高岭土的开采与应用

高岭土的开采与应用

高岭土是一种非金属矿产，是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩。因江西省景德镇高岭村而得名。质纯的高岭土呈洁白细腻、松软土状，具有良好的可塑性和耐火性等理化性质。其矿物成分主要由高岭石、埃洛石、水云母、伊利石、蒙脱石以及石英、长石等矿物组成。高岭土用途十分广泛，主要用于造纸、陶瓷和耐火材料，其次用于涂料、橡胶填料、搪瓷釉料和白水泥原料，少量用于塑料、油漆、颜料、砂轮、铅笔、日用化妆品、肥皂、农药、医药、纺织、石油、化工、建材、国防等工业部门。高岭土是主要成分为高岭石的粘土矿物，作为一种重要的非金属矿产，被广泛应用于油漆、涂料、造纸、橡胶、塑料、电缆、陶瓷、搪瓷、耐火材料、纺织、水泥、汽车、化学、环保及农业等领域。高岭土除含高岭石外，一般还含有埃洛石、石英、明矾石和少量黄铁矿、赤铁矿、褐铁矿及金红石或锐钛矿等有害杂质。

目前，全世界约有五十多个国家出产高岭土，主要集中在美国、巴西、中国、英国和捷克，总产量占到世界市场的一半以上。高岭土早期主要为制作陶瓷的矿物原料，中国是世界上最早使用高岭土制作陶瓷的国家。

高岭土的主要矿物，高岭石，化学分子式Al4[Si4O10](OH)。，为含氧盐大类层状结构硅酸盐高岭石族矿物。之所以称之为高岭石，渊源于我国江西省东北部景德镇市东面的高岭村产出质地优良高岭石资源，海内外享有盛名。

高岭土属于粘砂物，是我国“十五”期间重点开发的无机非金属矿物，价值和广阔的发展前景。其构造简单，储量丰富，品位优良，质纯的高岭土具有白度高、质软、易分散悬浮于水中、良好的可塑性和高的粘结性、优良的电绝缘性能；具有良好的抗酸溶性、很低的阳离子交换量、较好的耐火性等理化性质。因此高岭土已成为造纸、陶瓷、橡胶、化工、涂料、医药和国防等几十个行业所必需的矿物原料。有报道称，日本还有将高岭土用于代替钢铁制造切削刀具、车床钻头和内燃机外壳等方面应用。特别是最近几年，现代科学技术飞速发展，使得高岭土的应用领域更加广泛，一些高新技术领域开始大量运用高岭土作为新材料，甚至原子反应堆、航天飞机和宇宙飞船的耐高温瓷器部件，也用高岭土制成。本文就以茂名地区的高岭土矿开采施工技术为例进行探讨。

在我国广西、广东、福建水洗高岭土矿床较多。水洗高岭土矿经过水洗、筛

分、增白、压滤、烘干后等工艺，可以制作成陶瓷土等，近年水洗高岭土经过干燥、煅烧、改性后可以制作电缆级别的高岭土，高岭土的销售价格由几百元一吨，提高的几千元一吨。地质勘探部门提供资料表明，茂名盆地高岭土矿藏储量丰富，矿床分布范围大，矿体呈层状产出，高岭土粒度细，片状晶形，自然白度高，是提纯用于造纸涂料的优质原料。茂名高岭土矿处于茂名上第三系中新统尚村组，上新统老虎岭组及高棚岭组下部地层和第四系残坡积层；茂名第三系盆地总体为不对称的向斜构造。这种沉积型砂性高岭土易开采、易加工，选矿工艺简单成本低，开发茂名地区的高岭土有非常广阔的前景。

工程概况：在我国广西、广东、福建水洗高岭土矿床较多。水洗高岭土矿经过水洗、筛分、增白、压滤、烘干后等工艺，可以制作成陶瓷土等，近年水洗高岭土经过干燥、煅烧、改性后可以制作电缆级别的高岭土，高岭土的销售价格由几百元一吨，提高的几千元一吨。地质勘探部门提供资料表明，茂名盆地高岭土矿藏储量丰富，矿床分布范围大，矿体呈层状产出，高岭土粒度细，片状晶形，自然白度高，是提纯用于造纸涂料的优质原料。茂名高岭土矿处于茂名上第三系中新统尚村组，上新统老虎岭组及高棚岭组下部地层和第四系残坡积层；茂名第三系盆地总体为不对称的向斜构造。这种沉积型砂性高岭土易开采、易加工，选矿工艺简单成本低，开发茂名地区的高岭土有非常广阔的前景。高岭土矿床的开采规模划分１）大型：大于０．２６ｋｍ２，折合约４００亩；２）中型：０．１３ｋｍ２～０．２６ｋｍ２，折合约２００亩至４００亩；３）小型：０．０６ｋｍ２～０．１３ｋｍ２，折合约１００亩至２００亩；４）极小型：０．０３ｋｍ２～０．０６ｋｍ２，折合约５０亩至１００亩；５）不允许开采：小于０．０３ｋｍ２，折合约５０亩。开采方法及工艺：茂名高岭土矿田、矿段开拓方式为自卸汽车运输开拓方案，采用反铲液压挖掘机挖装、运输。开采高岭土矿的所有剥离物都必须堆放在专设的排土场，排土场按其设置地点分为内部排土场和外部排土：内部排土场设置在矿区的一边，另一边作为开矿的首采区，内部排土场有利于设置污水处理和泥石流防治措施；采用外部排土场时，排土场尽可能靠采场，使其运距最短，要设置污水处理和泥石流防治措施，要对排土场进行复垦，必须设置完整的排水系统。开采基本方法：开采高岭土矿一般采用水力冲采法，将矿石经水枪冲采塌落后形成矿浆，矿浆通过矿沟流至集矿池，再由砂浆泵输送到螺

旋分级机除砂。开采顺序：设计以开矿池服务范围为一个开采矿块，集矿池布置在初采处的中部，每个矿块分为四个采掘带，同时开采二个采掘带，运矿沟布置在相邻采掘带的中间。采矿顺序为自上而下按矿层厚度逐层开采，由此向南推进。

在造纸工业中，高岭土的国际市场比较繁荣，其销量超过陶瓷、橡胶、油漆、塑料、耐火材料等行业。在纸浆中，高岭土通常不与其配料发生反应，有较强的稳定性，并且完好地保留在纸张纤维中。同时，高岭土粒度细，流动性强，机械化生产中可确保纸张涂层厚度均匀。由于高岭土的以上性能，一般在生产过程中，被用作纸张的填料和涂布料。用作填料，高岭土可填补纸张纤维间的空隙，提高纸张密度，降低纸张透明度，改善纸面平整度，增强纸张吸收油墨的能力。因此，高岭土可部分代替价格昂贵的填料作为填量剂、增白剂，而不影响产品的质量。高岭土用作涂布料，则是利用其覆盖性，将其片状微粒涂在纸张表面，增强其光滑性、光亮性、整洁度、可印性、不透明性等，可以改善纸张对油墨的包容性、渗透性以及纸张的外观。

高岭土的应用：在陶瓷工业中，高岭土的应用比其他行业早，用量也非常大，通常可以占到配方的20%到30%左右。高岭土可以使陶瓷中Al2O3的含量增加，莫来石的生成过程更容易进行，从而提高了陶瓷的稳定性和烧结强度。在陶瓷烧成中，高岭土分解成莫来石是形成坯体框架的过程，此过程可令烧成温度范围变宽，陶瓷坯体不容易走样变形，并且提高陶瓷的白度。同时，高岭土自身还具有粘结性、可塑性、结合性、悬浮性等特性，可使瓷泥瓷釉的成形性得到改善，更利于车坯、注浆、陶瓷成形等加工过程。此外，陶瓷工艺对高岭土的化学特性、粒度大小以及结晶程度等性能均有要求，为保证加工陶瓷的质量，工业上应严格控制高岭土的各项参数。

高岭土由于其具有较高的耐火度，通常应用于生产加工耐火制品工业中。耐火材料主要分为耐火砖和硅铝棉两类，具有抗高温并承受压力不形变的特点。包含高岭土、铝土矿、

膨润土等在内的一系列耐高温粘土，统称为耐火粘土。一些白度不高，不能用来加工陶瓷和造纸的高岭土，却可以成为生产耐火材料的优质原材料。因此，如何综合开发利用高岭土，提高其利用率，打造耐火粘土与耐火材料的重要市场成为人们关注的新课题。

应用于橡胶工业的高岭土，填充到胶体混合物中，可以增强橡胶的耐磨性、化学稳定性和机械强度，延长其硬化时间，还可以调整橡胶的混炼性、流变性、硫化性，提高未硫化制品的粘稠度，防止其塌软、凹陷、下垂、扁管、变形等。其橡胶制品的通透性、防水性、化学活性、防火抗燃性等特性也相应得到了极大的改善。同时，高岭土作为填料还可以降低其他原材料在橡胶中的用量，极大地减少了橡胶的生产成本而并不明显影响橡胶的性能。Ti02、CaC03、滑石、高岭土为油漆工业中主要使用的矿物原料。其中，高岭土对其分散性，颗粒大小，及有色氧化物的含量均有要求。由于高岭土具有色白、成本低、良好的流动性和悬浮性、化学惰性、强覆盖力等性质，因此它在油漆中主要起到充填物和色料替代物的作用，并能减少昂贵染料的需求量。高岭土可以提高涂膜硬度、改进涂膜质量，使涂层具有良好的防腐性、不透明性和防沉降性。不同粒度的高岭土应用于不同种类的油漆中，颗粒较细的高岭土可用于加工高光油漆或乳胶颜料，而颗粒较粗的高岭土则用于加工黯光油漆或平光油漆。漂洗高岭土易溶于水中，适合于制造乳胶状颜料。煅烧高岭土则适用于高温耐磨油漆，刷涂墙壁的浅色漆，以及金属产品的底层漆中，其良好的优越性使煅烧高岭土在油漆生产工业中发展飞速。

高岭土由于脱去水分而变成偏高岭土。通常可以利用碱激活的方法来制备水泥，或者当作混凝土材料的添加料来使用。高岭土可以提高混凝土的强度、工作性、耐久性，同时可以抵抗混凝土产生的自收缩现象。高岭土水泥基材料性能优异，应用领域广泛，发展前景值得关注，但我国在这个领域的研究起步较晚。随着对该材料的不断开发利用，我国的社会经济建设将取得很大进展。

偏高蛉土中的SiO：和A1：O，町吸收水泥水化析出的氢氧化钙，生成二次c—s—H和具有胶凝性质的c2AsH8。所以在混凝士中掺偏高岭土，能显著提高其早期强度和长期抗压强度、抗弯强度及劈裂抗拉强度。研究表明掺5％～10％偏高岭土的混凝土365d内强度持续增长，而且在相同置换率的条件FMK 一水泥混凝t强度比硅灰～水泥混凝土的还略高。对古15％MK的混凝土强度发展的研究表明，在50℃养护时早期强度比20℃时要高。

碱一硅酸反应是混凝土碱一集料反虚中的一种，即碱与集料中的活性SiO：发生反应。混凝土中掺入适量(取代波特兰水泥约20％偏高岭土矿物掺台料，可

以抑制这类碱一硅酸反应，其机理是由于掺人偏高岭土而形成的辅助水化产物包裹了孔溶液中的K一、Na并降低了孔溶液的pH值。

Rose等研究了在海水环境中MK混凝上的耐久性。结果表明同普通混凝土相比，MK混凝士的强度提高4㈣，而体积变形则下降60％。Khatib研究r将不同掺量的MK混凝土浸在5％NaisO。溶液中520d，结果发现掺偏高岭土的混撅土其体积膨胀明显低于普通混凝土。说明偏高岭土对混凝士抗硫酸盐侵蚀非常有利，其原因主要是由于偏高岭七的掺人有效降低混凝土中CH含量。

高岭土在化学制造方面一个新的日益增长的用途是被催化剂厂家用作制造沸石催化剂的一种配料。在制药工业上用高岭土生产药剂用于缓和肠内失调,而很多白药片的填料是由碳酸钙或高岭土组成的。粘土也是玻璃纤维生产上提供氧化铝的主要来源。

新用途对`精细的,或`工程的”陶瓷已作了相当多的讨论,但到目前为止,大部分新的陶瓷原料宁可利用纯粹的化学物质,也不愿利用天然矿物原料。为了使产品更便宜,使用天然矿物是值得考虑的,并且研究从粘土中提取有用的硅铝合金可以为高岭土开辟新的用途。

到目前为止，我国拥有高岭土相关企业100 多家，高岭土原矿石开采能力达到3000kt 以上，选择矿石能力达到700kt 以上。从八十年代开始，高岭土已经由初层次加工向深层次加工转变，由生产简单产品向开发新型科技产品转变。同时，高岭土消费与利用范围也非常广泛，包括造纸、陶瓷、橡胶、化肥、化纤、电子、石油化工、化学玻璃、耐火材料及建筑材料在内的各个领域。现如今，包括高岭土在内的非金属矿，其深层次加工技术之一便是改性处理，相应产品也在诸多领域应用广泛。因此，高岭土的继续开发与探究是其前进发展的方向。

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