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【華特選礦百科】揭秘高嶺土:從泥土到高科技材料的華麗轉(zhuǎn)身

發(fā)布時(shí)間: 2024-05-10
來(lái)源: 華特新聞

高嶺土是一種非金屬礦產(chǎn),是一種以高嶺石族粘土礦物為主的粘土和粘土巖。因呈白色而又細(xì)膩,又稱白云土。因江西省景德鎮(zhèn)高嶺村而得名。其質(zhì)純的高嶺土呈潔白細(xì)膩、松軟土狀,具有良好的可塑性和耐火性等理化性質(zhì)。其礦物成分主要由高嶺石、埃洛石、水云母、伊利石、蒙脫石以及石英、長(zhǎng)石等礦物組成。


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高嶺土是自然界常見(jiàn)的、非常重要的一種粘土礦物,是在缺少堿金屬和堿土金屬的酸性介質(zhì)中,由火成巖和變質(zhì)巖中的長(zhǎng)石或其他硅酸鹽礦物經(jīng)風(fēng)化作用形成。

01
分類


土質(zhì)分類

自然界中高嶺土所包含的礦物主要分為粘土礦物和非粘土礦物。其中粘土礦物主要包含高嶺石族礦物和少量的蒙脫石、云母和綠泥石;非粘土礦物主要包含長(zhǎng)石、石英和招的水化物,還有一些鐵礦物如赤鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦等、鈦礦物如金紅石等和有機(jī)質(zhì)如植物纖維等。決定高嶺土性能的主要是粘土礦物 。


成因分類

以高嶺土礦床成因?yàn)榛A(chǔ),根據(jù)不同成礦作用所體現(xiàn)的成礦地質(zhì)、地理?xiàng)l件、礦床規(guī)模、礦體形態(tài)和賦存特征、礦石物質(zhì)組分等方面的差異,《高嶺土礦地質(zhì)勘探規(guī)范》將中國(guó)高嶺土礦床劃分為三種類型、六種亞類型。

風(fēng)化型:又分為風(fēng)化殘積亞型和風(fēng)化淋積亞型;

熱液蝕變型:又分為熱液蝕變亞型和現(xiàn)代熱泉蝕變亞型;

沉積型:又分為沉積和沉積-風(fēng)化亞型及含煤地層中高嶺石粘土巖亞型 。


工業(yè)類型

以高嶺土礦床成因?yàn)榛A(chǔ),根據(jù)不同成礦作用所體現(xiàn)的成礦地質(zhì)、地理?xiàng)l件、礦床規(guī)模、礦體形態(tài)和賦存特征、礦石物質(zhì)組分等方面的差異,《高嶺土礦地質(zhì)勘探規(guī)范》將中國(guó)高嶺土礦床劃分為三種類型、六種亞類型。根據(jù)其質(zhì)地、可塑性和砂質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分為三種類型:

硬質(zhì)高嶺土:質(zhì)硬,無(wú)可塑性,粉碎細(xì)磨后具可塑性。

軟質(zhì)高嶺土:質(zhì)軟,可塑性較強(qiáng),砂質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)<50%;

砂質(zhì)高嶺土:質(zhì)松軟,可塑性較弱,砂質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)>50%

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02
產(chǎn)地


中國(guó)高嶺土礦產(chǎn)資源排名世界前列,已探明267處礦產(chǎn)地,探明儲(chǔ)量29.10億噸,其中:我國(guó)非煤建造高嶺土,資源儲(chǔ)量居世界第五位.已探明儲(chǔ)量14.68億噸,主要集中分布在廣東,陜西,福建,江西,湖南和江蘇六省占全國(guó)總儲(chǔ)量的84.55%;含煤建造高嶺土(高嶺巖)儲(chǔ)量占世界首位,探明儲(chǔ)量為14.42億噸,主要分布在山西大同,懷仁,朔州,內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾,烏達(dá),安徽淮北,陜西韓城等地其中以內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤田的資源最多。

國(guó)內(nèi)有五大高嶺土礦產(chǎn)地:

(1)湖南省衡陽(yáng)縣界牌鎮(zhèn)礦產(chǎn)資源豐富。高嶺土、納長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英石儲(chǔ)量達(dá)2億噸,現(xiàn)有采礦及礦產(chǎn)品加工企業(yè)近40家。大牌嶺礦區(qū)(以高嶺土礦為主)單礦蘊(yùn)藏量雄居亞洲之冠達(dá)8000萬(wàn)噸。全鎮(zhèn)年采礦量在50萬(wàn)噸以上,供應(yīng)全國(guó)數(shù)百家陶瓷廠。

(2)茂名地區(qū)高嶺土,茂名盆地內(nèi)高嶺土礦屬沉積巖風(fēng)化殘積亞型礦床,其石英等砂質(zhì)含量大于50%,故稱為砂質(zhì)高嶺土礦。茂名高嶺土從成因上說(shuō)經(jīng)過(guò)風(fēng)化殘積——搬運(yùn)自磨;——再風(fēng)化三個(gè)階段,高嶺土風(fēng)化完全,晶片以單片狀為主,粒度細(xì)。主要為造紙涂料原料。

(3)龍巖高嶺土,屬風(fēng)化殘余型高嶺土礦床。由于含鐵量低于0.3%,鈦低于0.02%,并含有一定量低溫溶劑元素(Li2O)是電瓷、高檔日用、美術(shù)瓷的理想原料。

(4)蘇州陽(yáng)山高嶺土,該礦床為熱液蝕變型高嶺土。質(zhì)地純凈的蘇州陽(yáng)山泥,其化學(xué)成分十分接近高嶺石的理論成分,Al2O3含量可高達(dá)39.0%左右,顏色潔白、顆粒細(xì)膩。主要用于催化劑載體及化工原料。

(5)合浦高嶺土。屬風(fēng)化殘余型高嶺土礦床。主要用于建筑陶瓷原料。

(6)北方煤系高嶺土。為沉積型高嶺巖,主要分布于我國(guó)產(chǎn)煤區(qū)域,可用于建筑、涂料、油漆及造紙涂料——煤系土。

上述6大產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量約占中國(guó)80%以上,在資源類型方面也有主要的代表性。


03
用途

高嶺土用途非常廣泛,主要是由于它的可塑性、粘結(jié)性、一定的干燥強(qiáng)度、燒結(jié)性及燒后白度等特殊性能,使其成為陶瓷生產(chǎn)的主要原料;潔白、柔軟、高度分散性、吸附性及化學(xué)隨性等優(yōu)良工藝性能,使其在造紙工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。此外,高嶺土在橡膠、塑料、耐火材料、石油精煉等工業(yè)部門(mén)以及農(nóng)業(yè)和國(guó)防尖端技術(shù)領(lǐng)域亦有廣泛用途。主要用于陶瓷工業(yè)、涂料、耐火材料、造紙、油漆、橡膠、高級(jí)瓷器、電線電纜、工業(yè)塑料、化工工業(yè)填料、油墨、食品、化妝品、藥品等,在油漆涂料中代替立德粉和部分鈦白粉等昂貴材料。

04
加工技術(shù)

為分離高嶺土中的石英、長(zhǎng)石、云母、鐵礦物、鈦礦物等非粘土礦物及有機(jī)質(zhì),生產(chǎn)出能滿足各工業(yè)領(lǐng)域需求的高嶺土產(chǎn)品,除了采用重選、浮選、磁選等對(duì)高嶺土進(jìn)行提純除雜外,有時(shí)還要采用化學(xué)漂白、超細(xì)剝片、煅燒、表面改性等深加工方法對(duì)高嶺土進(jìn)行處理。

(1)水力分級(jí)

水力分級(jí)包括螺旋分級(jí)(分離+1mm粗砂)、沉淀池分級(jí)(分離+0.053mm細(xì)砂)、水力旋流器分級(jí)(分離-0.053mm細(xì)砂)、離心分級(jí)機(jī)或小直徑水力旋流器分級(jí)(用于0.002~0.010mm超細(xì)粒度分級(jí))。

(2)高梯度磁選

利用聚磁介質(zhì)產(chǎn)生1 600kA/m以上的磁場(chǎng)強(qiáng)度,除去高嶺土中的Fe2O3和TiO2,生產(chǎn)造紙涂料和高級(jí)陶瓷原料。

(3)選擇性絮凝

通過(guò)加入絮凝劑,選擇性分離出細(xì)粒石英、黃鐵礦、明礬石等雜質(zhì),生產(chǎn)刮刀涂布級(jí)高嶺土。常用絮凝劑有六偏磷酸鈉、聚丙烯酰銨、水玻璃等。

(4)化學(xué)漂白

加入保險(xiǎn)粉等漂白劑使高嶺土中褐鐵礦、赤鐵礦的高價(jià)鐵還原為可溶性亞鐵,或加入氧化劑氧化黃鐵礦和染色雜質(zhì),提高高嶺土白度。

(5)剝片

在剝片機(jī)中采用攪拌細(xì)介質(zhì)球產(chǎn)生磨剝作用,使高嶺土集合體顆粒分離成薄片晶體,生產(chǎn)粒度小于2μm含量達(dá)90%以上的刮刀涂布級(jí)高嶺土。

(6)煅燒

在800~1 000℃下煅燒時(shí),高嶺土失水,物相轉(zhuǎn)化,同時(shí)部分雜質(zhì)揮發(fā),提高高嶺土白度和絕緣性,生產(chǎn)電纜和橡膠塑料填料。煅燒是煤系(硬質(zhì))高嶺土必需的加工方法。

(7)表面改性

將高嶺土用偶聯(lián)劑等進(jìn)行包敷處理,提高其在塑料橡膠中的添加量,用于處理橡膠塑料用高嶺土填料。

其中磁選是一種廣泛應(yīng)用于選礦領(lǐng)域的物理選礦方法,其基本原理是利用礦物本身的磁性差異來(lái)實(shí)現(xiàn)分選。根據(jù)礦物被磁化的性質(zhì),磁選可分為強(qiáng)磁選、弱磁選、反磁選和高梯度磁選等多種類型,以滿足不同礦物選礦的需求。選礦設(shè)備主要包括板式磁選機(jī)、立環(huán)高梯度磁選機(jī)、電磁漿料高梯度磁選機(jī)、低溫超導(dǎo)磁選機(jī)等。

05
選礦應(yīng)用案例

流程一:以國(guó)外某高嶺土為例,該樣品的主要雜質(zhì)包括氧化鐵、氧化鈦以及硅酸鐵等。在原礦中,F(xiàn)e2O3和TiO2的雜質(zhì)含量分別為0.89%和0.17%,而白度則達(dá)到了67.29%。

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為了有效去除這些雜質(zhì),我們確定了以下試驗(yàn)方案:首先,將原礦通過(guò)電磁漿料磁選機(jī)進(jìn)行粗選和精選兩次磁選處理,從而初步去除大部分雜質(zhì)。接著,將得到的精礦進(jìn)一步經(jīng)過(guò)超導(dǎo)磁選機(jī)進(jìn)行提純,以進(jìn)一步降低雜質(zhì)含量,提升高嶺土的品質(zhì)。

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試驗(yàn)流程圖

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由試驗(yàn)結(jié)果可知:原礦經(jīng)電磁漿料+電磁漿料+超導(dǎo)磁選可得到Fe2O0.35%,白度87.52%的高嶺土精礦產(chǎn)品。

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流程二:原礦經(jīng)超導(dǎo)5T磁選。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖2,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

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圖2 選礦實(shí)驗(yàn)流程

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原礦經(jīng)超導(dǎo)5T磁選,得到Fe2O3 0.40%、Al2O3 22.92%、SiO2 68.78%、TiO2 0.10%、CaO 1.90%、白度86.97%、產(chǎn)率為90.90%的高嶺土精礦產(chǎn)品。

高嶺土作為一種多功能的工業(yè)原料,其應(yīng)用前景廣闊,隨著科技的不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展,高嶺土將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。未來(lái),我們期待通過(guò)更深入的研究和技術(shù)創(chuàng)新,進(jìn)一步拓展高嶺土的應(yīng)用范圍,實(shí)現(xiàn)其更高效、更可持續(xù)的利用,為人類社會(huì)的發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。同時(shí),我們也應(yīng)該關(guān)注高嶺土開(kāi)采和加工過(guò)程中可能帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題,積極采取措施,確保高嶺土資源的合理開(kāi)發(fā)與生態(tài)環(huán)境的保護(hù)相協(xié)調(diào)。