矿物分析,凹凸棒土的化学成分质量分数SiO253.61%，Al2O39.29%，Fe2O33.1%，TiO20.39%，MgO13.20%，CaO0.2%，Na2O0.04%，K2O0.25%，H2O19.8%6。国内凹凸棒化学成分质量分数如表1所示。它是一种具有纤维状或链状结构的水合镁铝硅酸盐，其结构可分为3层，上下两层是硅氧四面体结构，中间是一层M-O-八面体，这些结构单元按方格形式交错排列,构成c轴方向的双链状。沿a、b轴方向的层状结构。由于结构中存在晶格置换，故晶体中含有不定量的Na+
10、、Ca2+、Fe3+、Al3+。凹凸棒土的显微结构包括3个层次： (1)凹凸棒土的基本结构单元棒晶，棒晶呈针状，长约1Lm，直径0.01Lm（Lm），棒长与直径因产地而异；(2)由棒晶紧密平行聚集而成的棒晶束；(3)由晶束(也包括棒晶)间相互聚集而形成的各种聚集体 (粒径通常在0.010.1mm)7。凹凸棒石粘土中 主要矿物成分为凹凸棒石、蒙脱石、白云石、伊利石、石英及少量蛋白石等。表1 凹凸棒石的化学成分8Table 1 the chemical composition of Attapulgite成分SiO2Al2O3MgOFe2O3Na2OK2OCaOMnOTiO2含量（%）60.505
11、5.610.019.8011.3510.706.705.700.110.051.350.951.950.4230.010.00510.5311.802.2 凹凸棒的特性2.2.1 吸附特性凹凸棒土的吸附性取决于它较大的表面积和表面物理化学结构及离子状态，其吸附作用包括物理吸附及化学吸附，物理吸附的实质是通过范得华力将吸附质分子吸附在凹凸棒土的内外表面，表面积和孔结构是其物理吸附作用的重要指标，晶体结构内部沸石通道的存在赋予了凹凸棒土巨大的内比表面积，同时由于单个晶体呈现细小的棒状、针状和纤维状及较高的表面电荷，在分散时棒状纤维并不保持原先的方位，呈现毡状物无规则的沉淀。干燥后，它们密集在一起形
12、成大小不均一的次生孔隙。这一特征使得凹凸棒土的比表面积很高。此外，晶体内部沸石孔道尺寸大小一致，使其具有分子筛的作用。凹凸棒土的化学吸附作用是其吸附作用的重要体现，其吸附是基于凹凸棒土的表面可能存在的几种吸附中心。2.2.2 流变学特性凹凸棒土最重要的特点之一就是在相当低的浓度下可以形成高粘度的悬浮液。由于凹凸棒土晶体具有与纤维轴平行的良好解理，以及层链状晶体结构和棒状-纤维状的细小晶体外形使得凹凸棒土在外加压力下能够充分的分散，且溶液中晶体受重力影响比受电性影响大，因而在截留液体中形成一种杂乱的纤维网络，这种悬浮液具有非牛顿流体特征。它的性质取决于凹凸棒土的浓度、剪切力的大小以及pH值。2.
13、2.3 可塑性粘土的可塑性与它的吸水性有密切的关系。人们详细研究了凹凸棒土及其他粘土的可塑性及吸水性，当水的质量分数达到其自重的100%时，凹凸棒土达到其塑性极限，因此可以说其塑性指数范围是1100。然而,由于组成的变化，塑性指数通常在57123之间变化。一般来说，除了蒙脱土以外，凹凸棒土的吸水性及可塑性高于其他粘土。2.2.4 离子交换能力天然的凹凸棒土的阳离子交换能力(CEC)是相当低的，通常在50mmolP100g粘土以下，大多在2030mmolP100g粘土之间。钠凹凸棒土的CEC较高，可达65mmolP100g粘土。CEC值与粒径的大小也有关系，随着粒径的减小而略有增加。2.2.5
14、化学特性凹凸棒土的一个最有价值的特点是它的化学惰性。凹凸棒土胶体悬浮液受盐的影响很小，电解质如氨水、氢氧化钠、氯化钾无机的磷酸盐对凹凸棒土的影响很小，硝酸和醋酸对凹凸棒土影响不大，高浓度的酸常用作凹凸棒土的漂白剂，加入盐酸还可以提高其吸附性9。3 凹凸棒的用途及加工手段3.1 主要用途（1）食品行业。凹凸棒石粘土本身无毒，价格低廉且使用效率高，是一种优良的脱色剂，能截留或吸附带色物质和杂质，使用凹凸棒石粘土可替代当前的活性炭和活性白土，用于植物油、动物油脂、明胶等粘稠度较高的产品脱色和精制10。（2）农业。利用凹凸棒土比表面积大、吸附力强、粘结性好和密度低的特点，可作颗粒农药造粒剂，不仅可以提
15、高颗粒肥料成粒率，增强复混肥的造粒速度，而且造粒强度高，不结块，不返潮，颗粒均匀，表面光滑，色泽度好；利用凹凸棒土生产的农药在土壤中释放缓慢，可以延长药效，粒状和粉状凹凸棒石粘土已广泛用作杀虫剂、杀菌剂、除草剂等的载体。经过不同的改性后，凹凸棒能有效的吸附水体和土壤中各种有利于农作物生长的营养元素，从而保持并调节土壤肥效。表2主要展示了耕地的不同土层对各种化学元素的需求指标，根据这个指标确定凹凸棒产品在农业中的指标。（3）轻工业。凹凸棒土具有链层状结构，不同于蒙脱土等层状硅酸盐，这种特殊的结构使它具有一些特殊的性能。但由于受自身亲水性及传统生产工艺的局限，通常凹凸棒土产品粒径大，与聚合物复合往往只能起到填充增量作用，不能发挥其应有的作用，通过机械剪切力可以将凹凸棒土以纳米尺度分散到橡胶中，复合物的性能有很大提高。将凹凸棒土以纳米尺度填充到塑料制品中将会使材料的性能得以提高，而且还有望得到具有特殊性能如优异的光学性能的纳米复合材料。（4）建材业。利用其吸附力大，具有很大的粘合力并且有较好的悬浮、胶体性能,将凹凸棒土和其它纤维等材料一起制成矿棉吸音板,具有防火、装饰、保温、节能、杀菌、吸音和净化空气之功能。表2 凹凸棒石土在农业中的应用指标11Table 2 attapulgite clay application i
