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中國高嶺土礦資源概況

  “高嶺土(Kaolin)”一詞來源于中國江西景德鎮高嶺村產的一種可以制瓷的白色粘土而得名。高嶺土礦是高嶺石亞族粘土礦物達到可利用含量的粘土或粘土巖。
  高嶺土因具有許多優良的工藝性能,廣泛用于造紙、陶瓷、橡膠、塑料、耐火材料,化工、農藥、醫藥、紡織、石油、建材及國防等部門。隨著工業技術的發展和科技迅速提高,陶瓷制品的種類愈來愈多,它不僅與人們日常生活密切相關,而且在國防尖端技術的應用也很廣泛,如電氣、原子能、噴氣式飛機、火箭、人造衛星、半導體、微波技術、集成電路、廣播、電視及雷達等方面幾乎都需要陶瓷制品。可見高嶺土礦產在國民經濟和國防建設中所占的重要地位。
 
一、 礦物原料特點
  高嶺土的巖石學特征與礦物學特征相同,具有松散土狀和堅硬巖石狀兩種外貌,其礦物成分、化學成分和粒度變化都較大。
  高嶺土的礦物成分由粘土礦物和非粘土礦物組成,前者主要包括高嶺石、迪開石、珍珠陶土、變高嶺石(1.0nm和0.7nm埃洛石)、水云母和蒙脫石;后者主要是石英、長石、云母等碎屑礦物,少量的重礦物及一些自生和次生的礦物,如磁鐵礦、金紅石、褐(針)鐵礦、明礬石、三水鋁石、一水硬鋁石和一水軟鋁石等(表4.22.1)。
  高嶺石及其多型礦物迪開石和珍珠陶土同屬1∶1型二八面體的層狀硅酸鹽,結構單元層完全相同,單位構造高度為0.7nm,層間以氫鍵相聯結, 無水分子和離子。 它們的理想結構式為Al4[Si4O10](OH)8,理論化學成分為SiO2 46.54%、Al2O3 39.50%、H2O 13.96%,它們之間區別在于單元層間堆疊方式不同。高嶺石為三斜晶系,一般為無色至白色的細小鱗片,單晶呈假六方板狀或書冊狀,平行連生的集合體往往呈蠕蟲狀或手風琴狀,粒徑以0.5~2nm為主,個別蠕蟲狀可達數毫米。自然界高嶺土中高嶺石常見,迪開石少見,珍珠陶土罕見。
  變高嶺石(也稱埃洛石)包括1.0nm和0.7nm兩種。1.0nm埃洛石的結構特征是結構單元層與高嶺石相同,但層間有一層水分子。 結構單元層高度為1.6nm, 結構式為Al4[Si4O10](OH)8·4H2O,其形態為小于幾微米的管狀和球粒狀。1.0nm埃洛石不穩定,層間水在室溫下就可脫出,結構單元層高度減為0.76~0.73nm,而且這種變化是不可逆的。失水后形成0.7nm埃洛石,在自然界比較穩定。由于失水管狀和球粒狀被破壞,呈破裂管狀和球粒狀。高嶺石亞族成分特征見表4.22.1。
  水云母:基本結構與白云母相似,為二八面體2∶1型層狀硅酸鹽,礦物結構單元層高度為1.0nm左右。與白云母不同的是顆粒細小,層間陽離子鉀和鈉減少,層間水增加,四面體中鋁代硅減少,結構無序程度高,其形態呈不規則薄片或長條狀,粒徑一般比高嶺石大。
  蒙脫石在高嶺土中常有少量存在,易與埃洛石共生,晶粒極細小,具有很強的膨脹性和吸水性。
  綠泥石和葉蠟石在蠟石型高嶺土礦床中有時出現。常為鋁綠泥石。
  水鋁英石為非晶質粘土礦物,是氧化鋁和氧化硅的凝膠體,一般為球粒狀,不穩定。
  高嶺土的化學成分主要是SiO2、Al2O3和H2O,純凈的高嶺土成分接近于高嶺石或埃洛石的理論成分,由于各種雜質的影響,因此往往含有害組分Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3等。有害組分Fe2O3、TiO2一般在沉積礦床較高,其次是風化型高嶺土,蝕變型礦床中鐵質最少。高嶺土的K2O、Na2O含量在風化型礦床中較多,一般在2%~7%,隨深度增加而增加。另外,含明礬石的高嶺土礦床中SO3含量相當可觀,也屬有害雜質。
  高嶺土的粒度成分以粘土級和粉砂級的顆粒最多。據粒度成分,可將高嶺土劃分為:土狀高嶺土,絕大部分由小于10μm的泥粒組成;含砂高嶺土,含5%~25%的砂和粉砂級顆粒組成。
  高嶺土中常見的結構有凝膠狀結構,顆粒極細而致密;泥質結構,礦石中小于0.01mm以下顆粒占絕大多數;粉砂泥質或砂泥質結構,指礦石中含25%~50%的砂或粉砂;植物泥質結構,指礦石中含有機質植物殘體等;變余結構,指蝕變高嶺土中常有變余凝灰或變余斑狀等結構。高嶺土中常見的構造有皺紋狀或條紋狀構造、角礫狀和斑點構造等。
  質純的高嶺土具有白度高,質軟易分散懸浮于水中,良好的可塑性和高的粘結性,優良的電絕緣性能,具有良好的抗酸溶性、很低的陽離子交換量,較高的耐火度等物理化學性能。
  高嶺土的礦石類型可根據高嶺土礦石的質地、可塑性和砂質的含量劃分為硬質高嶺土、軟質高嶺土和砂質高嶺土三種類型:
  硬質高嶺土質硬,無可塑性,粉碎、細磨后具可塑性;
  軟質高嶺土質軟,可塑性一般較強,砂質含量小于50%;
  砂質高嶺土質松散,可塑性一般較弱,除砂后較強,砂質含量大于50%。
  根據影響工業利用的有害雜質種類,冠“含”字(其含量允許小于5%)劃分亞類型。如:含黃鐵礦硬質高嶺土,含有機質軟質高嶺土,含褐鐵礦砂質高嶺土等。
 
二、 用途與技術經濟指標
 
  高嶺土的應用領域不同,對其質量要求截然不同。按工業用途可分為造紙工業用高嶺土、搪瓷工業用高嶺土、橡膠工業用高嶺土和陶瓷工業用高嶺土等。在化學成分方面,對造紙涂料、無線電瓷、耐火坩堝等要求高嶺土的Al2O3和SiO2接近高嶺石的理論值,日用陶瓷,建筑衛生陶瓷、白水泥原料、橡膠和塑料的填充劑對高嶺土的Al2O3含量要求可適當放低,SiO2含量可酌情高些。對Fe2O3、TiO2、SO3等有害成分,亦有不同允許含量。對CaO、MgO、K2O、Na2O含量的允許值,不同的用途中也不相同。在工藝性能方面,各應用領域要求的側重點更為明顯。如造紙涂料主要要求高的白度、低的粘濃度及細的粒度;陶瓷工業要求有良好的可塑性、成型性能和燒成白度;耐火材料要求有高的耐火度;搪瓷工業要求有良好的懸浮性等。這就決定了高嶺土產品規格、牌號的多樣性。工業應用高嶺土質量的要求按國家標準(GB/T14563-93)執行。
 
三、 礦 業 簡 史
 
  中國是世界上最早發現和利用高嶺土制瓷的國家。早在殷商時代,在安陽出土的印紋白陶就是由高嶺土燒制的,到了元代,景德鎮地區開始在坯料中摻入一定量的高嶺土,用高嶺石、瓷石二元配方燒制瓷器,使瓷器質量有很大改善,創造出“白如玉、明如鏡、薄如紙、
聲如罄”的精美瓷器,使景瓷馳名中外。
  雖然中國的高嶺土開發利用歷史悠久,但礦山地質工作在中華人民共和國成立前僅限于地質調查,如候德封(1931)對河北彭城鎮粘土的調查,郁國城(1940)、李悅(1941)對四川敘永粘土的調查等。高嶺土礦的地質工作得以發展是中華人民共和國成立以后,尤其是70年代后,地質勘探工作發展迅速,到1980年止,全國保有高嶺土礦產地達160處,其中詳查勘探礦區近80處。保有礦石儲量8億t。到1996年止,保有礦產地208處,保有礦石儲量為14.32億t。有關地質研究工作也隨著整個地質工作的開展而日益深入。出版了有關高嶺土礦物學、礦床學的專著。

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