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中国高岭土矿资源概况

  “高岭土(Kaolin)”一词来源于中国江西景德镇高岭村产的一种可以制瓷的白色粘土而得名。高岭土矿是高岭石亚族粘土矿物达到可利用含量的粘土或粘土岩。
  高岭土因具有许多优良的工艺性能,广泛用于造纸、陶瓷、橡胶、塑料、耐火材料,化工、农药、医药、纺织、石油、建材及国防等部门。随着工业技术的发展和科技迅速提高,陶瓷制品的种类愈来愈多,它不仅与人们日常生活密切相关,而且在国防尖端技术的应用也很广泛,如电气、原子能、喷气式飞机、火箭、人造卫星、半导体、微波技术、集成电路、广播、电视及雷达等方面几乎都需要陶瓷制品。可见高岭土矿产在国民经济和国防建设中所占的重要地位。
 
一、 矿物原料特点
  高岭土的岩石学特征与矿物学特征相同,具有松散土状和坚硬岩石状两种外貌,其矿物成分、化学成分和粒度变化都较大。
  高岭土的矿物成分由粘土矿物和非粘土矿物组成,前者主要包括高岭石、迪开石、珍珠陶土、变高岭石(1.0nm和0.7nm埃洛石)、水云母和蒙脱石;后者主要是石英、长石、云母等碎屑矿物,少量的重矿物及一些自生和次生的矿物,如磁铁矿、金红石、褐(针)铁矿、明矾石、三水铝石、一水硬铝石和一水软铝石等(表4.22.1)。
  高岭石及其多型矿物迪开石和珍珠陶土同属1∶1型二八面体的层状硅酸盐,结构单元层完全相同,单位构造高度为0.7nm,层间以氢键相联结, 无水分子和离子。 它们的理想结构式为Al4[Si4O10](OH)8,理论化学成分为SiO2 46.54%、Al2O3 39.50%、H2O 13.96%,它们之间区别在于单元层间堆叠方式不同。高岭石为三斜晶系,一般为无色至白色的细小鳞片,单晶呈假六方板状或书册状,平行连生的集合体往往呈蠕虫状或手风琴状,粒径以0.5~2nm为主,个别蠕虫状可达数毫米。自然界高岭土中高岭石常见,迪开石少见,珍珠陶土罕见。
  变高岭石(也称埃洛石)包括1.0nm和0.7nm两种。1.0nm埃洛石的结构特征是结构单元层与高岭石相同,但层间有一层水分子。 结构单元层高度为1.6nm, 结构式为Al4[Si4O10](OH)8·4H2O,其形态为小于几微米的管状和球粒状。1.0nm埃洛石不稳定,层间水在室温下就可脱出,结构单元层高度减为0.76~0.73nm,而且这种变化是不可逆的。失水后形成0.7nm埃洛石,在自然界比较稳定。由于失水管状和球粒状被破坏,呈破裂管状和球粒状。高岭石亚族成分特征见表4.22.1。
  水云母:基本结构与白云母相似,为二八面体2∶1型层状硅酸盐,矿物结构单元层高度为1.0nm左右。与白云母不同的是颗粒细小,层间阳离子钾和钠减少,层间水增加,四面体中铝代硅减少,结构无序程度高,其形态呈不规则薄片或长条状,粒径一般比高岭石大。
  蒙脱石在高岭土中常有少量存在,易与埃洛石共生,晶粒极细小,具有很强的膨胀性和吸水性。
  绿泥石和叶蜡石在蜡石型高岭土矿床中有时出现。常为铝绿泥石。
  水铝英石为非晶质粘土矿物,是氧化铝和氧化硅的凝胶体,一般为球粒状,不稳定。
  高岭土的化学成分主要是SiO2、Al2O3和H2O,纯净的高岭土成分接近于高岭石或埃洛石的理论成分,由于各种杂质的影响,因此往往含有害组分Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3等。有害组分Fe2O3、TiO2一般在沉积矿床较高,其次是风化型高岭土,蚀变型矿床中铁质最少。高岭土的K2O、Na2O含量在风化型矿床中较多,一般在2%~7%,随深度增加而增加。另外,含明矾石的高岭土矿床中SO3含量相当可观,也属有害杂质。
  高岭土的粒度成分以粘土级和粉砂级的颗粒最多。据粒度成分,可将高岭土划分为:土状高岭土,绝大部分由小于10μm的泥粒组成;含砂高岭土,含5%~25%的砂和粉砂级颗粒组成。
  高岭土中常见的结构有凝胶状结构,颗粒极细而致密;泥质结构,矿石中小于0.01mm以下颗粒占绝大多数;粉砂泥质或砂泥质结构,指矿石中含25%~50%的砂或粉砂;植物泥质结构,指矿石中含有机质植物残体等;变余结构,指蚀变高岭土中常有变余凝灰或变余斑状等结构。高岭土中常见的构造有皱纹状或条纹状构造、角砾状和斑点构造等。
  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,较高的耐火度等物理化学性能。
  高岭土的矿石类型可根据高岭土矿石的质地、可塑性和砂质的含量划分为硬质高岭土、软质高岭土和砂质高岭土三种类型:
  硬质高岭土质硬,无可塑性,粉碎、细磨后具可塑性;
  软质高岭土质软,可塑性一般较强,砂质含量小于50%;
  砂质高岭土质松散,可塑性一般较弱,除砂后较强,砂质含量大于50%。
  根据影响工业利用的有害杂质种类,冠“含”字(其含量允许小于5%)划分亚类型。如:含黄铁矿硬质高岭土,含有机质软质高岭土,含褐铁矿砂质高岭土等。
 
二、 用途与技术经济指标
 
  高岭土的应用领域不同,对其质量要求截然不同。按工业用途可分为造纸工业用高岭土、搪瓷工业用高岭土、橡胶工业用高岭土和陶瓷工业用高岭土等。在化学成分方面,对造纸涂料、无线电瓷、耐火坩埚等要求高岭土的Al2O3和SiO2接近高岭石的理论值,日用陶瓷,建筑卫生陶瓷、白水泥原料、橡胶和塑料的填充剂对高岭土的Al2O3含量要求可适当放低,SiO2含量可酌情高些。对Fe2O3、TiO2、SO3等有害成分,亦有不同允许含量。对CaO、MgO、K2O、Na2O含量的允许值,不同的用途中也不相同。在工艺性能方面,各应用领域要求的侧重点更为明显。如造纸涂料主要要求高的白度、低的粘浓度及细的粒度;陶瓷工业要求有良好的可塑性、成型性能和烧成白度;耐火材料要求有高的耐火度;搪瓷工业要求有良好的悬浮性等。这就决定了高岭土产品规格、牌号的多样性。工业应用高岭土质量的要求按国家标准(GB/T14563-93)执行。
 
三、 矿 业 简 史
 
  中国是世界上最早发现和利用高岭土制瓷的国家。早在殷商时代,在安阳出土的印纹白陶就是由高岭土烧制的,到了元代,景德镇地区开始在坯料中掺入一定量的高岭土,用高岭石、瓷石二元配方烧制瓷器,使瓷器质量有很大改善,创造出“白如玉、明如镜、薄如纸、
声如罄”的精美瓷器,使景瓷驰名中外。
  虽然中国的高岭土开发利用历史悠久,但矿山地质工作在中华人民共和国成立前仅限于地质调查,如候德封(1931)对河北彭城镇粘土的调查,郁国城(1940)、李悦(1941)对四川叙永粘土的调查等。高岭土矿的地质工作得以发展是中华人民共和国成立以后,尤其是70年代后,地质勘探工作发展迅速,到1980年止,全国保有高岭土矿产地达160处,其中详查勘探矿区近80处。保有矿石储量8亿t。到1996年止,保有矿产地208处,保有矿石储量为14.32亿t。有关地质研究工作也随着整个地质工作的开展而日益深入。出版了有关高岭土矿物学、矿床学的专著。

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