膨润土的矿床类型

一、海相（火山）沉积型膨润土矿床

国内以新疆托克逊柯尔碱矿床最为著名，它是我国年代最老（石炭纪）的海相火山沉积型膨润土矿床。

该矿床分布于古生代活动带内。产矿岩系为晚石炭世海相火山岩建造，由基-中性火山岩和火山碎屑岩组成。建造内火山喷发旋回清楚，各旋回多由基性-中性火山岩，喷发韵律由熔岩-碎屑岩。膨润土矿层产于安山岩和安山质凝灰岩中，矿层可分上、中、下3层。

下矿层：呈大透镜状，长达2200m，厚1.5～72.7m，产于安山质角砾凝灰岩中，矿体含夹层多层。矿层底板为英安质熔岩、角砾凝灰岩，顶板为玄武岩，玄武质集块熔岩。

中矿层：呈似层状，断续长2190m，厚2.7～10.5m，最厚29m。本矿层由10个矿体组成。矿层顶底板为灰绿色黑云母安山岩，局部为安山质熔结集块岩、凝灰岩。

上矿层：呈似层状、长2450m，厚8～18m，最厚47.7m。由9个矿体组成。矿层顶底板为黑云母安山岩。

矿石自然类型分为3 种：①块状膨润土矿石，蒙脱石含量41.47%～66.84%，分布于中上矿层；②含砾膨润土矿石，蒙脱石含量29.5%～67.25%，矿石中含有略具分选性的各种火山岩碎屑，主要分布于下矿层；③角砾状的层状膨润土矿石，蒙脱石含量47.7%，矿石中安山岩、凝灰岩、玻璃质岩块被鳞片状蒙脱石交代。矿石中蒙脱石属性除钠基、钙基蒙脱石外，还有过渡型的蒙脱石。地表矿石以钙基膨润土为主，潜水面以下以钠基膨润土为主，局部地段钠基和钙基膨润土互层产出。

钠基膨润土化学成分为（%）：SiO₂ 61.60，Al₂O₃ 19.48，Fe₂O₃ 3.80，MgO4.10，CaO0.06，FeO0.03，MnO 0.03，TiO₂ 0.15，Na₂O 3.56，K₂O 0.65，P₂O₅ 0.014，H₂O⁺ 5.18。由此计算的结构式为：

非金属矿产地质学

矿床是一个低品位的超大型矿床，膨润土可用做砂型黏结剂和高炉生产制造铁矿球团的黏结材料。通过泥浆性能试验，其也基本满足石油钻进要求。

关于矿床的成因，区域地质显示，柯尔碱区为一独立火山岩区，其中分布有数个火山口。东区喷出岩中可见似枕状构造，说明含矿地层属海相火山岩建造。当喷出的中酸性火山碎屑岩类进入海盆地中发生水解脱玻作用，硅、铝格架破坏，随着碱、碱土金属离子溶出后，海水中pH值增大，形成碱性环境，促使硅、铝与海水中的镁结合形成蒙脱石，因此东区以海相火山沉积矿床为主。西区为陆相火山建造，其中的膨润土火山热液交代型矿床为主。

二、陆相火山-沉积型膨润土矿床

在我国这类有工业意义的矿床主要分布于浙江、安徽、山东、辽宁、内蒙古、山西、甘肃、广西、四川、陕西等省，其规模、储量占据重要地位。

（一）陆相火山沉积型矿床

膨润土的形成与陆相火山岩关系密切，含矿建造岩性比较复杂，由酸性、中酸性、中性-中基性，甚至基性的火山熔岩等组成。成矿原（母）岩有晶屑玻屑、凝灰岩、酸性凝灰角砾岩、流纹质角砾凝灰熔岩、安山质凝灰岩、粗安岩、珍珠岩等，其中酸性玻璃质熔岩-碎屑岩与成矿的关系更为密切。矿石中矿物组成以蒙脱石为主，次为石英、长石、绿泥石、蛋白石、斜发沸石、方沸石、水云母、方解石、褐铁矿等。在含矿建造中，有时膨润土、沸石岩、珍珠岩3种矿层构成复合矿层，因此有的矿床可综合利用。在同一矿层中，浅部为钙土，沿倾向深部变为钠土，二者之间为渐变过渡关系。

1981年在山西北部抢风岭发现大型膨润土矿床，属火山-沉积型，经勘探工作查明，膨润土储量大，性能好，远景可观。以此矿床为例，帮助了解本类型的地质特征。

1.矿区地层

图13-2 抢风岭膨润土矿区综合地层柱状图

（据张永涛等，1996）

由老到新有奥陶系、石炭系、侏罗系、白垩系（图13-2）。石炭系中赋存煤及高岭石粘土岩，侏罗系中赋存有膨润土和沸石。其中上侏罗统浑沅群由一套火山岩系组成，包括火山岩、火山碎屑岩、沉积火山碎屑岩和沉积碎屑岩。火山喷发旋回明显，岩石组合由中基性火山岩到酸性火山岩。旋回之间出现多个喷发间断，膨润土产于不同喷发间断面的上部和下部（图13-3）。膨润土的形成与火山活动关系十分密切，它为膨润土的形成提供了充足的物质来源。

图13-3 抢风岭膨润土矿区地质剖面图

（据张永涛等，1996）

1—流纹岩、球粒熔岩；2—角砾凝灰岩；3—沉火山角砾岩；4—辉石安山岩；5—安山质集块岩；6—玄武安山岩；7—砂砾岩；8—砾岩；9—砂岩；10—页岩；11—碳质页岩；12—灰岩；13—膨润土矿层及编号；14—沸石矿层；15—高岭石粘土矿层；16—煤层；17—地层不整合界线

2.矿层产状及规模

矿层稳定，厚度变化不大，自下而上可分为4个矿层（图13-3）。

Ⅰ矿层：产于朋头沟组底部，是主要矿层，规模最大。顶板为角砾凝灰岩，底部为砾岩或石炭系砂岩。矿层长4500～5000m，厚度1.02～9.92m，层位稳定、连续，向深度厚度有加大趋势。

Ⅱ矿层：产于朋头沟组顶部，底部为角砾凝灰岩，顶板为紫红色砂质粘土。矿层长4000～5000m，厚度为0.5～7.39m。

Ⅲ矿层：产于抢风岭组底部，顶板为安山岩或玄武 安山岩，底板为凝灰质砂砾岩、火山角砾岩或直接与Ⅱ矿层接触。矿层长2000～3000m，厚度为1.60～5.84m。

Ⅳ矿层：产于抢风岭组安山质集块岩中，顶底板皆为安山质集块岩。矿体呈透镜状，地表出露零星，主要产于深部，长1000m，厚度为3.94～21.31m。

3.矿石矿物

据分析，膨润土属钙蒙脱石，个别样品MgO可达3%～5%，推测可能有镁蒙脱石存在。除钙蒙脱石外，膨润土中还有少量长石、石英、蛋白石、沸石、方英石、方解石等。

4.矿石类型

按矿石的自然形态，可分为3种自然类型：

块状膨润土：呈粉红色、白色、翠绿色，具有蜡状或油脂光泽，遇水膨胀。块状矿石分布于Ⅰ矿层内，矿层内见大小不等（几到十几毫米）的滚圆状砾石，成分有流纹岩、球粒熔岩、石英斑岩、灰岩、片麻岩和斜长角闪岩等。矿石中主要矿物蒙脱石占70%～80%，有的可达90%～100%，方英石、蛋白石占1%～5%，石英、长石晶屑占5%～7%，陆源碎屑占5%～10%，还见玻屑残晶等。

砾状膨润土：呈粉红色、白色，矿石为角砾凝灰结构，角砾主要由滚圆状岩屑和撕裂状玻屑组成，角砾之间由细小的凝灰质胶结。玻屑具蒙脱石化，蒙脱石呈鳞片状集合体存在，其是早期的沸石被蒙脱石交代形成的。砾状膨润土主要分布于Ⅱ矿层和Ⅳ矿层中，其中蒙脱石占60%～70%，晶屑（长石、石英）占5%～10%，陆源碎屑占5%～10%。

砂状膨润土：呈粉色、紫红色，矿石呈砂状、碎屑状和凝灰质结构，条带状和薄层状构造，主要分布在Ⅲ矿层中，矿物组成为蒙脱石占50%～70%，玻屑占10%～20%，晶屑占5%，陆源碎屑占20%。

5.矿石化学成分

抢风岭膨润土之K₂O和Na₂O含量较低，而CaO和MgO的含量相对较高。（K₂O+Na₂O/CaO+MgO）的比值Ⅰ矿层为0.2，Ⅱ矿层为0.4，Ⅲ矿层为0.5。

6.物理化学特征和工艺技术特性

物理化学特征：吸蓝量最高为47.6g/100g，最低为16.65g/100g，平均为29.5g/100g；脱色力最大为344.3，最小为39.0，平均为170；膨润土的碱性系数地表为0.01～0.11，深部为0.02～0.9，推测该区深部有可能存在钠基膨润土；膨润土pH值地表为7.6～9.0，深部为8.6～10。

工艺技术特性：粒度、湿压强度、干压强度、热湿拉强度、透气性、紧实率及水分，以及耐用性、烧铸复用性和抗夹砂等技术指标均能满足铸造工艺质量要求。此外，直接利用原土和活性土进行了吸附性和脱色性试验结果表明，该膨润土完全可以用于润滑油的精炼和提纯，也可以用于其他油脂类产品的吸附和脱色，而且效果明显，性能良好，特别是经酸洗后使用，效果更佳。

7.矿床成因

张永涛等（1986）通过综合研究，将矿床的形成总结如下：

侏罗纪，抢风岭地区为一沉积盆地，其中发育有强烈的火山活动，形成朋头沟组-向阳村组凝灰岩-中酸性熔岩。火山物质进入水盆地后，火山玻璃遭受水解作用，带出碱和碱土金属，使水介质逐渐变为碱性环境，火山玻璃在此环境下受蚀变进一步向蒙脱石转化，从而形成膨润土矿床。如下式所示：

火山玻璃+水介质→蒙脱石+沸石+二氧化硅+金属离子（溶液）

沉积物中火山玻璃物质越多，转化的蒙脱石含量就越高，若沉积物中非玻璃质混入物多，就会影响膨润土矿石的质量。

该类型国内著名的矿床还有江苏句容县甲山矿床（超大型）、浙江临安县平山矿床（大型）、安徽屯溪市新潭矿床（超大型）、山东潍县涌泉庄矿床（大型）等。

（二）陆相沉积型矿床

该类型含矿建造包括含煤碎屑岩建造（白垩纪）、含石膏粘土岩建造（第四系）和砂岩-粉砂岩-泥岩建造（二叠系），矿床多为中等规模。

含煤碎屑岩建造中的膨润土矿床以吉林怀德县刘房子膨润土矿床为代表。矿床分布于晚侏罗世以后的断陷盆地中。陆相含煤碎屑岩建造属于下白垩系，建造中含煤14层，自下而上为A、B、C3组，夹有膨润土7层，具工业意义的有4层，位于A、B煤层的顶底板。膨润土主矿层位B层煤底板，其他层位不具工业意义。

主矿层矿石的矿物组成有钠蒙脱石50%～90%，平均60%～70%，另外还含少量高岭石、石英、长石、方英石、方解石、绿泥石、水云母等。主矿层具一定层理、胶凝结构，含同生鲕状黄铁矿。膨润土为浅绿色，pH值大于10。

上述特点说明，膨润土矿层是在较深水的具还原环境的大陆湖泊中沉积形成的。这时湖泊中无火山活动，以碎屑沉积为主。通过电镜扫描发现高岭石有向蒙脱石转化的迹象。姚道坤等（1994）提出，地表风化产物高岭石带入湖盆，在沉积期后，水介质由酸性变为碱性，高岭石向蒙脱石转化（沉积后蚀变作用）形成膨润土矿床。

本矿床规模属中型矿床。经对膨润土的技术特性试验后，确定为良好的铸造用土，其造浆率也能满足石油钻探泥浆的要求，还能用于生产铁矿球团的需要。

三、残积型膨润土矿床

该类型矿床在我国分布不广，矿床规模较小，其储量仅占我国膨润土总储量的10%～20%。

矿床产于不同岩石的风化壳地区，受大气、生物风化作用的影响，从地表附近把岩石、矿物中非蒙脱石组分迁移，使蒙脱石组分聚集在风化残积物中，经后期成岩作用而形成膨润土。矿化母岩大部分为酸-中基性火山岩。

四、热液型膨润土矿床

在火山岩区或沿侵入岩体的断裂、接触破碎带，受后期富水气的热液影响，使火山玻璃、次火山岩脉体等发生热液交代作用，淋滤带出铝硅酸盐中部分硅、碱、碱土，而形成热液型膨润土。矿体一般不规则，呈脉状、透镜状、瘤状、似层状等，规模大小不一。该类型矿床分布不多，所占储量的比重不大。已发现的矿床（点）膨润土属性以钙基为主。江苏省溧阴县茶亭-平桥一带分布有热液型膨润土矿点。