淺談高嶺土的成因類型及開發(fā)應(yīng)用

任 偉

(新疆礦產(chǎn)資源補(bǔ)償費(fèi)征收辦公室，新疆烏魯木齊830001)

淺談高嶺土的成因類型及開發(fā)應(yīng)用

任 偉*

(新疆礦產(chǎn)資源補(bǔ)償費(fèi)征收辦公室，新疆烏魯木齊830001)

結(jié)合大量研究成果，論述了高嶺土的地質(zhì)成因類型，總結(jié)了高嶺土開發(fā)應(yīng)用的研究進(jìn)展和方向，同時(shí)提出應(yīng)將高嶺土的成因類型與所相應(yīng)的加工方式、功能應(yīng)用緊密結(jié)合的研究理念。

高嶺土；成因類型；開發(fā)應(yīng)用

高嶺土是主要成分為高嶺石的粘土礦物，作為一種重要的非金屬礦產(chǎn)，被廣泛應(yīng)用于油漆、涂料、造紙、橡膠、塑料、電纜、陶瓷、搪瓷、耐火材料、紡織、水泥、汽車、化學(xué)、環(huán)保及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域[1-4]。高嶺土除含高嶺石外，一般還含有埃洛石、石英、明礬石和少量黃鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦及金紅石或銳鈦礦等有害雜質(zhì)[5]，本文介紹以高嶺石為主。

目前，全世界約有五十多個(gè)國(guó)家出產(chǎn)高嶺土，主要集中在美國(guó)、巴西、中國(guó)、英國(guó)和捷克，總產(chǎn)量占到世界市場(chǎng)的一半以上[6]。高嶺土早期主要為制作陶瓷的礦物原料，中國(guó)是世界上最早使用高嶺土制作陶瓷的國(guó)家[7]。

1 高嶺土簡(jiǎn)介

高嶺土的主要礦物，高嶺石（Kaolinite），化學(xué)分子式Al4[Si4O10](OH)4，為含氧鹽大類層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽高嶺石族礦物。之所以稱之為高嶺石，淵源于我國(guó)江西省東北部景德鎮(zhèn)市東面的高嶺村產(chǎn)出質(zhì)地優(yōu)良高嶺石資源，海內(nèi)外享有盛名。

1.1 成分結(jié)構(gòu)

高嶺石主要的化學(xué)組成約為：Al2O341.2%，SiO248.0%，H2O 10.8%。受地質(zhì)條件影響，高嶺石可能混有Mg、Fe、Cr、Cu等元素陽(yáng)離子作為Al的類質(zhì)同像替代。此外，還可能有堿和堿金屬元素由于機(jī)械混入出現(xiàn)在高嶺土中。

高嶺石礦物的晶體結(jié)構(gòu)屬三斜晶系C11-P1；a0= 0.514nm，b0=0.893nm，c0=0.737nm，d=91.8°，β=104.7°，γ=90°；Z=1。層間結(jié)構(gòu)多為TO型，為一層硅氧四面體片和一層“氫氧鎂石”片組成。同時(shí)，高嶺石存在不同的多型，形態(tài)多為隱晶質(zhì)致密狀或土狀集合體。在自然界中，高嶺土主要成分為晶體結(jié)構(gòu)呈微小片狀、管狀、疊片狀等形狀的高嶺石[5-7]。

1.2 物理性質(zhì)及工藝性能

純高嶺石為白色，由于含有雜質(zhì)發(fā)生染色，呈現(xiàn)深淺不同的紅、黃、綠、藍(lán)、褐等顏色；致密塊體呈土狀光澤或蠟狀光澤，有滑膩感；{001}極完全解理；硬度為2.0～3.5；相對(duì)密度在2.60～2.63[10]。同時(shí)，高嶺土作為重要的工業(yè)非金屬材料，具有多種優(yōu)異的工藝性能，如：可塑性、燒結(jié)性、耐火性、電絕緣性、耐酸堿性等[15-10]。

2 高嶺土的成因及分類

自然界高嶺土分布廣泛，物質(zhì)來(lái)源主要為：富鋁硅酸鹽的各類巖石在酸性介質(zhì)環(huán)境中風(fēng)化和低溫?zé)嵋鹤饔玫漠a(chǎn)物，如風(fēng)化殼中的基性斜長(zhǎng)石、正長(zhǎng)石和云母等[13]。

高嶺土按其成因可分為原生高嶺土、次生高嶺土。前者又可分為風(fēng)化型高嶺土和熱液蝕變型高嶺土；后者為沉積型高嶺土，多是原生高嶺土經(jīng)搬遷沉積形成[14]。我國(guó)高嶺土按礦床成因主要可分為5種：熱液蝕變型、風(fēng)化殘余型、風(fēng)化淋積型、河湖海灣沉積型和含煤建造沉積型[15]。各種成因類型對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)和常用加工方法見表1。

3 討論

由此可見，高嶺土的成因類型，決定了其成分、結(jié)構(gòu)及性能特征，從而影響到對(duì)其采取的加工方式。按照高嶺土成因類型所決定的性能特征，通過綜合采用精細(xì)提純、煅燒、微細(xì)加工、改性等加工方式，能夠有效地制造出某些行業(yè)所需的較高品質(zhì)產(chǎn)品。如：我國(guó)煤系高嶺土屬沉積型，其特點(diǎn)是高嶺石含量高、雜質(zhì)少，適合用于陶瓷、橡膠等行業(yè)，但由于其原礦缺少粘結(jié)性，不易直接作為造紙或耐火材料的原料，需煅燒改性增白以后方能適用；而水洗高嶺土的原礦具有較好的粘結(jié)性，可以直接做耐火材料粘結(jié)劑或造紙?zhí)盍?。此外，還有我國(guó)江蘇蘇州高嶺土多為熱液蝕變型，礦石具有選出率高，可塑性、結(jié)合性好，顆粒較細(xì)，懸浮性好，耐火度高，吸附性能好，白度高等顯著優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，缺點(diǎn)也很突出，如燒結(jié)性差，脫水困難，雜質(zhì)難分離。

表1 高嶺土成因類型[3-18]

表2 高嶺土在不同行業(yè)的應(yīng)用[10-18]

因此，針對(duì)不同成因類型的原礦，在加工方式和應(yīng)用行業(yè)的選取時(shí)，應(yīng)該深入研究其原材料地質(zhì)成因及所造成的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

高嶺土，由于其多樣的性能，在很多方面滿足了近現(xiàn)代工業(yè)對(duì)非金屬礦物材料的需求，應(yīng)用十分廣泛，具體應(yīng)用及相關(guān)性能要求見表2。

高嶺土的成因類型，深刻影響了其開發(fā)方式和應(yīng)用價(jià)值。對(duì)高嶺土成因類型及相關(guān)的加工方式、應(yīng)用行業(yè)等特征進(jìn)行系統(tǒng)研究，有助于更加科學(xué)、合理地利用高嶺土資源。隨著深加工技術(shù)的進(jìn)步，高嶺土早已不僅限用于傳統(tǒng)行業(yè)，已更多轉(zhuǎn)向高層次、新技術(shù)、高效益的領(lǐng)域發(fā)展，尤其是在新材料開發(fā)方面得到了快速的發(fā)展。

我國(guó)高嶺土資源產(chǎn)地分散、成因類型多樣，相關(guān)理論研究體系仍不完善。針對(duì)各種特殊成因類型的高嶺土，尚未形成完整的、成熟的開發(fā)和深加工產(chǎn)業(yè)鏈。今后，我們應(yīng)該加大對(duì)高嶺土成因類型特征與開發(fā)利用相結(jié)合的研究工作，并以之為依托，將高嶺土的開發(fā)向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、高檔化、精細(xì)化、專用化和功能化方向推進(jìn)。只有這樣，才能做到更科學(xué)、合理地利用高嶺土資源。

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1004-5716(2015)05-0105-03

2014-05-28

任偉（1983-），男（漢族），安徽宿州人，工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)學(xué)相關(guān)研究工作。