膨润土矿是人类社会最早利用的非金属矿产之一.doc

膨 润 土 开 发 与 应 用
湖北省矿产开发总公司

一、膨润土简介
膨润土矿是人类社会最早利用的非金属矿产之一，如古代人们利用膨润土烧制陶瓷。现代社会膨润土产品得到更广泛使用，随着科学技术的进步、社会经济的飞跃发展，膨润土资源日益受到世界大多数国家的重视，技术方法不断创新，新产品不断产生，应用领域不断拓展，已经成为一种十分重要的非金属矿产之一。
膨润土是以蒙脱石为主要成分所组成的粘土。蒙脱石是由纳米级的颗粒组成，国外称其为天然纳米材料，也叫万用粘土。膨润土又称斑脱岩和膨土岩，是一种含蒙脱石大于60%的优质粘土，它的物理化学性质、性能主要取决于所含蒙脱石的属性和相对含量。准确的名字应为蒙脱石粘土，习惯称为膨润土。因为，蒙脱石是在法国蒙摩里隆附近发现的，所以命名为蒙脱石。但由于在美国蒙大拿州山福塔蒙脱附近首次发现了矿脉，所以又叫斑脱岩。中国出现的膨润土译名为斑脱岩、般土、皂土、膨土岩等名称。蒙脱石也称微晶高岭土。蒙脱石的理论化学成分为：SiO2为66.7%，Al2O3为25.3%，H2O为5%。粘土矿物的晶体构造单元是硅氧四面体和铝氧八面体。每个硅氧四面体都有一个硅原子与四个氧原子以相等的距离相连，硅原子在四面体的中心，四个氧原子在四面体的顶角。铝氧八面体由两层紧堆叠的氧原子和氢氧原子组成，而铝原子位居中心形成八面体。同样氧原子还能和另外一个铝原子组成另一些八面体。蒙脱石矿物的晶体结构是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体组成，四面体和八面体由共用的氧原子联结，因此称蒙脱石矿物为2∶1型粘土矿物。
蒙脱石矿物晶体结构特点是：
⑴重叠的晶胞之间是氧层和氧层相对，期间的作用力是弱的分子间力。因此，晶胞间联结不紧密，易分散。在极性水分子或外界力的作用下，晶胞之间会产生相对运动而剥离。
⑵蒙脱石矿物晶格的同晶置换现象很多，即铝氧八面体中的铝离子可被镁、铁、锌等离子所置换，置换率可达到20%～35%。硅氧四面体中的硅离子也可以被铝离子所置换，置换量较小，一般小于5%。因同晶置换使蒙脱石晶胞带较多的负电荷，使蒙脱石晶胞成为带电荷的“大负离子”，每个晶胞所带电荷大约是0.66个。带负荷的蒙脱石晶胞吸引一些低价阳离子，形成一个特殊的电介质，蒙脱石同晶置换形成的负电荷，一部分靠吸附交换阳离子来平衡，一部分由八面体晶片中的OH-置换O2来补偿。蒙脱石类矿物有吸附阳离子和极性有机分子的能力。
⑶蒙脱石矿物由于晶胞间联系不紧密，可交换的阳离子数目较多，因此水分子容易进入晶胞之间，膨润土颗粒容易膨胀水化，分散性好。因此，膨润土造浆率高，易吸附反电荷的离子。对膨润土泥浆来说，使用处理剂进行泥浆性能调整十分容易。
粘土矿物的结晶构造是：
粘土矿物分为晶质粘土矿物和非晶质粘土矿物。晶质粘土矿物为层状硅酸盐矿物。层状硅酸盐矿物的配位四面体构成四面体片。每个四面体以三个顶点与相邻的四面体联结，层状硅酸盐矿物划分为2∶1型和1∶1型。蒙脱石粘土矿物属于2∶1型。
蒙脱石矿物通常含有三种状态的水：表面自由水、层间吸附水和晶格水。
蒙脱石矿物具有阳离子交换的特点，在pH值为7的介质中阳离子交换容量为0.7～1.4mmol/g土。
膨润土中除主要组成矿物蒙脱石外，还含有石英、长石、云母、沸石、铁等杂质。可根据蒙脱石中吸附阳离子的类型和数量，将膨润土分为钙质膨润土、钠质膨润土。镁质膨润土、锂质膨润土和氢质膨润土。
蒙脱石矿物属单斜晶系，通常呈土状块体，白色，有时带浅红、浅绿。浅灰淡黄等色，光泽暗淡，硬度为1～2，比密度为2～3，吸水性强，吸水后其体积膨胀增大几倍到十几倍，具有很强的吸附力和阳离子交换性能。
天然膨润土按化学成分主要分为钠基和钙基两大类。在一般情况下，钠基膨润土较钙基膨润土的理化性能和工艺性质优越，主要表现在吸水速度慢，但吸水率与膨胀倍数大，阳离子交换量高，在水介质中分散性好，胶质价高，加热稳定性好等，所以钠基膨润土的使用价值高，能满足多种用途的要求。
世界上最著名的膨润土产地在美国的南达科他州、怀俄明州，格鲁吉亚等。我国的膨润土资源丰富，已探明的储量现居世界第一位，具有各种自然类型的钙基、钠基、镁基、铝（氢）基膨润土矿，分布在全国26个省、自治区（河北的宣化、张家口，辽宁的锦西、黑山，吉林的九台，浙江的临安、余杭，江苏，河南的信阳、上天梯，湖北上熊，新疆的托克逊、和丰，甘肃的金昌、红泉，内蒙的兴和。高庙子，广西的宁明，江西的玉山与黑龙江的鸡西，云南宜威砚山等等），有几百个采矿点，但累计开采量上不到已探明储量的百万分之一。
我国地矿部门20世纪90年代初的资料表明，世界膨润土的储量仅127亿吨，美国钠基土的储量和产量均居世界第一，我国已探明的储量中90%是钙基土，钠基土一般在矿山的较深层，尚需勘探。近10年新勘探资料证明，我国钠基土的储量居世界第一，仅新疆和丰一个矿，钠基土的储量就达50亿吨。
二、膨润土矿的成矿作用
（一）膨润土矿的形成条件
1.成矿母岩
已有资料表明，形成膨润土矿的母岩条件并不严格，各种由铝硅酸盐矿物组成的岩石在适宜的地质营力条件下均可转化为蒙脱石（膨润土），但常以富含火山玻璃质的岩石易转化成矿。其母岩的化学成分主要是属钙碱性系列，从酸性的流纹质到基性的玄武岩皆有。常见的岩性有珍珠岩、黑曜岩、流纹岩、粗面岩、英安岩以及火山碎屑沉积岩。这类岩石所形成的矿床数约占全球的4/5；全国的3/4强。此外，尚有沉积岩型膨润土，它们或是由沉积粘土在沉积、成岩期转化为蒙脱石粘土（岩），或是由硅、铝凝胶沉淀凝聚而成矿。
2.地质构造条件
我国膨润土矿床的主要类型为火山岩型、火山——沉积岩型、沉积岩型三大类。它们赋存于负向火山构造盆地、火山——沉积盆地以及沉积盆地中。这些构造盆地的发生、演化和萎缩受大地构造的控制，是大陆地壳进一步分异和一些地壳块体相对运动的产物。这当属膨润土矿床的成矿条件的宏观控制。构造条件对膨润土矿成矿控制作用具体表现在以下几方面。
⑴地壳（构造）运动既是产生成矿物质堆积的场所（断陷盆地、拗陷盆地），又是矿床（或含矿岩系）形成后被保存（或破坏）的条件。构造运动的本身常伴随岩浆的喷发、喷溢活动，为后山岩型和火山—沉积岩型矿床提供了成矿物质。火山活动是此两类矿床形成的先决条件，绝非是唯一条件，成矿还受其它条件的控制。我国最强烈的地壳运动，莫过于燕山期，而伴随着的岩浆喷发、喷溢也是地史上最强烈，波及整个中国东部地区（环太平洋西带），我国主要矿床类型的赋矿盆地多数产于侏罗、白垩纪，且发育于东部。
地壳稳定的构造条件，有利于淮北平原化，长期的风化——剥蚀——搬运——沉积，对沉积岩型膨润土矿提供了有利的成矿条件。我国四川三台地区、湖南澧县、广西宁明等矿床都是在稳定的构造条件下，在淮平原化的基础上形成的沉积岩型矿床。如广西宁明特大型矿床产于燕山运动末期的断陷盆地中，由于长期处于稳定的下沉条件，沉积厚达1400m的第三系膨润土的含矿岩系。膨润土的成矿物质来源于早，中三叠世的中酸性火山熔岩和部分泥岩和粉砂岩。
⑵断裂构造不仅控制了断陷盆地的大小，而且对成矿有直接的控制作用。其主要表现在以下几方面。
•成矿前的断裂，常作为地表水下渗的通道，致使火山玻璃、铝硅酸盐矿物向蒙脱石转化。
•成矿后的断裂，常表现为由于地质环境的改变导致水化学条件的变化，引起膨润土的自然改性以致蒙脱石向其它粘土矿物转化。
•断裂也可能成为成矿母岩（超浅成脉岩）充填的场所。这对侵入岩型的膨润土矿床的规模、产状无疑起了一定的控制作用。
（二）建造（岩性、岩相）条件
膨润土的含矿建造是一套沉积岩系（含煤岩系、含膏盐岩系、杂色红色岩系……火山—沉积岩系和火山岩系）。其岩相有浅海相、滨海相、泻湖相；不同矿床类型其建造、古地理等对膨润土矿床的控制作用也是有差异的。
火山岩型和火山—沉积岩型矿床，若成矿物质堆积在水盆地中，当成矿物质来源丰富则矿床的规模明显受湖盆的大小所控制。火山物质的水上堆积和水下堆积影响其晶化程度。火山物质堆积在水下，促使岩浆冷凝呈玻璃质岩石，结晶程度甚低，有利于玻璃质在水的作用下解体向沸石、蒙脱石转化；水上部分常具一定结晶程度的熔结凝灰岩类的岩石，在成矿作用过程中解体、转化较水下者困难得多。火山岩型膨润土矿床矿层的底板极大部分是水成沉积岩类。这足以说明矿床形成水盆地环境是一个重要的条件。
产于沉积岩系中的粘土岩型矿床，建造类型差异很大。既有产于煤系与煤共生的膨润土矿；又有产于膏盐地层与石膏共生的膨润土矿。这并不是说沉积建造类型对膨润土没有控制作用，而只能说明不同建造中膨润土的成矿作用不同。
（三）水和水化学条件（成矿介质条件）
粘土矿物和粘土矿的形成，水是最积极、最关键的因素——“粘土”依赖水而产生，也依赖水而转化。在膨润土的成矿作用过程中，水的作用主要表现在以下几方面。
1.水化学条件是蒙脱石产生的直接条件
酸性介质利于高岭石族粘土的形成，而蒙脱石的形成和保存需要碱性介质环境。火山玻璃、铝硅酸盐矿物。它们在水介质作用下水解、水合形成蒙脱石。显然，原始物质的水解是蒙脱石形成的第一步，而这种水解是通过对原始成矿物质的溶蚀作用才能解体的。蒙脱石形成的初始阶段，应该是偏（弱）酸性的水介质。由对火山玻璃等物质的反应开始，随着成矿物质的解体，碱、碱土金属的溶出，介质呈碱性，利于蒙脱石的形成。因此，蒙脱石的形成的主要形式之一，是一个酸碱反应的过程。随着酸碱反应的延续，就产生了膨润土的矿层（体）。其规模、大小与酸碱反应的速率和延续时间成正比。
2.补水和排泄条件
成矿物质在水介质中，首先，碱和碱土金属被置换溶出，由偏酸性逐渐变为碱性。随着PH值的提高，Si4+、Al3+亦将获得释放和SiO2、Al无定形分子的产生，然后才能有蒙脱石（层状铝硅酸盐矿物）的结晶。而在这水解、水合过程中，只有当偏酸性水的不断补给，以促使成矿物质的不断分解；而无定形的SiO2、Al两者的匹配，又需要一定的碱性水的排泄条件，使得补给与排泄保持在一个动态平衡状态。不少研究者认为，膨润土不可能在封闭系统中或在充分开放的系统中形成。只能在以中—弱酸性为主的水介质能不断提供较多的水与成矿物质反应，又能在蒙脱石生成反应过程中的剩余物（如SiO2胶凝）被排泄的环境中形成。
3.水介质对膨润土的保存条件
蒙脱石系准稳定矿物。它对水化学条件的敏感性特别强。因此，膨润土在其成矿过程或成矿以后，随着地质条件（温度、压力）、水化学条件（PH值、阳离子浓度）的变化，其属性、属型也发生变化；或产生与其它二八面体粘土矿物有序和无序间层；或蒙脱石向其它粘土矿物转化。因此，可以发现所有膨润土矿床均有属性分带、间层矿物和其它粘土矿物。我们所说的水介质对膨润土的保存条件，实质上就是要有一个适合于蒙脱石保存的稳定环境条件。这个条件，起码是膨润土矿层（体）不受酸性水介质的侵蚀。
（四）膨润土的成矿作用
自然界膨润土矿的形成有自生作用、继承作用和转变作用三种方式：
1.火山玻璃向蒙脱石的演变机理
火山玻璃可以认为是非晶质过冷却的铝、硅质的固态液相，在漫长的地质历史中，其必定朝着脱玻结晶方向演变。当处在无水环境中，它将 演变成云母类、长石类、方英石、鳞石英等稳定矿物；处在有水介质中，经水解脱玻，向沸石类、蒙脱石矿物或高岭石、埃洛石类矿物转化。
自然界火山喷发（溢）迅速冷凝而成的火山玻璃以两种形式产出，一是玻璃熔岩，如珍珠岩、松脂岩、黑曜岩；二是玻璃碎屑（包括撕裂状玻屑、各种塑变玻屑及灰屑等），它成岩后构成火山碎屑岩（融积岩、熔结凝灰岩、凝灰岩、沉凝灰岩类等）的基本组分。这些火山玻璃向蒙脱石的演变，美国学者布拉特等提出一个简化的通式：
玻璃+水——蒙脱石+沸石+二氧化硅+溶液中的金属离子
并认为形成的步骤特点是：
⑴从玻璃中析出阳离子，以及他们它们被氢离子取代；
⑵残余的无序的硅铝格架的分解；
⑶格架重建为粘土矿物，大部分为蒙脱石；
⑷从富含阳离子的孔隙溶液中生成沸石；
⑸过剩二氧化硅的迁移或者沉淀作用。
通过我们对膨润土矿床地质特征研究认为，我国膨润土矿床的成矿作用过程，应该是沸石类矿物形成在先，蒙脱石在后，而不是相反。
2.火山玻璃演变的第一阶段——沸石类矿物的产生
水解作用的第一步是脱玻。玻璃在水介质中，首先是水合氢离子对其的溶蚀，碱和碱土金属的溶出，使介质H+活度逐渐降低，由弱酸性变为碱性，随着PH值的提高，Si4+、Al3+等也将从玻璃中获得释放，正负离子要结合，最先是产生硅氧四面体，紧接着四面体与八面体按一定的几何形态结合，形成晶格，这时介质中的碱、碱土金属离子必然要进入晶格；六次配位的铝，在PH值>10的环境中部分将改成四次配位而异价类质同象置换了四面体中的硅，产生了负电荷，这正好吸收Na+、Ca2+进入晶格使电荷趋于平衡，同时相应地扩大了四面体体积，形成含水的架状结构的高硅沸石类矿物。火山玻璃向高硅沸石的演化，几乎不需要外来元素离子 的带入。反应如下：
在火山玻璃向高硅沸石的演变过程中，有剩余的+SiO2和Fe2+ ，剩余的多少，决定于火山玻璃的化学成分（含岩石的酸碱度）。因此在沸石矿体内很少见有石英质类的细脉。至于Fe2+ ，是沸石所不需要的，在氧化条件下很快向Fe3+转化，以水针铁矿渲染在沸石的表面。因此，不少矿床的沸石集合体呈现砖红色。
火山玻璃内部原子重新组合而成的高硅沸石是由能量较低的四面体五员环和六员环组成，是一种易晶化的构造。沸石形成时体积显著增大，它反应了一个体积膨胀效应，因此沸石形成时，较大的围压是个不利因素，所以深埋的火山玻璃质岩石，不利于沸石的产生。相反那些由于冷缩产生负压而具有珍珠裂隙的岩石或具有孔隙度较大的富含火山玻璃碎屑的碎屑岩，就较容易沸石化。由于火山玻璃的不稳定型，其向沸石的转化应是处于浅埋成岩不久或沉积期。那时，外部压力小，有利于四面体、八面体体积的增大。
沸石类矿物的形成，需要强碱的环境（PH>8～12），以保证足够的Na+、Ca2+离子进入晶格。火山玻璃水解开始阶段当排水受阻，补水不足，淋漓不充分时，可使水介质中保持大量的碱和碱土离子，为形成高硅沸石提供了条件。盐碱湖中，沸石的产生就是具备了这种封闭的高碱度的水介质条件。显然，沸石的保存，需要一个碱性的封闭环境。
3.火山玻璃演变的第二阶段——蒙脱石类矿物的产生
蒙脱石和沸石都是含水铝硅酸盐，铝是此类矿物不可缺少的组分。如前所述，沸石中的铝是以四次配位的形式置换四面体中的硅，从而产生负电荷，空腔中充填了Na+、Ca2+等金属离子，求得了电荷的平衡。而蒙脱石中的铝是以六次配位的形式存在于八面体中，但六次配位的铝一般在低温酸性环境中才能保存，只有当有足够Mg2+浓度的碱性环境中才能使铝趋向六次配位。蒙脱石的生成正是主要由于Mg2+进入Al—O(OH)八面体后，才使蒙脱石产生永久性负电荷的，因而的Mg2+存在对形成蒙脱石是个充要条件。作为火山玻璃向蒙脱石的演变就存在着两种可能：
其一，是火山玻璃在水介质中水解成斜发沸石，稍后产生蒙脱石；其二，随着介质条件的改变，H+继续对斜发沸石溶蚀而向蒙脱石转化。它们的成矿机理可推论如下：
①火山玻璃水解，H+交换玻屑中的阳离子，首先带出的是Ca2+ 、Na+ 、K+，其次是Mg2+。前三者由于形成高硅沸石而消耗或析离成氢氧化物、重碳酸盐、有机酸盐而被迁移，相对使介质中Mg2+浓度提高，为六次配位铝大量出现，促进组成蒙脱石的八面体创造了条件。这时随着四次配位的铝减少，沸石的生成受到抑制。因此，总的趋势是高硅沸石形成在先，蒙脱石生成稍后。
②火山玻璃——高硅沸石——蒙脱石的演变系列。不少矿床（矿体）普遍存在沸石矿与膨润土共生或沸石与膨润土呈渐变过渡且镜下见到蒙脱石交代沸石现象。此现象说明从火山玻璃演变为蒙脱石，高硅沸石是中间产物。
当沸石形成以后，若保持原有沸石成矿的物理化学环境，则沸石就稳定下来，但当原有的成矿环境发生变化（主要是介质的水化学环境），那么，沸石这准稳定矿物就要向其它铝硅酸盐矿物转化。其条件主要包括介质的PH值、补水和排水条件以及：Mg2+的浓度。
沸石向蒙脱石转化过程，就是H+对高硅沸石的腐蚀，交代出Ca2+ 、Na+ 、K+ 、Mg2+，使沸石的格架解体，随着PH值的提高，当有足够镁存在时，铝呈六次配位体产出，这就有利于蒙脱石的生成。从蒙脱石的SiO2/Al2O3理论之比为4.41，低于高硅沸石的理论之比（9.03～9.89），可以看出，由沸石转化为蒙脱石不仅需要Mg2+的存在和六次配位的铝，同时尚需去SiO2；当介质PH值在碱性条件下，铝能沉淀，而SiO2有较高的溶解度。当有一定的补水和排水条件，则使带出的游离的SiO2溶胶不断地排除。因此，可以这样来理解，水的不断补给，高硅沸石的不断水解，在碱性的条件下，蒙脱石不断的撕生，SiO2不断排除。
当然火山玻璃演变为蒙脱石，是否一定需要经过高硅沸石阶段，关键是水介质条件。当具备一定的排水、补水时，能使介质保持较高的比值，是使玻屑中Na+、Ca2+、SiO2的不断析离排除的基本条件，有利于蒙脱石生成，反之则有利于形成含和的高硅沸石，因此粗碎屑的富含火山玻璃质沉积物和裂隙发育的酸性比例熔岩，都具有较好的成矿条件，有利于蒙脱石生成。
4.铝硅酸盐矿物向蒙脱石转化机理
我国膨润土矿床成矿母岩表明，除了由火山玻璃演变为蒙脱石以外，尚有其它的铝硅酸矿物转化为蒙脱石，它的转化机理与火山玻璃的转化机理基本相同——水解、水合过程。其转化过程的两个基本因素是成矿物质的化学成分和介质的PH条件。
已有大量事实表明，在有利条件下，几乎所有的铝硅酸盐矿物，长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石乃至矽卡岩矿物等都可以转化为蒙脱石，但蒙脱石的转化速度要决定于它们被水淋蚀的时间和转化的物化环境条件。长石构造分解时是是从（100）和（010）面上释放出一定稳定程度并保存四面体原始Si-Al有序度的键，则聚合的（Al，SiO3）O10四面体将与八面体成阳离子结合形成蒙脱石。如果释放的键破坏成单独的硅氧四面体，铝将成八面体配位与其聚合成高岭石。因此硅酸盐矿物转化成蒙脱石还是高岭石与水解（含碳酸化）程度有关的。关于铝硅酸盐矿物在水解作用下的演变过程如下：
粘土矿物随着埋藏深度的加大，压力和地温的增高，层间水的释放及层间阳离子的移出，会引起粘土矿物的重结晶及粘土矿物的转化。地质时代逾老，伊利石和绿泥石的含量增加，而高岭石和蒙脱石则相应地减少。元古代和早古生代中缺乏高岭石和蒙脱石，而以绿泥石和伊利石为主，这反映了泥质页岩中粘土矿物在埋藏成岩作用中的变化趋势。
⑴高岭石向蒙脱石的转化
在表生或风化作用阶段，高岭石是借助于稀释的酸性介质的水与长石及其它的铝硅酸盐矿物水解而成，或者由蒙脱石退化成高岭石。如果孔隙水的pH值仍保持为酸性介质，则高岭石将是稳定的。但随着埋藏深度的增加和温度的增高，高岭石将转化为地开石。根据钻孔资料反映，高岭石消失的温度及深度是有变化的，温度从80～190℃，深度从几百米至上千米。由于地球化学环境（pH离子浓度）的变化，pH增大，从酸性介质到碱性介质，高岭石的稳定性减少，如有K+存在，即转化为伊利石；如有Ca2+、Na+、或Mg2+存在，则转化成蒙脱石或绿泥石，高岭石的稳定性虽与温度、压力有关，但关键的还是地球化学环境。
⑵蒙脱石向其它粘土矿物转化
随着埋藏深度的增加，蒙脱石即转化成伊利石。在深度超过3048m处，蒙脱石变成了蒙脱石-伊利石间层。同时随着埋藏的进一步加深，伊利石所占比例增大。因此，在深度超过3048m和温度增加到100℃左右时，粘土矿物具有明显的成岩变化。实验研究表明，温度在100～130℃之间，以及K+/H+比率接近正常海水时，蒙脱石失去层间水而向伊利石转化。但是，蒙脱石不能简单地通过离子交换转化成伊利石，在含碱性孔隙水的泥质沉积物中，蒙脱石经脱水作用，碱性阳离子的吸附以及晶格重新排列而形成蒙脱石-伊利石间层并进而形成伊利石。如果有Fe2+、Mg2+存在，蒙脱石则通过蒙脱石-绿泥石间层转化为绿泥石。
三、中国膨润土资源特点
（一）资源特点
与全球比较，我国膨润土资源具有以下特点。
1.资源分布面广、资源量十分丰富；大型矿床多，属性、属型的矿石类型配套基本齐全。
据现有资料统计，全国有26个省（自治区）赋存有膨润土矿床（点）。资源量达75亿t，其中探明储量B+C+D基储量23亿3千万t，跃居世界之首。大型以上矿床12个，储量达18.6亿t，约占总储量的80%以上。
经近十年勘查证明，我国膨润土属性齐全，不但探明了大量的钙土和钠土，而且也探明了一定数量的镁土和铝（氢）土。
2.含矿岩系、岩相特点
我国具工业价值的膨润土矿床，明显受构造-沉积盆地，构造-火山盆地控制。含矿岩系的成因类型众多，既有火山岩建造，也有火山-沉积岩建造；还有膏盐沉积建造、含煤建造，含矿岩系以陆相为主。
3.含矿岩系年代特点
我国膨润土含矿岩系年代与全球一致。从晚古生代至新生代均有产出。主要集中在中、新生代的晚侏罗纪、白垩纪、第三纪，第四纪也有零星分布。产出层位，除新疆托克逊县克尔碱、甘肃金昌红泉、陕西省府谷和云南东部含煤岩系中的膨润土矿床（点）产于石炭、二叠纪地层外，至今未发现更老的年代了。含矿岩系集中在侏罗、白垩纪，其原因：由于膨润土与火山物质关系甚为密切，而中国的火山-岩浆活动主要是燕山期。因此，我国的膨润土矿多产于侏罗、白垩系中。
4.我国膨润土成因特点
膨润土矿床的成因，不外乎风化、沉积和热液蚀变（包括火山热液和岩浆期后热液蚀变）三种观点。
5.我国膨润土矿石质量特点
膨润土矿石中蒙脱石含量普遍偏低，这对发挥我国膨润土这一潜在的优势矿产是一不利因素。玻璃质熔岩虽然可以形成蒙脱石含量高的膨润土，但往往由于其孔隙不发育，成矿作用不彻底，经常混杂有大量的沸石岩、珍珠岩，给选矿分离带来困难；或在成矿过程中，游离SiO2不能随孔隙溶液流失，而成粘土粒级的方英石分散在矿石中，致使蒙脱石提纯困难。由火山碎屑岩和沉凝辉岩演变的膨润土，由于混杂了大量的陆源、火山岩屑、晶屑，蒙脱石含量低，同样给选矿带来困难。对于沉积粘土，却又经常混杂有高岭石、埃洛石、伊利石、绿泥石等矿物或间层矿物，也影响着膨润土的质量和应用。膨润土的理想成矿条件，应该是位于相对稳定地块上，陆源补偿性沉积不足的水盆地，接受大量飘落纯净的火山灰，由其演变的膨润土才是优质的，类似于美国怀俄明土。
随着科技的发展，膨润土选矿技术的改进和应用领域的扩大，我国膨润土的应用将有一个新的突破。
6.膨润土的物理性质和化学性能
膨润土具有优良的物理化学性质，包括吸水性、溶胀性、粘结性、吸附性、催化活性、触变性、悬浮性、可塑性、润滑性和阳离子交换性等。因此，膨润土是一种应用极其广泛的非金属矿物，近几十年来，它在环境治理、冶金铸造、石油钻井、食品、医药、农业、渔业等行业的使用范围逐年扩大，所以研究膨润土的物理化学性质对进一步开发利用膨润土资源将具有极其重要的理论指导意义。
①吸水膨胀性
膨润土具有吸湿性，能吸附8～15倍于自己体积的水量。吸水后能膨胀，膨胀倍数是自身原体积的三十余倍。
膨润土的主要成分蒙脱石为2∶1层状硅酸盐。其中的Al和Si可被Mg、Ca或Fe离子置换，可交换的阳离子骨架有剩余负电荷，加上蒙脱石晶层间结合力较弱，可吸附阳离子和极性水分子。根据阳离子种类及相对 ，层间能吸附一层或两层水分子。另外，在蒙脱石晶胞表面也吸附了一定水分子。因此，晶层间的这种晶格沿a轴b轴方向延伸，顺c轴方向重叠。C轴长度不固定。钠基蒙脱石比钙基蒙脱石吸水性强。引起蒙脱石膨胀的动力是交换性阳离子和晶层底面的水化能。
蒙脱石的吸水作用有一定限度，所吸的水分子层（即水化膜）达到一定厚度并分布均匀时，吸水量达到限度，出现平衡，若此平衡被破坏即失水后，吸水膨胀性能又得以恢复。
与钙基膨润土相比，钠基膨润土在水中分散程度高，其特点是吸水速度慢但吸水延续的时间长，总吸水量大，同时Na+的半径小。所以它在蒙脱石单位晶层底面占据的面积小，晶体吸水膨胀倍数就高，最高可达到30倍。钙基膨润土吸水速度快，2h既达到饱和，吸水量少。钠基膨润土的吸水量和膨胀倍数是钙基膨润土的2～3倍。
蒙脱石的湿胀和干缩在一定条件下是可逆的。但到层间水完全失掉后再吸水就比较困难，在高温干燥后则完全失去重新水化的能力。钙基蒙脱石失去水化能力的温度是300～390℃，钠基蒙脱石失去水化能力的温度是390～490℃。
②分散悬浮性
蒙脱石以胶体分散状态存在于溶液中。蒙脱石矿物颗粒细小，它的单位晶层之间易分离，水分子易进入晶层与晶层之间，充分水化后以溶胶形式悬浮于水溶液中。在膨润土分散液中，蒙脱石颗粒可能以单一晶胞或晶层面的平行叠置状存在，也可以是少量晶胞的附聚体：晶层面和晶体端面的附聚体或晶层端面和端面的附聚体。水溶液中，由于蒙脱石晶胞都带有相同的负电荷，彼此同性相斥。在稀溶液里很难凝聚成大颗粒，是一种很好的助悬浮剂。在蒙脱石小颗粒的分散液中，颗粒分布均匀，pH＞7时，助悬效果更好。
若在分散液中加入金属阳离子，尤其是高价金属阳离子的加入或溶液的碱度降低至中性甚至弱酸性时，则附聚体会发生聚集、絮凝，分散液呈浓厚悬浮液，颗粒增大，均匀程度差，絮凝发展到整个体系时即成凝胶。比较稀薄的、不稳定的蒙脱石分散液随附聚的发展颗粒逐渐增大，蒙脱石颗粒最后产生沉积。
钠基蒙脱石颗粒较细小（钙基蒙脱石矿物颗粒较粗），在水介质中分散性好，可以解离成单位晶胞，在分散液中分布均匀，沉积速度较慢，故分散性好。
③触变性
触变性是指胶体溶液搅拌时变稀（剪切力降低），而静置后变稠（剪切力升高）的特性，如钻井要求泥浆具有良好的触变性。膨润土结构中的羟基在静置的介质中会产生氢键，使之成为均匀的胶体，并且有一定的粘度。当在外界剪切力存在下进行搅拌时，氢键被破坏，粘度降低，所以膨润土溶液在搅动时悬浮液表现为流动性很好的溶胶液；停止外加搅动就会自行排列成具有立体网状结构的凝胶，并不发生沉降分层和有水离析；再施加外力搅动时，凝胶又能迅速被打破，恢复流动性。这种特性使膨润土在混悬剂方面具有特别重要的意义。对于浓度比较大的蒙脱石水分散液，只要存在絮凝就有触变性。
④粘结性和可塑性
•粘结性
粘结性指膨润土的胶体悬浮液具有较高的粘度。粘度是胶体流动时固体颗粒之间、固体颗粒与液体之间、液体分子之间等的内摩擦力。
膨润土与水混合具有粘结性，其来源于多方面，如膨润土亲水、颗粒细小，晶体表面电荷多样化，颗粒不规则羟基与水形成氢键。由多种聚附形式形成溶胶，使膨润土与水混合具有很大的粘结性。高膨胀性的蒙脱石在水溶液中具有较高的分散度；同时粘土颗粒一般条件下聚集状况稳定，颗粒絮凝具有一定凝聚强度，膨润土与水混合具有很大的粘结性，可以用于钻探泥浆等。
蒙脱石在水中的膨胀和分散需要充分的时间，一般要数天至十几天才能稳定，期间粘度随放置时间增长而加大。
•可塑性
膨润土具有较好的可塑性，它的可塑性水的百分含量大大高于高岭石和伊利石，而形变所需要的力则较其他粘土小。膨润土中的应力一应变值随蒙脱石交换阳离子种类不同而变化。
钠基膨润土的可塑性高，粘结性强。钠基膨润土混合料的工艺性能好，它的湿化强度虽与钙基膨润土做成的混合料接近或略低，但受水分变化的影响小，对水分和热敏感性低，故干化强度和热湿拉强度均较高。
⑤离子交换性
从结构上看，蒙脱石是由两层硅氧四面体加，层铝氧八面体构成，在晶胞结构内，高价Si4+、Al3+离子可被低价阳离子同晶置换，致使单位晶层中的电荷不平衡，出现过剩的负电荷，即蒙脱石晶胞成为“大负离子”，每个晶胞所带的静电荷大约是-0.66。蒙脱石晶胞所带负电荷一部分由八面体晶片中（OH-）置换O2-来补偿，一部分静电吸附一些低价阳离子来平衡，被吸附阳离子具有交换性。如吸附Li+、Na+、K+、Ca+、H+等，形成一种特殊的电解质。在纯水中，不溶于水的蒙脱石晶胞骨架负电荷，与带正电荷的阳离子互相制约，在弱电场作用下正离子不能自由移动。当遇到介质中他能自由移动的阳离子时，晶胞层间被吸附的阳离子与溶液中自由运动的另一种阳离子发生交换反应，交换性阳离子被交换到溶液中。
粘土矿物的层单胞电荷数在0～4之间变动。在2∶1型粘土矿物中，层单胞电荷数约为0.2和4的矿物不具有明显的阳离子交换性能，在水或极性溶液中也不能发生膨胀。电荷数约为1.8的粘土矿物阳离子交换性能和膨胀性能较小。电荷数约为0.7和1.3的粘土矿物表面和层间的阳离子均具有交换性能，在层间可以进入可交换性阳离子、水分子。因此在水货或性溶液中会发生体积膨胀。
最常见的可以交换阳离子是Ca2+和Na+。因此，根据所含的可交换阳离子的种类和含量，膨润土又可分为钙基膨润土和钠基膨润土。钠基膨润土较钙基膨润土有更好的阳离子交换能力。Na+的电荷密度较Ca2+小。它与蒙脱石晶格的结合能较小，水化能低，Na+的离解能力强，交换性好，易被交换，存在于蒙脱石交换位置的。Na+几乎能全部被其他高价阳离子取代，钠基膨润土交换吸附有机大阳离子生成的有机蒙脱石复合物稳定性好，不受水的影响。天然钙膨润土可通过化学方法改型为钠基膨润土，。Na+作为阳离子钠基。
对于不同价离子，高价阳离子被交换能力大于低价阳离子；对于同价离子，水化离子半径小的被交吸附能力大。介质的酸碱度对阳离子交换量也产生影响，当pH＞7时，蒙脱石表面带负电荷。阳离子交换量变大，pH＜7时，蒙脱石表面带正电荷，阳离子交换量变小。
⑥对有机物的吸附性
蒙脱石中硅氧四面体或铝氧八面体中的Si4+离子或Al离子被其他低价离子取代的晶格置换引起内部电荷不平衡，形成负电性吸附中心，从而具有吸附各种阳离子和极性分子的能力，因此，蒙脱石晶层间和晶包表面能吸附更多种有机分子。同时又由于蒙脱石独特的双八面体结构和层状组合具有较大的比表面积，所以蒙脱石对大分子有机物也具有高度的选择吸附性。
蒙脱石吸附有机物形成有机蒙脱石复合物，在有机溶剂中也具有膨胀和胶凝作用，对有机溶剂具有稠化能力。
蒙脱石对有机物质的修形式有交换吸附和物理吸附两种，交换吸附可以是共价键结合，吸附物也可以是离子键结合。换吸附作用使蒙脱石晶层间距加大，同时使亲水的蒙脱石变为疏水的有机蒙脱石复合物，钠基蒙脱石比钙基蒙脱石更容易被有机阳离子取代，形成的取代复合物稳定性也更强，广泛用于制作膨润土稠化剂。物理吸附和蒙脱石吸附极性水分子形成水化膜一样，蒙脱石吸附的极性有机分子取代蒙脱石的层间吸附水呈有机溶剂化膜状态，这种有机吸附不改变蒙脱石的阳离子交换性，一般极性有机分子取代极性水分子是可逆的。但较大的极性有机分子由于吸附能较大，可以取代水，但水无法取代它，所以可以成为一种较稳定的有机蒙脱石复合物存在，物理吸附常在高温或有机溶剂中进行。这种物理吸附能与蒙脱石交换性阳离子的电荷和极性有机分子的偶极距成正比，与作用距离成反比。与交吸附情况不同的是，蒙脱石交换性阳离子价数越高则物理吸附能越大。对多元醇的吸附量，钙基蒙脱石大于钠基蒙脱石，而且取得复合物的吸附时的温度也高。前者260～265℃，或者是165～205℃，同价离子，半径小的吸附能力大，如K+＜Na+＜Ca2+。
⑦稳定性
•热稳定性
膨润土具有一定的热稳定性。在受热情况下仍具有一定的阳离子交换能力和膨胀性。如100℃加热时离子交换量能达到90mmol/100g以上。继续加热，交换容量逐渐降低。
蒙脱石晶层间吸附水（H2O-）于300℃左右完全释出，结构水（H2O+）于500℃大量释出，于800℃完全释出，生成无水蒙脱石。
蒙脱石的熔点与化学成分有关。高铁蒙脱石在1000℃一下融化，贫铁蒙脱石在1200～1300℃尚不能融化，碱金属和碱土金属的存在使蒙脱石耐火度降低。蒙脱石的玻璃化范围不大。
•蒙脱石的化学稳定性及溶解度
蒙脱石的化学稳定性 蒙脱石不溶于一般的矿酸，氢氟酸是唯一能溶解硅酸盐的溶剂。
蒙脱石在室温下不与碱、氧化剂、还原剂反应，具有较好的化学稳定性。
膨润土的溶解性 蒙脱石的晶格骨架不溶于水，同晶置换在晶层底面的阳离子在水介质中具有亲水性，形成水化膜，同时作为交换剂的反离子可以溶解于水中。一般pH＜7时，晶格中八面体上的离子溶解度大于四面体，酸溶时，碱金属离子、碱土金属离子溶解较快，其次是铁离子。铝溶解较慢，当Al2O3被酸溶解量占总量的75%～80%以上时，晶格被破坏。
pH＞8时，四面体上少量可溶性硅酸盐上SiO2被溶解下来，其溶解度随碱的浓度增大而增加。
在中性溶液中，蒙脱石上交换性阳离子即反离子也有一定溶出。
蒙脱石硅酸盐为极性分子，故不溶于有机溶剂。
⑧无毒性
膨润土对人、畜、植物无毒害和腐蚀作用，对人体皮肤无刺激，对神经、呼吸系统无影响。因此，可用于医药载体、赋形剂和饲料填加剂等。
四、膨润土的开发和发展概况、应用趋势
1.国外膨润土的开发和发展概况
19世纪末，尤其是20世纪初，膨润土的利用途径明显扩大。这些膨润土做铸造型砂粘结剂，用来净化是由的轻质分馏物（汽油和煤油）以及重润滑油。与此同时，膨润土也被用来净化石油产品。这种膨润土的主要性质几乎与漂白土一样，即它能吸附高分子物质。美国的实践表明，利用膨润土，效果最好，于是赋予其技术名词——漂白土。
随着膨润土的需求量发生变化，利用漂白土净化石油开始占第一位。二战后，石油工业的发展，不是朝净化简单的分馏物的方向进行，而是对石油进行深入的化学加工。此时，天然漂白性膨润土只是用来制造铝质催化剂。此外，利用膨润土胶质性的一些工业部门明显地增加了对膨润土的需求。大量的膨润土开始用于石油工业，制作泥浆。同时，在选矿方面开发出许多精矿粉成球的新技术。这一技术需要采用具有良好粘结性能的高分散性膨润土，这就明显地提高了膨润土的需求量。
随着科学技术的发展，研究方法和手段的完善，对膨润土成分、性质和性能了解的深化以及社会发展对矿物原料需求的增加，膨润土矿的应用范围越来越广泛。近50年，它已成为冶金工业铁球团的粘合剂，化学工业的吸附剂、脱色净化剂和环保消毒防护剂，并随之出现了形形色色的膨润土有机复合物，大大扩大了膨润土的应用领域。如日本为改善其在钻井泥浆中的应用效果，在膨润土中添加少量的氧化镁，即可制成高表观粘度、高塑性粘度、高造浆率的钻井泥浆；美国在膨润土中加入无机氧化物，制成耐热陶瓷面罩；德国用膨润土加石灰处理含油废水（加入氯化镁、氧化镁、硅酸作稳定剂）制作加固复合材料；日本用膨润土加粘合剂制备蓄水水泥；前苏联用膨润土加玄武纤维和石棉、水泥、工业废料制作绝热建筑材料；日本用膨润土与硫酸铝混合料处理含染料废水，用膨润土和碳酸钠溶液来净化酒类产品等等。至今，膨润土的行业达十余个，与膨润土有关的产品达500余种。
同样随着科学技术的发展，膨润土在土木工程技术上，特别在地下工程防水技术上，发挥着越来越重要的作用。
美国在建造钢筋混凝土油库时，往往在浇注混凝土前，先在地基上铺撒一层干膨润土粉（铺1万平方米约用1吨），既防止库内油外渗，又防止地下水入侵。有些国家在水库的上游水面上撒干膨润土粉，膨润土粉顺流而下，在水中水化，呈絮状下沉至库底，充满库底裂缝，达到不渗水的目的。
美国在20世纪60年代初开始研究膨润土的防水作用，70年代试制成防水板，在地下工程中大量应用并同时向世界许多国家输出。美国近20年所建的地铁也都主要用膨润土防水，其底板、立墙、顶部均包满了膨润土板，经济效益显著，香港和东南亚地区应用美国的膨润土板防水的地下室、地铁等也很多，近10年所建大厦的地下室也已有上千个工程用美国的膨润土板防水。日本在20世纪80年代将膨润土和防水膜（如橡胶、塑料等）重合在一起，形成双重或三重防水材料。美国在90年代又开始一层膨润土一层高密聚乙烯的高效防水材料和两层化纤织物中间夹一层防渗膨润土的防水毯。日本用膨