膨润土

膨润土又名膨土岩、斑脱岩、皂土，是一种以蒙脱石为主要矿物成分的粘土或粘土岩。美国学者W.C.奈特(W.C.Knight)1898年对美国怀俄明州附近白垩纪泥质岩研究时所定的名称。膨润土主要由含水的铝硅酸盐矿物组成。它除含主要矿物蒙脱石外，还往往含有伊利 石、高岭石、绿泥石、埃洛石、贝得石等粘土矿物，伴生组分有沸石类矿物及方解石、石 英、长石、玻屑、岩屑等。

膨润土的主要化学组分是二氧化硅、三氧化二铝和水、氧化镁和氧化铁的含量也较高，还有钙、钠、钾等。蒙脱石是含有少量碱和碱土金属离子的含水铝硅酸盐。蒙脱石的单位晶胞是两个硅氧 四面体层夹一个氢氧八面体层，阳离子异价类质同像置换使其带层电荷而具吸附、阳离子 交换等多种特性。

膨润土根据其蒙脱石的交换性阳离子的种类和层电荷大小可划分不同的属性，如钠基、钙基、镁基、铝基等，各属性相互间还可过渡，即自然改型。人们利用这一特性在生产中根据需要对膨润土进行人工改性。

图1为钠基钙基膨润土

质纯的膨润土为浅灰至灰白色，含杂质时呈淡绿、粉红或灰黄等颜色。膨润土的含矿品位通常在70%左右，某些优质膨润土矿的品位可达90%以上。膨润土中除主要矿物蒙脱石以外，还常含有伊利石、沸石、高岭石、火山喷发残余物和碎屑石英等。蒙脱石(Montmorillonite)是一种含有少量碱或碱土金属离子的含水层状铝硅酸盐矿物，其化学分子式为(Na，Ca)0.33(Al，Mg)2Si4O10(OH)2·nH2O，理论化学组成为：SiO2 66.7%、Al2O3 25.1%、H2O5.0%，并含有Fe2O3、FeO、MgO、K2O、Na2O等氧化物。蒙脱石属单斜晶系，单位晶胞由两个硅氧四面体夹一个铝氧八面体组成。由于其中八面体的Al3+及四面体的Si4+往往部分或全部被其它阳离子置换，使单位晶胞中的电荷处于不饱和状态，因而，需要吸附一定数量的阳离子和水分子来达到电荷平衡。通常，蒙脱石完全脱水时的晶胞层间域为9.6?，当吸附的阳离子为Ca2+时，则晶胞层间域可存在两层水分子层，使晶胞层间域变为15.5A；若吸附阳离子为Na+时，则晶胞层间域只有一层水分子层，层间域变为12.5A。所以，膨润土具有吸水性、膨胀性(吸水后，体积可膨胀10～30倍)、吸附性及阳离子交换性等一系列特征。
根据蒙脱石层间域中交换性阳离子成分及其数量不同，膨润土可进一步划分为钙基膨润土(交换性阳离子为Ca2+)、钠基膨润土(交换性阳离子为Na+)等。在自然界，由于蒙脱石吸附阳离子的种类和比率受水文、气候、地形、地质和矿石本身的结构构造等的制约，因而，即使是同一矿床也存在垂向上的自然改型现象，即地表一般为钙基膨润土，而在地下深部碱性条件下则变为钠基或镁基膨润土。1、按颜色可分为灰白色、棕褐色和杂色膨润土矿；
2、按其性质和工业用途可分为钠基、钙基和钠钙基、钙钠基膨润土矿。
3、按吸水性膨润土可以分为两大类，第1类能吸附大量的水分，并在吸水后膨胀很大。在稀薄的水分散剂中保持悬浮状态。此类粘土多用作陶瓷的增塑剂。可以提高瓷坯的干燥强度和烧成温度并减少吸附作用。第2类膨润土仅能吸附比普通可塑性粘土或漂白土略多的水分，膨胀不显著，在稀薄的水分散剂中很快就沉淀下来。此类膨润土被广泛作为一种澄清粘土，用于化工、医药、食品方面的脱色剂、净化剂，杀虫剂的载体和石墨坩埚、搪瓷釉料的调节剂和粘合剂，以及制造建筑用粘土制品等。膨润土的颜色有乳白色、白色、浅黄色、黄色、褐色、粉红色、淡绿色、淡青色、灰色等。通常使用的是乳白色、密度2.4～2.8的膨润土，熔点约为1 330～1 430℃，颗粒极细，比一般粘土更能吸附水，比高岭土更能起碱交换作用。吸水后体积增大，形成凝胶状物质。能吸附本身重量5倍的水，而体积会膨胀15倍。加水成胶态溶液后，能长期处于悬浮状态。烘干后，加水可以再次膨胀，反复处理并不影响其性能。总之，膨润土具有吸水性、膨胀性、粘结性、悬浮性、可塑性和耐火性等性能。
有关非金属矿膨润土的产品特性，理化性质，分类，颜色，资源分布，成因与成分，工业用途等信息由ChemicalBook的瑶瑶编辑。世界膨润土资源产地主要分布于①环太平洋成矿带的加拿大、美国、墨西哥、秘鲁、日本、韩国、中国东南沿海地区、菲律宾；②地中海成矿带的西班牙、法国、意大利、希腊、土耳其、土库曼、乌兹别克、吉尔吉斯、塔吉克、哈萨克和中国新疆、甘肃等地；③环印度洋成矿带的印度、巴基斯坦、伊朗、伊拉克、苏丹、坦桑尼亚、莫桑比克、南非、缅甸、印度尼西亚、澳大利亚西部地区。其中，美国怀俄明州、南达科他州、北达科他州、蒙大拿州，意大利撒丁岛，希腊米洛斯岛，土库曼奥格兰雷，格鲁吉亚阿斯坎，亚美尼亚萨里纤赫和印度古吉拉特邦，都是世界著名的膨润土矿床产地。美国怀俄明州和南达科他州是钠基膨润土的主要产地。
中国膨润土矿床主要分布于黑龙江、吉林、辽宁、江苏、浙江、山东、福建、广东、广西等省区，新疆、甘肃、陕西、江西、四川、河南、安徽等地也有大型优质膨润土矿床。其中，东北三省(尤其是吉林省)和广西的膨润土资源不但储量大、品质优，而且主要是钠基膨润土，是中国重要的膨润土产地。它们主要赋存于侏罗纪和第三纪含煤岩系中。膨润土的成因、成分等不同，致使矿石颜色多变，结构复杂，构造不一。
膨润土的质量主要取决于蒙脱石含量、属性和有益、有害成分。膨润土因其具有良好的粘结、吸附、催化性、悬浮、分散、触变及阳离子交换等理化特性，工业上常被用作粘结剂、吸附剂、吸收剂、填充剂、催化剂、触变剂、絮凝剂、洗涤剂、稳定剂、增稠剂等，广泛应用在冶金球团、铸造型砂、钻探泥浆、油脂脱色、化工、造纸、橡胶、医药、农林等工业。

图2为膨润土质量参考指标。
膨润土的成因可划分为风化残积型、沉积—成岩型和热液蚀变型三大类。
膨润土赋存于中、新生代的侏罗纪、白垩纪和第三纪地层中，少数在古生代的石炭纪到二迭纪地层中产出。工业上膨润土主要用作涂料和油墨的增稠剂及防沉淀剂。
(1) 以膨润土为粘结剂作成铁球团，直接放入高炉冶炼而取代烧结法，可节省熔剂和焦炭各10%～15%，提高高炉生产能力40%～50%。
(2) 用钠基膨润土配制的钻探泥浆，具造浆率高及其它许多优点，适用于石油钻井、高压喷射井、小口径钻进及不稳定地层钻进。
(3) 用钠基膨润土作铸造型砂粘结剂，可加强型砂的抗加砂能力，并能解决型砂易塌方问题。
(4) 膨润土可用作农药载体和稀释剂、油脂和石油的净化和脱色剂以及酿酒和制糖业用澄清剂和净化剂等。近十几年来，又开拓了膨润土的许多新用途。
在煤矿生产中，开凿在膨润土中的巷道，因其极易膨胀而使巷道发生形变甚至阻断，不易支护。
ADI未作规定(FAO/WHO，2001)。
GRAS(FDA，§184.1155，2000)。不作限制性规定，以GMP为限，最后食品中不残存。(FDA，§184.1155，2000)一般为白色、淡黄色，因含铁量变化又呈浅灰、浅绿、粉红、褐红、砖红、灰黑色等。GB 2760-96：加工助剂。净化剂；抗结剂；悬浮剂；乳化剂。主要用于葡萄酒的澄清；生啤酒中悬浮酵母的助滤剂。可有效吸附蛋白质、色素及带正电荷的胶体离子而产生凝聚作用。
使用时加10倍量水使之充分溶胀，搅成浆状后加于待处理果汁等中，搅拌分散均匀，0.5～1.0h后过滤。膨润土可作为黏结剂、吸附剂、填充剂、触变剂、絮凝剂、洗涤剂、稳定剂、增稠剂等，用作化肥、杀菌剂和农药的载体，橡胶和塑料的填料，合成树脂和油墨的防沉降助剂，颜料和原浆涂料的触变和增稠，日用化工品的添加剂，医药的吸着剂和黏结剂等，还广泛用于石油、冶金、铸造、机械、陶瓷、建筑、轻工、造纸、纺织和食品等部门。生化研究中用作蛋白及微粒的乳化剂和吸附剂，油类乳化剂。脱色剂。开采方法有露天开采和地下开采，以露天开采为主。露天开采工艺流程：地下开采的主要采矿方法为房柱法、空场法和分层崩落法，工艺流程为：选矿方法一般在采矿时直接用人工手选。采矿、破碎、磨粉、干燥而成。有毒物品高毒静脉-大鼠 LD50: 35 毫克/公斤不燃; 注射它可造成血液凝固通风低温干燥