1 膨润土理化性质和用途
1.1 膨润土概述
膨润土,亦称膨土岩,其英文称作Bentonite,故按音译也称为班脱岩;实际上,膨润土就是蒙脱石粘土, 蒙脱石是一种含水铝硅酸盐矿物,也称”微晶高岭石”,主要成分是二氧化硅和三氧化二铝,并含少量的伊利石、高岭石以及沸石、长石、方解石等杂质,膨润土的化学式为Nax (H2O)4{(Al2---xMg0.33) [Si4O10](OH2)。
按膨润土层间阳离子种类、含量和结晶化学性质等,可将膨润土划分为钠基、钙基、氢基、镁基和铝基膨润土等。层间阳离子为Na+时,称钠基膨润土;层间阳离子为Ca+时,称钙基膨润土;层间阳离子为H+时,称氢基膨润土,即活性白土;层间阳离子为有机阳离子时,称有机膨润土。商业膨润土主要包括有钠基膨润土、钙基膨润土和酸性天然漂白土三种。另外膨润土经加工和改性后可生成高纯膨润土和纳米膨润土等。
物理性质:膨润土一般为白色,灰白,µ黄,浅紫,但因含镁量的不同, 而颜色也有变化, 如呈浅灰、µ绿、粉红、褐红、黑杂等色;外观具蜡状,土状或油脂光泽;膨润土有的松散如土,也有的致密坚硬;其比重通常为2.4-2.8,熔点1330-1430摄氏度。
化学组成:膨润土的主要化学组分是二氧化硅(SiO2),三氧化二铝(Al2O3)和水。另外,膨润土常常含有氧化铁和氧化镁,以及钙、钠、钾等元素。膨润土中的的Na2O和CaO含量对膨润土的物理化学性能和工艺技术性能具有较大影响。
1.2 膨润土的理化性能特点
膨润土具有良好的吸水膨胀性,最多能吸附15倍于自己体积的水量。吸水后体积膨胀可达20£30倍。在水介质中能分散呈胶体悬浮液,这种悬浮液具有一定的粘滞性、触变性和润滑性;它和水、泥或砂等细碎屑物质的掺合物有可塑性和粘结性;
膨润土具有较强的阳离子交换能力,对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力,最大吸附量可达6倍于它本身重量;具有表面活性的酸性漂白土能吸附有色物质。
钠基膨润土比钙基膨润土的物理化学性质和工艺技术性能优越。主要表现在吸水速度慢,但吸水率和膨胀倍数大;阳离子交换量高,在水介质中分散性好;胶质价高,它的胶体悬浮液触变性、粘结性和润滑性较好;在较高温度下仍能保持其膨胀性和一定的阳离子交换量,而且pH值高,稳定性好,有较高的可塑性和较强的粘结性;与水、泥、砂的掺合物具有高水强度,热湿拉强度和干压强度大等特点。所以钠基膨润土的经济价值较高。
1.3 膨润土的主要用途
由于膨润土具有良好的吸水膨胀性、黏结性、吸附性、触变性、可塑性、滑润性、催化活性以及阳离子交换性能等特点,所以广泛用于冶金、铸造、石油、机电、化工、纺织、食品、环保、水利、交通、医药和造纸等部门。
冶金和铸造:铁精矿球团粘结剂,型砂粘结剂,水化型砂粘合剂,表面稳定剂;
钻井泥浆:用于油、气、和水的配置具有高流变和触变性能的钻井泥浆悬浮液,并用于钻机解卡剂;
石油化工:石油、油脂、石蜡、石蜡油(煤油)的精炼、脱色和净化,石油裂化的催化剂载体;置备焦油-水的乳化液,沥青表面的稳定剂,润滑油(油脂)的稠化剂。
农牧业:、宠物垫圈、土壤改良剂,混合肥料的添加剂,动物饲料添加剂和粘合剂(提高饲料利用率,家禽产肉产蛋率);以及农药、杀虫剂、杀菌剂的载体等。
膨润土具有很强的吸附性,其颗粒受潮结块,使污染的垫料易于处理。作垫料用膨润土要求吸附液体和臭味能力强,颗粒大小均匀,受潮后不崩解。膨润土在这方面优于其他粘土,因为它不仅吸附性能优良,而且不含有害的游离SiO2。所以膨润土大量用于动物圈包括宠物窝巢去味消毒垫土。
食品工业:动植物油的脱色和净化;在制酒业中,在常规处理工序中,白色膨润土用于葡萄酒和果Ö糖Ö的澄清,啤酒等的颜色稳定剂并吸附丹宁,使用白色膨润土在制酒工业中的优越性在于它可以减少乙醛以及硫化氢的形成,消除所有外来的气味。它在低pH值条件下的作用最强,因此它也是必须使用的一种原料。
化工轻工部门:用于催化剂、洗涤剂的载体(主要利用白膨润土、活化膨润土及有机膨润土);用作橡胶和塑料的填料;在烟雾剂中作颗粒悬浮剂;干燥剂、过滤剂、洗涤剂、香皂、牙膏等日用化工用品的添加剂、凝胶剂;颜料、原浆涂料的触变和增稠剂;在合成树脂及铁、铅、锌等系列颜料油漆中作防沉降助剂;以及防油墨沉降助剂;
环保部门:处理工业污水废液,游泳池水的净化,食品工业废料处理,放射性废物的吸附性等。
民用建筑: 用于水泥及混凝土的增塑剂和添加剂;用于土的稳定剂、打夯及隧道盾构润滑剂以及泥浆槽的悬浮液;利用膨润土上的润滑性,粘结密封性,增稠性以及胶凝性,制成泥浆,用于各种土壤防渗漏、水池防渗漏、隔墙建造和梁柱灌浆修补作业等;
其中,土壤防渗漏、隔墙建造及灌浆等方面的消费增长最快。
造纸工业:在造纸工业,膨润土用途十分广泛,尤其是欧洲。高白度和高纯度(90-95%蒙脱石)膨润土用作多功能白色矿物填料。它在碎浆机中起吸附剂作用、在涂料中起流变调整剂,以及在加工水处理中起澄清剂等作用;另外还用作复写纸的染色剂、颜料填料;在造纸过程中加入一种特殊的膨润土及聚丙烯胺,使纤维与填料生成一种二者均匀分布的“微格架”结构,且使排水容易和迅速。这种用途目前主要在欧洲。
纺织工业:白色膨润土在洗涤剂中主要起着织物软化剂作用;它吸收溶解的杂质如离子类,同时防止织物表面结壳和渣滓的堆积。此外,膨润土还可减少沸石在织物上的沉积。膨润土还有填充、漂白、抗静电涂层的作用,并代替淀粉上浆及做印花糊料;
陶瓷工业:白色膨润土在陶瓷中用作填料和增塑剂(提高陶瓷坯体的抗压强度),特别是在需要烧结的高白度的产品,其流变和可膨胀特性使得陶瓷器具具有了可塑性并增加其强度,同时,其干粘合性为焙烧后的最终产品提供一种高结合强度和抗弯曲的能力;
膨润土用于制造釉料及搪瓷。
医药化妆:药物的吸着剂和药膏药丸的粘结剂以及化妆品底料;
机械工业:高温润滑剂等。
2 膨润土矿产储量和生产
2.1 地质特征
世界膨润土矿产资源主要集中分布在与岩浆活动(特别是火山活动)有关的地区,矿床类型有火山沉积型、风化残积型和热液型,均与火山活动有关。据有关材料,全球膨润土矿带主要分布在下列地域:
环太平洋矿带:该带是世界膨润土的主要产区,也是最有远景的地区。该地带构造运动强烈,晚中生代和新生代大陆火山岩十分发育,是膨润土的主要成矿物源,该带又可分为美洲带和西澳亚带:美洲带主要是沿阿拉斯加-加拿大西部-美国西部-墨西哥-哥伦比亚-巴西-阿根廷等延展。该带是环太平洋和加勒比造山带的一部分。三叠纪以后有大量的钙碱性岩浆平行板块边缘断续喷出侵入,形成一系列火山--深成岩岛弧。西澳亚带:沿俄罗斯东部-朝鲜-中国东北-东南沿海-台湾-菲律宾-澳大利亚-新西兰等。该带火山岩--侵入岩十分发育,在亚洲活动带陆相火山岩中,晚白垩纪和早第三纪钙碱系列岩石占40%~60%。
环印度洋带:东带:缅甸-印度尼西亚西部-澳大利亚西部。西带:从印度-巴基斯坦-伊朗-伊拉克-苏丹-坦桑尼亚-赞比亚-莫桑比克-南非。全带已探明膨润土储量占全球已探明储量比例较小。
地中海-黑海矿带:该带包括地中海诸国(西班牙、法国、意大利和希腊)-黑海沿岸诸国(罗马尼亚、土耳其、塞浦路斯、独联体)-伊朗北部-巴基斯坦北部-中国西部。该带已探明的膨润土储量约占全球已探明储量的20%左右。
2.2 世界储量
世界上膨润土矿产资源总的说来,还是比较丰富的,据有关统计,世界探明的膨润土储量在100亿吨以上,主要储量国家为美国、中国、独联体、德国、意大利、日本、希腊、巴西、印度和土耳其等国家,但大部分为钙基膨润土,其中美国、独联体和中国储量较大,占世界储量的75%,其次是意大利、希腊、澳大利亚和德国等。钠基膨润土储量较少,不足5亿吨,主要分布在美国怀俄明等地,储量约6800-12000万吨、其次还有独联体、意大利、希腊和中国等;天然白膨润土主要产自美国得克萨斯和内华达州、土耳其的安卡拉地区、意大利的撒丁岛和摩洛哥等。
美国膨润土:已查明资源总量7.26 亿吨,其中钠基膨润土储量约1.2 亿吨,居世界首位。主要膨润土资源集中产于怀俄明及蒙大拿,其次为南达科他,德克萨斯、加利福尼亚、科罗拉多及亚利桑那等地。尤以怀俄明膨润土(钠基)储量多、质量好著称于世,是海相层状膨润土矿床的典型代表,所产膨润土主要用于钻井泥浆、铁矿球团及铸造。
独联体的储量一半为优质膨润土。大部分分布在外高加索区,土库曼和乌兹别克。其中土库曼的奥格兰雷、亚美尼亚的萨里纠赫地区是仅次于美国的钠基膨润土产地,储量较大。独联体膨润土成因类型比较齐全,但优质膨润土多以沉积和热液蚀变型的矿床为主.应用领域主要为铁矿球团,钻井泥浆及铸造业。
意大利膨润土资源较丰富,主要分布在庞廷岛、撒丁岛的萨达里、卡利亚里、乌里克斯、瓦拉罗瓦图洛、乌里、阿尔盖洛和西西里、恩钠等地。该国膨润土产量大,质量好,主要供出口。
希腊膨润土主要集中产于米洛斯岛和莫洛斯岛,是钠基膨润土的主要产地,主要用于铁矿球团、钻井泥浆和铸造业。
日本膨润土矿床主要于山形县、群马县、福岗、宫城、新泻等地。矿床多为沉积、热液蚀变型。日本膨润土产品主要用于铸造、土木工程、钻井泥浆等。
中国:截止2007年底,中国膨润土储量为3.82亿吨,基础储量约为7.98亿吨,查明资源储量近27.75亿吨。地质勘探表明,新的矿点还在不断发现,中国的和世界的矿产储量是不断变化的。表1是2006年中国膨润土储量较大的省区统计:
2.2 膨润土生产
世界膨润土(包括漂白土)主要生产国家有40多个,主要有美国、中国、希腊、土耳其、独联体和意大利等。2009年总计生产1300多万吨(漂白土产量为380万吨)。其中美国2009年膨润土生产量410万吨,居世界第一位,中国居第二位。
美国膨润土生产:
2009年,美国生产膨润土410万吨,与2008年的490万吨相比,下降16%,是5年来最低的的产量,这与世界性金融危机密切相关的;钙基膨润土主要产自亚拉巴马,其次是密西西比、亚利桑那州、德克萨斯、内华达州和加利福尼亚州等州;美国钠基膨润土生产,主要在怀俄明,其次是蒙大拿、犹他、得克萨斯、加利福尼亚、俄勒冈、科罗拉多和内华达等州。美国在11个州有20家公司生产各类膨润土。
另外,2009年,美国还生产漂白土236万吨。比2008年的251万吨有所减少。
中国膨润土生产:
据国土资源部2008年通报,2007年我国膨润土年产矿量297.9万吨,比2006年的414.5万吨,有所减少,有大型企业7个,中小型361家。
主要生产厂家据2007年统计,主要有浙江华特实业集团、吉林四平刘房子爱思克膨润土有限公司、浙江长兴仁恒精制膨润土有限公司、辽宁建平慧营化工有限公司、苏州群星膨润土有限公司、宣化宣冶膨润土有限公司、新疆中非夏子街膨润土公司、江西广丰荣光非金属有限公司、内蒙兴和涂料厂、内蒙宁城天宇化工有限公司、建平华特北方化工有限公司、辽宁朝阳天力集团、北京首钢鹏飞新材料科技有限公司、北京泰华润土科技发展有限公司、浙江丰虹粘土化工有限公司、新疆富蕴美华矿业有限公司、南化红山膨润土(辽宁)有限公司等。
摩洛哥膨润土生产:
2008年,S&B Industrial Minerals 公司在纳祖尔地区建厂生产白膨润土,年产15万吨,产品运往德国诺伊斯进行进一步加工,原矿由S&B的子公司£North African
Industrial Minerals Exploration S.A.R.L. (NAIMEX)供应, NAIMEX在 Trebia (S&B 附近开采膨润土原矿。
3 世界膨润土消费
由于世界性金融危机的影响,世界市场对膨润土的消费有所减少,2009年世界膨润土生产与危机前2007年的1480万吨相比,下降幅度达12%。
3.1 美国膨润土消费
关于膨润土的消费部门,各国也不尽相同。美国是世界上膨润土生产、消费和出口最多的国家。
据USGS,2009年美国膨润土消费约为410万吨,主要用于吸附剂,占美国总消费的26%,约为106万吨;钻井泥浆占23%,约为94万吨;铸造型砂粘结剂(主要是膨胀膨润土)占17%,约为70万吨;用于铁精矿球团(全部是膨胀膨润土),占14%,约为57万吨;其它消费领域占20%,约为80万吨。
2008年则消费490万吨,各部门消费的比例为吸附剂,占美国总消费的26%,约为127.4万吨;钻井泥浆占23%,约为112.7万吨;铸造型砂粘结剂(主要是膨胀膨润土)占17%,约为83.3万吨;用于铁精矿球团(全部是膨胀膨润土),占14%,约为68.6万吨;其它消费领域共占20%,约为98万吨。
表42003-2007年的统计是由美国Minerals Yearbook发表的统计数字:
2007年用于宠物除味消毒垫土(99%以上是膨胀膨润土)103万吨;钻井泥浆消费91.2万吨(主要是膨胀膨润土);铸造型砂粘结剂(主要是膨胀膨润土)56.2万吨;用于铁精矿球团(全部是膨胀膨润土)为67.7万吨;其它消费领域约78万吨。现列表如下:
3.2 中国膨润土的消费
近年来,中国膨润土矿物年产量约为300万吨左右。除了约30万吨(2009年25.5万吨)出口以外,中国国内消费约为260万吨。
中国膨润土的消费结构为:铸造工业的消费量约占44%,约为100£120万吨;钻井泥浆材料的消费量约占28%,约为70多万吨;铁矿球团用的消费量约占18%,约为47万吨;油脂脱色占8%,约为20万吨;其它12%主要用于石油化工、轻工、纺织、农业和建材业等部门,约有30万吨。
4 膨润土国际贸易和市场价格:
4.1 美国国际贸易
美国出口:2009年美国出口膨润土67万吨,比2008年的109万吨减少38.5%。
美国进口:2005年美国进口1万吨,金额355万美元;2006年进口1.3万吨,金额310万美元;主要从希腊(66%)、墨西哥(19%)和中国(6%)进口。2007年进口1.1万吨,金额239万美元,主要从希腊(66%)、墨西哥(12%)、中国(8%)和加拿大(6%)进口。
近几年来美国公司大力寻求在中国开发膨润土,以满足美国的需要,2002年美国曾从中国进口3万吨,以后逐年减少:2005年从中国进口5714吨。2006年进口2660吨;2007年,美国从中国仅进口125.7吨,金额2.7万美元,均价每吨214.8美元;2008年, 716.4吨,金额23.3万美元,均价每吨325.2美元;而2009年545.8吨,金额34.5万美元,均价631.5美元。
而中国从美国进口保持较高水平:2005年为3.19万吨,总值536.5万美元,每吨均价168.2美元,2006年从美国进口2.51万吨,金额449.8万美元,均价179.2美元;2007年从美国进口2.51万吨,金额449.8万美元,均价179.2美元;2008年从美国进口4.47万吨,金额1012.2万美元,均价226.4美元,2009年中国从美国进口2.82万吨,金额为688万美元,平均价格为244.4美元;均价逐年上升。
4.2 中国膨润土国际贸易
中国膨润土储量大,近年来生产增加较快,出口也在增加,但由于各种原因,我国目前仍然以高价进口数量较大的膨润土。
根据2005年海关统计,我国出口膨润土25.75万吨,价值2039.8万美元,平均每吨单价为79.2美元,主要出口到日本、荷兰、韩国、台湾省、马来西亚、美国、澳大利亚和泰国等;
2005年进口膨润土4.177万吨,总值为947.6万美元,平均单价每吨为226.9美元,主要从美国、德国、韩国、印度、泰国、埃及、阿联酋、台湾省和新西兰进口。
2006年,我国出口膨润土增加到28.6万吨,价值2607.5万美元,平均每吨单价为91.3美元,主要出口到韩国、日本、荷兰、泰国、意大利、德国、台湾省、马来西亚、澳大利亚和美国等;
2006年进口膨润土3.8万吨,总值为922.1万美元,平均单价每吨为240.6美元。
进口来自美国、韩国、台湾省、埃及、德国和挪威等。
2007年,我国出口膨润土增加到31.9万吨,价值3319.2万美元,平均每吨单价为103.9美元;进口膨润土4.9万吨,总值为1083.6万美元,平均单价每吨为222.6美元。
2008年,我国出口膨润土增加到36.8万吨,价值4142.4万美元,平均每吨单价为112.6美元;进口膨润土增加到5.1万吨,总值为1352.2万美元,平均单价每吨为265.1美元。
2009年,我国出口膨润土25.5万吨,价值2903.2万美元,平均每吨单价为113.7美元;进口膨润土4.1万吨,总值为1223.6万美元,平均单价每吨为295.9美元。
4.3 膨润土国际价格
总体说,国际市场价格水平比较平稳,大部分品级多年变化不大,即使是国际金融危机期间,膨润土的价格所受负面影响较小;
5 世界膨润土市场趋势
目前,国际膨润土市场持稳,这主要是世界金融危机的负面作用已经转缓, 全球主要经济体的经济运行已经走上复苏之路;膨润土的下游行业已经或正在摆脱金融危机的影响,生产在恢复,销售在增加;
膨润土的下游行业钢铁生产和铸造消费方面,由于世界钢铁工业持续增长以及铁矿砂价格持续坚挺,国际市场对铸造砂粘接剂和铁精矿球团用膨润土的需求将继续保持稳定;
据五矿化工进出口商会统计,2010年1£3月中国钢材出口同比增加了69.6%,生铁及镜铁出口同比增加2095.1%, 这必然导致膨润土消费的增加。
世界各国和中国环保工作的加强,膨润土的可以从水处理系统中有效的清除油和其他有机杂质而变的用途越来越广;用于宠物垫圈方面的膨润土由于其特殊性,不受世界金融危机的影响,而且世界性保护动物浪潮和更多的人养护宠物而用量保持稳定,并有一定幅度的增长;
在石油钻探方面,目前,世界石油价格虽然由于世界经济逐步走出危机而缓慢回涨,世界各地石油和天然气勘探仍然平稳开展。以美国为例,近几年用于石油天然气钻井泥浆的膨润土均占总消费的23%,预计未来用于石油天然气钻探的膨润土将继续保持稳定或有一定幅度的增长。
在农牧业方面:由于世界粮食和饲料价格坚挺,作为土壤改良剂,混合肥料的添加剂,动物饲料添加剂、粘合剂以及农药的载体等,膨润土的消费将会有良好的前景;以农药为例,2010年1£3月,中国进口农药同比增加19.5%,而杀菌剂增加更高,达28.8%。
在民用建筑方面,2010年下半年起,各国住房建筑随着世界经济的复苏,金融危机影响的消除,也开始走上恢复之路。特别是中国等国家,正处于城市化的进程中,与膨润土相关的建筑防水、粘结剂、陶瓷、水泥及混凝土的增塑和添加剂、土的稳定和防渗漏、隔墙建造和梁柱灌浆修补等均需大量膨润土;
除上述外,世界纺织, 日用化工、食品等市场均处于较好状态,这也是膨润土世界市场价格在世界金融危机期间也保持较为坚挺的原因。
预计2010年世界膨润土市场需求将呈现恢复性的增长,世界膨润土生产也会由于生产厂家开工率的上升而增加;膨润土市场价格水平会维持在目前的水平上;不过,在未来的月份里,随着世界经济进一步复苏,能源价格和世界运输费用的提高,世界范围的可能发生一定幅度的通货膨胀,国际膨润土市场价格将会有上浮的压力。
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