蔡健
(蘇州中材非金屬礦產工業設計研究院，江蘇蘇州215004)
本文敘述了中國高嶺土工業發展歷史。以茂名高嶺土生產為例，著重闡述了中國高嶺土的發展現狀，包括資源、生產加工、技術特點和產品應用。對比世界高嶺土工業技術，分析了中國高嶺土加工技術和開發利用的發展方向。
高嶺土；開發利用；技術開發。
作者簡介:蔡健，教授級高級工程師，中材非金屬礦工業設計研究院副院長。聯系電話:13806219775。電子郵箱:fkycj@163.com .
壹.導言
高嶺土是壹種非常重要且用途廣泛的非金屬礦物。因其可塑性、粘結性、分散性、耐火性、絕緣性和化學穩定性，廣泛應用於造紙、陶瓷、塑料、橡膠、化工、電子、塗料、耐火材料、軍工、醫藥、化妝品、農藥等幾十個行業。
20世紀80年代中期，在科研、生產等有關部門的配合下，我國地質學家在福建龍巖和廣東茂名發現了大型高嶺土礦床，為我國發展造紙、塑料、建材等行業提供了資源。茂名高嶺土已被公認為目前我國重要的造紙用高檔高嶺土生產基地，也促進了高嶺土產業的全面發展。
我國造紙工業在“八五”和“九五”期間發展迅速，先後引進了幾臺刮刀塗布機，刀速提高到600 m/min、800 m/min，甚至1200 m/min。相應地，對高嶺土提出了更高的質量要求，包括細度、白度、粘度濃度、磨耗值等。經過高嶺土行業和各種應用行業研究人員的共同努力和技術研究，中國高嶺土技術已得到充分發展，包括提純、超細和改性等壹些技術已達到世界水平。
二、高嶺土行業現狀
(1)高嶺土儲量
中國高嶺土探明地質儲量為14.32×108t，其中廣東為4.18×108t，福建為1.59× 100t，廣西為1.80×108t。此外，16.7×108t煤系高嶺土主要分布在內蒙古、山西、山東、安徽、遼寧、陜西等省。茂名高嶺土資源主要分布在山東、下池、山哥和飛樹嶺，範圍約40～60 km2，探明儲量約2.8×108t，遠景儲量約8×108t。礦床類型為沈積風化型，礦體賦存於上新世老虎嶺組和中新世黃牛嶺組。礦石的自然類型有礫質高嶺土、礫質砂質高嶺土、砂質高嶺土等。工業類型以砂質高嶺土為主。
(2)高嶺土生產企業
目前，全國有縣級以上高嶺土企業100多家，鄉鎮企業700多家。原礦生產能力超過300×104t，處理能力超過70×104t。中國高嶺土公司、茂名高嶺科技有限公司、福建龍巖高嶺土公司、兗礦北海高嶺土公司、茂名石化礦業公司生產規模為10×104t。茂名地區高嶺土總產量約為38×104t/a，造紙刮刀高嶺土產量占全國總產量的80%。
(三)高嶺土生產工藝
目前，我國高嶺土的典型生產工藝為:原礦經過除砂、粗選、精選得到選礦精礦；然後，用臥式螺旋離心機對精礦進行分級、凈化、化學漂白或高梯度除鐵；加工後產品先用蝶形分離機脫水，再用壓濾機脫水；最後經幹燥塔幹燥，成品包裝計量。以茂名高嶺科技有限公司為代表，流程介紹如下。
茂名高嶺土是壹種有序度高、粒度細、白度高、粘度低的擬六方片狀晶體，已被確認為我國高檔造紙高嶺土的重要原料。高嶺土礦在水槍的高壓沖擊下破碎，砂漿被泵入螺旋分級機除砂，再經水力旋流器分離。選礦階段的數量取決於原礦的性質，壹般為2 ~ 4個階段。分離出的粗精礦通過臥式螺旋離心分級機分離成塗料級和填料級產品。油漆級產品經過漂白、磁選、壓濾、幹燥、包裝後出廠；填料級產品在壓濾和包裝後出廠。選礦工藝流程見圖1。
圖1流程圖
茂名地區高嶺土產品質量見表1。
表1產品質量
1.螺旋分級機除砂
茂名高嶺土中應時和長石粒度較粗，壹般大於325目；而高嶺土粒度較細，主要集中在-2 μ m，另外從原礦粒度分析可以看出+40μ m含量較高，占80.01%；細粒級含量次之，-2μm含量占12.97%；而中間粒度範圍較寬，但含量很少，占40 ~ 2 μ m的7.02%，因此借助於壹種大容量的分級設備(螺旋分級機)進行粗選，去掉大量粗尾，用水力旋流器檢查最終粒度。目前，國內高嶺土選礦廠僅用水力旋流器分級，由於需要高壓渣漿泵，處理量小，電耗高。采用螺旋分級機除砂，突破了現有高嶺土生產工藝模式，使我國高嶺土粗選規模由(1 ~ 2)×104t/臺提高到20×104t/臺。
2.臥式蝸牛的離心分類
清洗過程采用臥式蝸牛離心分級技術，使產品細度達到-2μm 90%以上，分級效率達到80%以上。特別是配有變頻調速，可根據不同物料調整工藝參數(如分選因子)，保持產品質量的穩定，使高嶺土分級技術達到當時的世界水平。
目前，國內高嶺土選礦廠大多采用水力旋流器進行分離分級。在尚未實現自動控制的情況下，由於流量和壓力的變化，產品質量難以穩定在-2μm 90%以上，分級效率不高。而且對於年產1萬噸以上的選礦廠，車間配置占用空間太大。
3.廣泛應用的漂白除鐵技術。
根據鐵和鈦的物相分析，高嶺土中鐵的賦存狀態為礦物鐵和晶格鐵，有相當壹部分是礦物鐵，特別是表面鐵的淋溶汙染。因此，化學漂白是最經濟、最有效、應用最廣泛的方法。通過還原漂白劑(如亞硫酸鈉)將fe3++還原為可溶性fe2++，然後通過洗滌將其去除。某高嶺土選礦廠采用磁選和化學漂白相結合的方法，進壹步提高了產品的白度，降低了化學品的消耗。通過磁選，可以將Fe2O3從0.66%降低到0.5%，白度從70%提高到88%。
4.壓濾過程
國內高嶺土企業過去常采用低壓過濾。通過技術攻關，茂名地區工廠采用高壓給漿，壓力達到2 ~ 2.5 MPa提高了生產率，保證了產品的水分含量低於35%，節約了能耗，也改善了工作環境。
5.采用新的幹燥工藝
該產品便於運輸，改善了工作環境。
目前茂名地區的廠家都采用了噴霧和閃蒸幹燥的方式，各有特色。閃蒸，特別是改進的強幹燥，在生產過程中適應性強，可以在不同濃度、物料、進料速度下進行幹燥，保證了國產設備的質量。
三、高嶺土的應用和市場
造紙工業
中國高嶺土的消費結構與國外有很大不同。陶瓷和耐火材料用高嶺土量占70% ~ 80%，造紙占10%，橡膠占3%，其他行業占7%。在世界發達國家，造紙的消費量占60%，耐火材料占8%，橡膠占5%，陶瓷占10%，其他占17%。
自20世紀90年代以來，中國高嶺土的消費從傳統的陶瓷工業轉向造紙工業，這是由於八五期間中國造紙工業的快速發展和十多條刮刀生產線的引進。“九五”期間，新建或擴建了蘇州紫興造紙廠、廣州人民造紙廠、濰坊恒信紙業集團、蘇州亞泰紙業有限公司等造紙廠，使中國成為世界第三大造紙國。中國人均年用紙量只有38公斤，遠低於世界水平。同時，我國優質的塗布紙塗布高嶺土長期供不應求，每年都需要從美國、英國等國進口。隨著我國造紙工業的發展，對優質塗料高嶺土的需求日益增加。
據統計，目前我國使用高嶺土的銅版紙、白板紙等紙張總量超過1，000×1，04t，需要紙張級高嶺土1，000×1，04t；目前，我國造紙用高嶺土的年生產能力約為50×104t，部分高嶺土依靠進口。據預測，未來幾年將以8%的速度發展。
(2)電瓷行業
中國有30多家主要電瓷廠，生產各種高壓絕緣子、各種管套、各種避雷器、機電瓷件等。隨著我國水電和核電的大力發展，電瓷行業使用高嶺土約1.5×1.04t。
(3)建築衛生陶瓷業
隨著中國城市建設事業的快速發展和人民生活水平的提高，裝飾行業越來越繁榮。目前生產琉璃瓦18.4×108m2，墻面磚，衛生潔具數千萬件。生產此類產品每年需要約250×104t高嶺土。特別是高檔陶瓷的釉料，對高嶺土的需求量大，質量要求高。龍巖高嶺土公司的產品已用於釉料行業，取得了滿意的效果。
根據輕工業陶瓷公司的資料，中國是日用陶瓷的主要生產國、使用國和出口國，每年需要精選10×104t以上的高嶺土。
(4)建築塗料
我國塗料工業發展迅速，2006年產量為500×104t，其中建築塗料2006年產量為150×104t，比2005年增長20%。使用5% ~ 10%高嶺土，壹年使用高嶺土約12×104t。超細剝離土特別適合乳膠漆。茂名高嶺土總公司的產品試用後，ICI、立邦等知名塗料品牌廠家紛紛要求供貨，供不應求。
(5)塑料工業
從1958第壹家PVC工廠建成投產至今，中國塑料工業已經走過了50個年頭。我國合成樹脂從無到有，產量從1990達到237×104t。“八五”和“九五”新建乙烯項目15個建成投產，塑料合成樹脂產量達到500×104t。但人均，年消費量很低，與發達國家相比還有很大差距，塑料行業會保持壹定的發展速度。2006年，塑料制品產量已達2800×104噸。高嶺土作為壹種功能填料，在塑料工業中發揮著重要作用。其顆粒細小、片狀、管狀，能提高塑料制品的強度、硬度、白度和電絕緣性。還具有提高塑料薄膜中散射光透過率和阻隔紅外線的功能，因此可廣泛應用於農用薄膜中。特別是作為體積填充劑，大大降低了產品的成本。
(六)其他行業
我國有200多家橡膠廠，每年對高嶺土的需求量約為5×104t。此外，在搪瓷、石油催化劑、分子篩、電子元器件、塑料、油漆、塗料、化纖、耐火材料、農藥等行業，每年都需要壹定量的高嶺土，而且用量在逐漸增加；有些部門需要超細改性高嶺土粉。總之，國內高嶺土市場需求不斷增加。
四、高嶺土的發展方向
(壹)煆燒高嶺土工藝的完善
隨著國民經濟的快速發展，特別是造紙工業、國家電網改造、通信建設和建築行業的發展，對煆燒高嶺土的需求越來越大，要求也越來越高。國內造紙、塑料、塗料行業對煆燒高嶺土的需求量約為20×104t，其中優質煆燒高嶺土的需求量為10×104t。由於國內優質土產量不足，每年需要從英美等國進口優質土。
目前國內煆燒高嶺土產品雖然滿足客戶要求，但單位產品投資大，工藝復雜，質量控制困難，能耗高。蘇州中材非金屬礦工業設計研究院與生產企業* * *合作建設新生產線，瞄準世界先進水平，生產更好的高嶺土產品。
(二)高嶺土表面改性技術
我國塑料合成樹脂產量達到500×104t。雖然中國的塑料工業取得了顯著的進步，但人均年消費量很低，不到5公斤，與發達國家相比仍有很大差距。近年來，在超細和改性方面做了大量的研究工作，取得了壹定的成果，使得礦物填料在塑料制品中的份額占10%以上，部分塑料制品(如包裝帶)可達50%以上。
茂名等地高嶺土的白度和細度都達到了壹定的要求。為了在塑料制品中占有更多的份額，進壹步打開塑料行業的市場，表面處理是最關鍵的問題。
超細改性高嶺土對橡膠制品有明顯的補強作用，即較高的撕裂強度、耐腐蝕性和拉伸強度，可以降低生膠含量，達到降低成本的目的。加固後壹般產品的抗撕裂性可提高壹倍以上，彎曲次數可提高5 ~ 6倍。因此，改性高嶺土被廣泛應用於橡膠制品中，大量替代炭黑和白炭黑。日本占50%，中國目前消費量為(25 ~ 30) × 104t。
塗料的填料壹般稱為體質顏料。高嶺土填充後起骨架作用，具有化學穩定性、耐腐蝕性、耐水性等特點。通過填充，提高了漆膜的機械性能，具有耐久、耐腐蝕、隔熱、消化等功能。同時，由於價格低廉，成品成本降低，如部分替代鈦白粉，用於路標漆、建築外墻乳膠漆等。，使用量約為10%。
高嶺土的表面改性壹般為機械改性、化學改性或機械-化學改性，如將高嶺土幹粉與表面改性劑在連續式改性機中高速混合。要獲得較好的改性效果，影響因素很多；關鍵在於原料準備、工藝設備和表面改性劑，其中表面改性劑是最關鍵的技術。矽烷偶聯劑是高嶺土表面改性的最佳試劑。
根據國內某高嶺土廠的生產實踐，經表面處理改性後的產品，新增產值1000 ~ 1500元/t，利潤300 ~ 500元/t，經濟效益顯著，市場前景廣闊。
(3)高嶺土合成4？分子篩
沸石(也叫分子篩)是壹種具有四面體骨架的矽鋁酸鹽。由於它具有大量孔徑均勻的微孔和可交換的陽離子，因此具有特殊的吸附、分離和離子交換特性。對於洗滌劑來說，需要的是a 4？沸石。
發達國家已基本限制含磷洗滌劑的生產，我國也頒布了《4？沸石”標準，1999 65438+10月1開始在太湖流域強制執行禁止生產、銷售和使用含磷洗滌劑。預測中國的4？分子篩需求量將超過30×104t。
合成4？沸石包括高嶺土法、活性白土法和化學合成法。高嶺土用於合成4？沸石最經濟合理。因為高嶺土和4？沸石和沸石的矽鋁比相同。只要在高嶺土中加入Na2O成分，轉變其晶型，4？沸石。工藝為:煆燒→結晶→洗滌→幹燥包裝。
產品質量應符合QB1768-93，指標見表2。
表2 QB1768-93指標
(4)納米粘土材料
納米材料因其空間尺寸而進入分子和原子世界，因此可以實現許多獨特的性能，如屏蔽紫外線和電磁波，用於軍事、通訊、計算機等行業；冰箱、飲水機中添加納米粘土，具有抗菌、消毒作用；尤其是陶瓷，加入納米粘土，使其強度提高50倍，用於制造發動機零件。添加納米礦物材料的塑料強度高、耐熱性好、密度低；特別是耐磨性增強，是黃銅的27倍，鋼的7倍；並且具有阻燃性和自熄性。納米塑料被制成管道、汽車機械零件、啤酒和肉制品的包裝材料等。目前，納米技術產生的營業額已經達到500億美元，成為21世紀的代表性技術。
蘇州中材非金屬礦工業設計研究院生產的Al2O3基納米材料已完成小試並初見成效，強度從200～300 MPa提高到1200～1300 MPa。
(5)增白降粘技術的進展
近20年來，增白降粘技術壹直是高嶺土行業的研究課題之壹，並取得了很大進展。目前白度達到88%，粘度達到68%。隨著造紙工業的快速發展，對高嶺土提出了更高的要求。特別是美國高嶺土和巴西高嶺土進入中國市場，加劇了技術競爭。經過“十五”期間的科技攻關，高嶺土產品達到了白度90%、粘度72%的水平。
(六)低溫超導磁分離技術的應用
與美國、巴西等國家相比，中國高嶺土資源存在白度低、粘度大的缺陷。兗礦集團北海高嶺土公司從美國Carpco等公司引進了低溫超導技術和設備。設備磁感應強度5T，裝機容量37 kW，Fe2O3從0.9%降到0.5%以下。
(七)超細浮選技術
高嶺土和嵌入雜質的粒度很細，可以用超細浮選技術分離。
高嶺土的開發應用與中國高嶺土工業的技術發展
蔡健
(蘇州蔡中非金屬礦產設計研究院，江蘇蘇州215004)
文摘:介紹了中國高嶺土開采和加工業的發展歷史。文章以廣東茂名考林生產基地高嶺土生產為例，著重闡述了我國高嶺土工業的發展狀況，包括高嶺土資源、生產加工、產品技術特點及應用。文章對我國高嶺土生產技術和國外進行了對比，分析了我國高嶺土加工技術和開發應用的發展趨勢。
關鍵詞:高嶺土，開發應用，技術發展。