哈薩克斯坦某高嶺土礦的特征研究

管俊芳，程飛飛，張 帆，李小帆，高惠民

(1．武漢理工大學資源與環境工程學院，湖北 武漢 430070；2．礦物資源加工與環境 湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430070)

哈薩克斯坦某高嶺土礦的特征研究

管俊芳1，2，程飛飛1，張 帆1，李小帆1，高惠民1，2

(1．武漢理工大學資源與環境工程學院，湖北 武漢 430070；2．礦物資源加工與環境 湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430070)

以哈薩克斯坦某高嶺土礦為研究對象，通過偏光顯微鏡、XRD、化學成分和掃描電鏡(SEM)等測試手段對該礦進行了系統研究。結果表明：該礦主要由高嶺石、石英和白云母(水化白云母)組成，高嶺石結晶度較高，主要富集在細粒級；高嶺石疊片間結構松散，單片較多；淘洗率較高，-5μm和-2μm粒級的淘洗率分別達到了29.06%和18.33%，僅僅通過簡單的分級，-20μm各粒級就可達到橡塑、搪瓷、陶瓷和涂料等工業用二級以上標準；該礦石總體質量較好，經加工提純后有望在造紙行業上應用。

高嶺土；分級；特征

近年來，高嶺土在造紙、陶瓷、搪瓷、橡膠、塑料、耐火材料、醫學、紡織、化工等領域的應用越來越廣泛[1-3]。然而高質量的高嶺土礦資源越來越少，大多數的高嶺土礦中除主要的高嶺石族礦物外，常伴生有石英、白云母、長石、方解石等粘土礦物和褐鐵礦、鈦鐵礦、金紅石、赤鐵礦有害雜質，這些雜質礦物的存在很程度上影響了高嶺土的應用[4-8]。本文以哈薩克斯坦某高嶺土礦為研究對象，系統研究了礦石的白度、粒度、化學成分、礦物組成、粘濃度、高嶺石的形貌特征等，目的是為礦石的加工應用提供指導作用。

1 礦石性質

原礦為砂質高嶺土，化學成分(wt%)：SiO270.55；Al2O319.65；Na2O 0.10；K2O 1.07；TFe2O30.30；TiO20.36；MgO 0.16；CaO 0.10；P2O50.002；MnO 0.004；Cu 0.0009；H2O 0.086；燒失量 7.54。與理論值(SiO246.5%，Al2O339.5%)相比，SiO2含量較高，Al2O3含量較低。雜質元素中K2O含量較高，TFe2O3、TiO2含量較高，其他雜質元素含量較低。

2 測試儀器與藥劑

D/Max-IIIA型X射線衍射儀，日本理學公司；JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡，日本電子株式會社；YQ-Z-48A白度儀，杭州輕通儀器開發公司。

六偏磷酸鈉，天津縱橫興工貿有限公司。

3 高嶺土的特征研究

3.1 分級高嶺土的產率

將高嶺土礦在濃度65%、六偏磷酸鈉0.2%的礦漿中搗漿10min后淘洗分級，各粒級的產率見表1。

由表1可知，各粒級高嶺土產率不同，+74μm的產率為52.60%，其中-1500+560μm粒級產率最高，為25.19%，其次是+1500μm粒級，產率為14.90%，-560+400μm和-400+150μm產率分別為5.17%和4.14%，產率最少的是-150+74μm，為2.6%；-74μm產率為47.42%，其中產率最高的是-2μm粒級，達到了18.33%，其次是-5+2μm粒級，產率為10.73%，-74+5μm之間的五個粒級的產率均較低，從1.83%～6.54%不等；各分級高嶺土的產率呈現兩頭大的趨勢，粗粒級+1500μm、-1500+560μm和細粒級-5+2μm、-2μm的產率都超過10%，四個粒級產率之和達到69.15%。

表1 分級高嶺土的產率和礦物組成

3.2 分級高嶺土的礦物組成

由圖1原礦和分級高嶺土的XRD圖譜可知，該高嶺土的主要礦物為高嶺石、石英和白云母，少量的長石和方解石。高嶺石在細粒級中富集，而石英和云母主要在粗粒級富集。

圖1 原礦和分級高嶺土的XRD圖譜

根據顯微鏡觀察、XRD分析，并結合化學成分分析，原礦和分級高嶺土的礦物組成見表1。由表1可知，高嶺石在-150+74μm粒級開始富集，在-45+30μm粒級大量富集，在-5μm粒級含量達到80%左右；石英在+45μm中含量較高，主要在+560μm富集，而在-10μm中含量較低；白云母，由于有部分蝕變為水云母(伊利石)，其在-560μm的各粒級中都有分布，且含量較高，在-2μm粒級中仍含13%左右。暗色礦物主要分布在-400+30μm粒級中，以鐵、鈦礦物為主。鐵礦物主要是赤鐵礦和褐鐵礦，少量為磁鐵礦，鈦礦物為金紅石。

由產率和礦物組成綜合考慮，由于-30+20μm和-45+30μm兩個粒級產率較低，并且性質相似，礦物組成相近，可以合并為-45+20μm；同理可以將-10+5μm和-10+20μm合并為-20+5μm。由于高嶺石主要存在于-45μm粒級中，因此，將-45μm分為-45+20μm、-20+5μm、-5+2μm和-2μm四個粒級進行以下的分析和研究。

3.3 高嶺石的結晶特征

3.4 分級高嶺土的化學成分

由表3原礦和四個粒級的分級高嶺土的化學成分可知，SiO2在四個細粒級中的含量都較低，且隨著粒度的降低，含量逐漸降低，由原礦的70.55%減少到45.96%；Al2O3的含量隨著粒度的降低，含量逐漸增加，從原礦的19.56%逐漸增加到36.80%；K2O也在細粒級中富集，含量最高的是-20+5μm粒級，達到了2.18%，最低的是-2μm粒級，為1.72%；Fe2O3在細粒級中明顯富集，由0.25%富集到0.52%～0.68%；TiO2在-45+20μm粒級富集較多，為1.03%，在-20+5μm和-5+2μm粒級分別為0.69%和0.39%，-2μm粒級含量較少，為0.21%；其他化學成分含量都較低，且與粒度關系不明顯。

由表3分析可知，這四個粒級高嶺土中化學成分主要為SiO2和Al2O3，含有少量K2O、Fe2O3和TiO2。SiO2含量隨著粒度的變細而降低，而Al2O3含量隨著粒度的變細而增加；K2O、Fe2O3和TiO2都有不同程度富集，主要富集在-45+20μm和-20+5μm粒級中。這和3.2節中分級高嶺土的礦物組成分析結果一致。

3.5 高嶺石的形貌分析

由圖2四個粒級的掃描電鏡(SEM)照片可知，-45+20μm和-20+5μm粒級中高嶺石主要為蠕蟲狀，片層堆積較緊密，保留了長石顆粒的輪廓，說明這兩個粒級長石風化不完全；-5+2μm粒級高嶺石多為書冊狀，片層間結構較松散，單片高嶺石較多，粒徑在3μm左右；-2μm粒級高嶺石多為單片，片層間結構較松散，邊緣較平直，少量顆粒可見假六邊形狀，粒徑在1.5μm左右。結合3.1節中-45+20μm和-20+5μm粒級產率很少，而-5+2μm和-2μm粒級產率較多，說明高嶺石風化較理想，不用剝片，僅分級就可獲得淘洗率為29.06%的-5μm粒級和18.33%的-2μm粒級的高嶺土。

表2 分級高嶺石的衍射特征

表3 高嶺土的化學成分/wt%

注：化學成分為中國地質大學國家重點實驗室化分室測試。

圖2 -45μm粒級高嶺土的SEM照片

3.6 分級高嶺土的白度

由表4可知，四個粒級高嶺土自然白度從-45+20μm的60.94%提高到-5+2μm的83.26%，其中-2μm粒級的白度為83.05%。1200℃煅燒后，各粒級白度明顯提高，分別提高到68.15%～90.18%。尤其是-5+2μm和-2μm粒級，煅燒白度分別提高到89.69%和90.81%，白度較高，說明該粒級高嶺土品質較優。煅燒白度的不同，與各粒級礦物組成和含量有關。

3.7 分級高嶺土的粘度

由表5中-2μm高嶺土的粘濃度測試結果可知，當粘度達332MPa.s時，其分散濃度僅為62%，未達到造紙用高嶺土要求(粘度500MPa.s時，濃度≥60%)，其原因可能是高嶺土中水化水云母含量較高(13%)，導致高嶺土的粘濃度過低，未達到造紙用國家標準[10]。

表4 分級高嶺土的白度

表5 -2μm粒級高嶺土的粘度

4 分級高嶺土的應用分析

+45μm粒級中石英含量較多。可以作為建筑用砂或造型用砂；-45+20μm粒級高嶺土粒度太大，經過磨剝以后可作為橡塑和陶瓷工業原料；

根據國標[10]GB/T14563-2008，-20+5μm粒級高嶺土達到橡塑工業用一級(XT-1)和搪瓷工業用二級(TT-2)標準；-5μm粒級達到搪瓷工業用一級(TT-1)、橡塑工業用優級(XT-0)、陶瓷工業用二級(TC-2)和涂料工業用二級(TL-2)標準；-2μm粒級高嶺土因粘度較低不適宜工業造紙用，經煅燒后，可達到橡塑工業用煅燒高嶺土優級(XT-(D)0)和涂料工業用煅燒高嶺土一級(TL-(D)1)標準。

5 結論

1)該高嶺土原礦的主要組成礦物是高嶺石、石英和白云母(水化白云母)，高嶺石結晶有序度較高；分級后，細粒級-5+2μm、-2μm的各粒級產率超過了10%；高嶺石富集在細粒級，-5μm粒級中含量80%左右；石英富集在粗粒級，在+560μm粒級中含量達到了95%左右；白云母在各粒級均有一定的含量，在-560μm的各粒級中含量為13%～33%。

2)原礦淘洗率較高，-5μm和-2μm兩個粒級的淘洗率分別達到了29.06%和18.33%。高嶺石多為單片狀，少量疊片狀，單體粒度較小；-45+20μm粒級經過磨剝以后可作為橡塑和陶瓷工業原料；-20μm各粒級能滿足橡塑、搪瓷、陶瓷和涂料等工業用二級以上標準。

3)該高嶺土礦總體質量較高，其-2μm粒級高嶺土可以與茂名高嶺土、美國KCS土、英國SPS土等相媲美[11]。但水化白云母的存在影響了高嶺土的應用，可通過提純、增白等手段，使該高嶺土能在造紙行業上應用，或進一步擴大其應用范圍。

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Characteristics of the Kaolin Mine from Kazakhstan

GUAN Jun-fang1，2，CHENG Fei-fei1，ZHANG Fan1，LI Xiao-fan1，GAO Hui-min1，2

(1.School of Resource and Environmental Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China;2.Hubei Key Laboratory of Mineral Resources Processing and Environment，Wuhan 430074，China)

By testing methods of polarized light microscopy，XRD，chemical analysis and scanning electron microscopy，the paper research the characteristics of the kaolin mine from Kazakhstan.The results showed that the main mineral compositions of the mine were kaolinite，quartz and mica (hydration muscovite).Kaolinite had a high crystallinity and mainly enriched in the fine fraction.The kaolinite was loose between kaolinite laminations and had more sheets.It had a high washingrate，the washingrate of -5μm and -2μm reached 29.06% and 18.33%，respectively.Only after grading，the product of -20μm met the requirement of standard Level 2 or above in industries，such as rubber，plastics,enamel，ceramics and coatings.The overall quality of the mine was high，it could be applied in paper industry after purify.

kaolinite；grading；characteristics

2014-12-07

中央高校基本科研業務費專項資金資助(145208004)

管俊芳(1965-)，女，山西聞喜人，副教授，博士，主要從事礦物材料應用研究。E-mail：guanjfang@163.com。

程飛飛(1990-)，男，安徽休寧人，碩士在讀，主要從事礦物材料應用研究。E-mail：583464234@qq.com。

P575

A

1004-4051(2015)08-0128-05