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中国高岭土矿资源开发利用
 
一、 地 质 勘 查

  根据矿床规模(延展面积、矿石储量)、矿体形态复杂程度(矿体形态及其平面、剖面形态的变化程度)、矿体内部结构复杂程度(矿石质量稳定程度、矿体中夹石、夹层的含量)、构造复杂程度(断层、褶皱、风化侵蚀切割、岩溶等构造和岩脉对矿体的影响破坏程度),《高岭土矿地质勘探规范》将高岭土矿床分为四个勘探类型。
  (1) 第一勘探类型  主要矿体形态规则,内部结构和构造简单的特大—大型矿床。
  (2) 第二勘探类型  主要矿体形态规则—较规则,内部结构和构造简单—中等的中型矿床和不属于第一勘探类型的特大—大型矿床。属于本类型的有湖南界牌、江西砂子岭、广东清远、辽宁东沟、江苏观山等高岭土矿床。
  (3) 第三勘探类型  主要矿体形态规则—不规则,内部结构简单—中等的小型矿床。主要矿体形态不规则或内部结构、构造复杂的大、中型矿床。属于本类型的有江苏阳东、阳西、砂墩头、湖南干冲、黄茅园、江西星子、福建高山、大布林、浙江大贤寺等高岭土矿床。
  (4) 第四勘探类型  形态极不规则或内部结构和构造复杂的小型矿床。属于本类型的有四川叙永、古蔺、威远、大小柏园、贵州习水等高岭土矿床。
   高岭土的勘探一般以钻探为主,以探槽、浅井(包括小圆井和带岔浅井)、小平硐等轻型坑探工程为辅,对某些埋藏深、厚度不大的矿体,当经济可行时可以以浅井为主要探矿手段。对露天采场、老硐和矿山坑道资料应充分利用。
 
二、 矿 山 开 采
  
   中国所产高岭土70%~80%用于陶瓷及耐火材料,大部分直接利用原矿,低档的作耐火材料。江苏苏州高岭土矿为软质高岭土,品位高,可直接在工业上利用,其手选1号泥比手选4号泥价格高10多倍,因此开采时要求保护优质土,保护原矿的纯度并使其不变成碎屑状,过去多在回采工作面进行人工选别回采,现在开采规模大了,但为与手选厂的衔接,仍然要注意选别回采。高岭土的原矿价格相差较大,例如:苏州中国高岭土原矿价为230元/t,福建龙岩高岭土公司原矿价为90元/t,吴县青山白泥矿原矿价为203.5元/t,原矿售价影响采矿方法和开采工艺的选择。广东茂名高岭土为砂性高岭土,水采水运,主要生产造纸涂料级高岭土,不存在原矿出售问题,其低档产品作陶瓷用、填料用。近年来煅烧高岭土在国内外市场很受欢迎,国内一般是煤系硬质高岭岩(土)经深加工处理而得,硬质高岭岩(土)由于是和煤共伴生,其开采是按煤的开采情况及其本身的赋存情况来定,现由煤炭部综合利用部门管理,国内尚未单独开采,以下将不述及。
 
(一) 开采方法和开采规模的划分
 
   高岭土矿的开采方法有露天开采和地下开采。风化残积型高岭土矿多露天开采,如茂名的砂性高岭土。其他热液蚀变型和沉积型矿床浅部用露天开采,深部用地下开采。
   采用露天开采的矿点多,但多数是中小型矿山,大型的有福建龙岩高岭土公司、广东茂名高岭土公司、广东茂名南方高岭土公司。原苏州中国高岭土公司所属阳西矿区、阳东矿区都曾用过露天开采。地下开采规模较大的有:江苏苏州阳西竖井、观山竖井、阳东的白善岭矿和吴县青山白泥矿等。
   开采规模的划分,采用二种办法:一是按矿石量计;二是按精矿量计,见表4.22.20。

(二) 开 拓 运 输

   高岭土矿露天开采的开拓运输用得较多的有3种:一为铁路窄轨开拓,用7t,或10t,或14t电机车牵引1m3矿车。原苏州中国高岭土公司所属阳东、阳西的露天开采都曾用过。二是配合水枪开采用砂泵进行水力输送,将矿浆从设于矿块中的集浆池用砂泵输送至精选厂,如广东茂名高岭土公司和广东茂名南方高岭土公司。三是公路开拓汽车运输,如福建龙岩高岭土矿,是风化残积型高岭土矿砂性高岭土,但由于水资源不丰富,因此仍用一般露天开采方法公路开拓,用17t自卸汽车将矿石由回采工作面运至选矿厂。又如广东潮州飞天燕瓷土矿也是用公路开拓汽车运输。
   地下开采的开拓运输按主要开拓巷道的类型来划分:一是竖井开拓,如苏州中国高岭土公司所属阳西竖井是采用下盘竖井,正在建设中的观山矿是采用上盘竖井;吴县青山白泥矿的深部开采是采用下盘竖井。二是斜井开拓如苏州中国高岭土公司原阳西主斜井工程采用底盘斜井开拓;吴县青山白泥矿的浅部开采也用底盘斜井。三是联合开拓,如苏州中国高岭土公司所属阳东白善领矿采用平硐-盲斜井联合开拓。
   地下开采主运输巷道通常设于底板内,离矿体20~40m,矿体边部设通风斜井,形成对角式通风系统,阶段高度一般为25~40m。
   地下开采的井巷工程高岭土矿山有很大的特殊性,矿石坚固性系数f=1~2,软松易碎,具有可塑性,自然状态时塑性指数较大,遇水后有吸水性和膨胀性,同时还具有隔水性,是典型的塑性介质,属塑性体。地下开采活动基本上是在塑性区和似塑性区范围内进行。矿体中巷道开掘后的地压特征。
  1)围岩变形量大,有流变性。例如,苏州中国高岭土公司所属地下矿,采场采用间隔木棚支护,断面1.6m×1.8m,木棚间距0.6~0.8m,7~12d顶板下沉量达50~60cm,差不多7~15d就需翻修一次。要求巷道开掘后立即支护。
  2) 在变形活动中,还伴随着由于高岭土的吸水性能而引起的体积膨胀。随着其含水量的不断增加,又引起其物态变化,由固态到半固态而纷纷片落,因此,除塑性外又有“松”的特点。
  3) 高岭土矿体有的含蒙脱石,而蒙脱石吸水后容易膨胀,在高岭土的变形中也有蒙脱石吸水膨胀的影响,应该重视蒙脱石的含量。
  4) 采场动压对下部采准巷道的影响可以不考虑。动压的局部作用往往消耗于高岭土的变形,而没有传递下去。
   脉内巷道应采取封闭支护。按弹塑性理论,在塑性区内侧压与顶压相等,这种情况从最佳受力性能的角度出发,应当采取圆形支护。但是实测证明塑性介质中侧压一般是略小于顶压的,设计成椭圆形或似椭圆形巷道是可以的。
   采区中分层巷道,由于采场地压特别大,采用一种柔性的圆形料石支护在苏州中国高岭土公司的矿山应用得较成功,料石支护时不用砂浆,料石间垫以1~1.5cm厚的木板块,支护后由于木块的可压缩性使地压峰值消耗在支护的变形能上,从而使地压稳定下来,国内外,在地压特别大的区域也有用这种柔性支护的,但不是用料石而是用混凝土预制块或钢筋混凝土的装配式预制件。
 
(三) 开 采 工 艺
 
   露天开采矿山规模小的多用手镐或风镐挖掘,工作面运输用窄轨铁路,由于矿车车帮矮,可用人工装车,剥离仍用凿岩爆破进行,原苏州中国高岭土公司所属阳东、阳西矿区的浅部开采都曾用过。大型矿山矿石直接用挖掘机挖掘,例如福建龙岩矿用WK-2型挖掘机,湛江山岱矿用WY-32型电动液压挖掘机。挖后装入自卸汽车送至选矿厂,例如福建龙岩矿用17t的自卸汽车,湛江山岱矿用10t自卸汽车。硬性岩石剥离用凿岩爆破法,例如福建龙岩矿用CLQ-80A型履带式潜孔凿岩机凿岩,硝铵炸药爆破,然后用挖掘机装上自卸汽车外运至排土场。表土层的剥离,有用挖掘机反铲挖掘及装车也有用推土机先集堆,再用挖掘机装车的。
   砂质高岭土可利用矿石松软含砂率高遇水易崩解的特点采用水采水运,例如广东茂名高岭土公司和广东茂名南方高岭土公司,鉴于当地无冰冻期,水资源又丰富,都采用水采水送。矿石经水枪冲采,矿浆通过冲矿沟至集浆池。集浆池布置在矿块中部,一个矿块一个。矿浆输送用碴浆泵通过直径为250mm塑料管输送至粗选厂。水枪技术性能见表4.22.21。高岭土矿的水采水运在英国用的也较多,它的主要优点:开采工艺简单,设备简单,劳动生产率高,将选矿厂的制浆工序提前进行,采选一体化。其上部覆盖物的剥离是采用干剥干运。
   地下开采矿山如苏州中国高岭土公司所属各矿和吴县青山白泥矿,按松软厚矿体的特点,多年来一直采用分层崩落法,每一分层由顶板向底板、由采区边界或矿块边界向放矿天井布置进路后退回采,矿块面积控制在800~1 000m,每分层开采时间为3~4个月,这样可减少巷道的维修量。分层采完后,考虑再生顶板的形成,要停1~2个月再开采下一分层。回采时不用爆破方法而是用风镐及手镐,国外有用沿进路自动前进的刮刀采装联合机进行回采的。高岭土矿底板大理岩中含有纯氮气,在天井掘进时会从裂隙中喷出,所以在风量计算中要考虑稀释氮气问题,要采取预防措施,快速确定工作面的空气成分并设自动报警装置,选择效果好的混合通风方式。关于崩落问题,与一般采用分层崩落法的矿山相比也有特殊性。一般使用分层崩落法的矿山,地表形成陷坑,积聚雨水和地面水,回采工作面是水淋淋的,高岭土矿山地表也形成陷坑并积水,但回采后遗留的残积矿物所产生的再生顶遇水膨胀能起隔水作用,一般回采工作面很少有水。但有时放矿使再生顶松动,下沉不均匀,会使上部积水呈泥浆状冲出,这种事故屡有发生。因此高岭土矿山必须对地表的塌陷坑采取综合性的防水措施,并注意崩落放顶问题。
 
三、 选矿与加工
(一)选矿加工方法
  为分离高岭土中的石英、长石、云母、铁矿物、钛矿物等非粘土矿物及有机质,生产出能满足各工业领域需求的高岭土产品,除了采用重选、浮选、磁选等对高岭土进行提纯除杂外,有时还要采用化学漂白、超细剥片、煅烧、表面改性等深加工方法对高岭土进行处理。
  1.水力分级 
  水力分级包括螺旋分级(分离+1mm粗砂)、沉淀池分级(分离+0.053mm细砂)、水力旋流器分级(分离-0.053mm细砂)、离心分级机或小直径水力旋流器分级(用于0.002~0.010mm超细粒度分级)。
  2.高梯度磁选
  利用聚磁介质产生1 600kA/m以上的磁场强度,除去高岭土中的Fe2O3和TiO2,生产造纸涂料和高级陶瓷原料。 
  3.选择性絮凝
    通过加入絮凝剂,选择性分离出细粒石英、黄铁矿、明矾石等杂质,生产刮刀涂布级高岭土。常用絮凝剂有六偏磷酸钠、聚丙烯酰铵、水玻璃等。
   4.化学漂白 
 加入保险粉等漂白剂使高岭土中褐铁矿、赤铁矿的高价铁还原为可溶性亚铁,或加入氧化剂氧化黄铁矿和染色杂质,提高高岭土白度。
  5.剥片
 在剥片机中采用搅拌细介质球产生磨剥作用,使高岭土集合体颗粒分离成薄片晶体,生产粒度小于2μm含量达90%以上的刮刀涂布级高岭土。
  6.煅烧
  在800~1 000℃下煅烧时,高岭土失水,物相转化,同时部分杂质挥发,提高高岭土白度和绝缘性,生产电缆和橡胶塑料填料。煅烧是煤系(硬质)高岭土必需的加工方法。
 7.表面改性
  将高岭土用偶联剂等进行包敷处理,提高其在塑料橡胶中的添加量,用于处理橡胶塑料用高岭土填料。

(二) 工 艺 流 程

   高岭土的选矿加工分为干法和湿法两种工艺。
  干法一般是将采出的原矿经过破碎机破碎至25mm左右,给入笼式破碎机中,使粒度减小至6mm左右。吹入到笼式破碎机内的热空气将高岭土的水分由采出时的20%左右降至10%左右。 碎后的矿石再经配有离心分离机和旋风除尘器的吹气式雷蒙磨进一步磨细。该工艺可将大部分砂石除去,适用于加工那些原矿白度高、砂石含量低、粒度分布适宜的矿石。干法加工生产成本低,产品通常用于橡胶、塑料及造纸等工业的低价填料。
  湿法加工工艺包括泥料的分散、分级、杂质分选和产品处理等几个阶段。一般原则流程为:原矿→破碎→捣浆→除砂→旋流器分级→剥片→离心机分级→磁选(或漂白)→浓缩→压滤→干燥→陶瓷级或造纸涂料级产品。
  煤系(硬质)高岭土加工的一般原则流程为:原矿→粉碎→捣浆→旋流器分级→剥片→离心分级→浓缩→压滤→内蒸干燥→煅烧→解聚→填料级或造纸涂料级高岭土。


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