梧州高嶺土的性能特點、應用及產業轉型升級的建議

崔同湘，陳紹霖

（廣西梧州市發展和改革委員會，梧州 543003）

綜述與評述

梧州高嶺土的性能特點、應用及產業轉型升級的建議

崔同湘，陳紹霖

（廣西梧州市發展和改革委員會，梧州 543003）

高嶺土是一種重要的非金屬礦產資源，梧州市依托豐富的高嶺土資源大力發展陶瓷產業，高嶺土產業的發展對梧州產業轉型升級有重要的推動作用。本文分析了高嶺土的應用領域，結合高嶺土產業發展的方向和梧州的產業規劃，提出梧州市高嶺土產業轉型升級的建議。

高嶺土；應用領域；轉型升級；發展建議

1 前言

礦產資源是經濟社會發展的物質基礎，礦產資源主要分為能源、金屬和非金屬三類[1]。高嶺土與云母、石英和碳酸鈣并稱為四大非金屬礦產資源。高嶺土俗稱瓷土，首先發現于景德鎮浮梁縣高嶺村，遂沿用村名“高嶺”而命名為高嶺土。高嶺土的晶體結構是由一層Si-O四面體和Al-O八面體堆疊而成，理想結構式為Al4[Si4O10](OH)8，理論化學組成為Al2O3·2SiO2·2H2O，各組分的理論含量為Al2O339.5%、SiO246.54%、H2O 13.96%。高嶺土在元代被景德鎮作為制瓷原料大量使用，由于高嶺土具有耐火度高（達1700℃），能夠提高陶瓷燒結的溫度，改善瓷器的物理性能等優勢，使得景德鎮瓷器由低火度的軟質瓷提升為高火度的硬質瓷，所以才成就了景德鎮舉世聞名的瓷都地位[2]。高嶺土在陶瓷原料配方中所占的比例為20%～30%，添加高嶺土使陶瓷中Al2O3的含量增加，促進了莫來石的生成，提高了陶瓷的穩定性和燒結強度，使得陶瓷坯體不容易變形，并且可提高陶瓷的白度[3]。

陶瓷制品是高嶺土的重要應用領域。梧州高嶺土資源豐富，初步探明的高嶺土資源覆蓋面積達23平方公里，礦藏深度為100 m，儲量達6.7億t。煅燒后Al2O3含量達到45%，SiO2含量達到52%，Fe2O3含量小于0.5%，TiO2含量小于1%，白度達90。從2008年起，梧州抓住佛山陶瓷產業往西部轉移的契機，以資源換產業，大力發展建筑陶瓷產業，隨著開采量的增大，高嶺土年稅收收入已突破2000萬元。梧州規模以上陶瓷企業已達14家，2014年規模以上陶瓷工業總產值達103億元，為梧州經濟社會發展做出了積極貢獻。雖然高嶺土的應用領域非常廣泛，但梧州的高嶺土主要用在陶瓷行業。陶瓷行業屬于高污染、高耗能的產業，在全國環境保護壓力持續增大的宏觀形勢下，推進產業向高附加值和低能耗、低排放升級對梧州的科學發展非常重要。本文概述了高嶺土產業的應用領域和最新技術進展，提出了梧州高嶺土產業轉型升級的建議。

2 高嶺土的應用

高嶺土具有可塑性、黏結性、分散性、吸附性和化學穩定性等優異的性能，廣泛應用于造紙、陶瓷、環保、橡膠、耐火材料、化工、農藥等領域[1]。本文著重論述高嶺土在環保、催化劑、塑料、橡膠等領域的應用以及納米高嶺土的優異性能。

2.1 高嶺土在環保領域中的應用

高嶺土有獨特的層狀結構和較大的比表面積，具有良好的吸附性和離子交換能力，在廢水處理方面具有廣闊的應用前景。鄭敏等人用硫酸鋁和活性炭對高嶺土進行煅燒改性處理，在高嶺土中增加孔隙，提高其吸附性能，對柴油廢水中柴油的去除率高達99%[4]。翟由濤用Al3+和Mg2+對高嶺土進行改性處理，對含磷廢水中的磷有很好的吸附作用，磷的去除率達80%；高嶺土是土壤的組成部分，吸附磷后可作為農肥使用[5]。紡織品印染廠排放的印染廢水，具有污染物種類多、濃度高、難降解、COD（Chemical Oxygen Demand，化學耗氧量）高等特點。馬萬征等人用無極絮凝劑硫酸亞鐵對高嶺土進行改性處理，發現當硫酸亞鐵與高嶺土滿足1:7時，對廢水的處理效果最好，COD降低68.75%[6]。苯胺是染料、農藥和醫藥生產的重要原料，具有很強的毒性，列入了“中國環境優先污染物黑名單”。劉云云等人用100℃烘干和煅燒處理過的高嶺土為原料吸附廢水中的苯胺，對苯胺的去除率達79.82%[7]。蔡明琴等人，以天然高嶺土為原料去除水中的Pb2+、Cd2+、Ni2+和Cu2+等重金屬離子，發現高嶺土對重金屬離子有較好的吸附效果，特別是對Pb2+有最好的吸附效果，且四種重金屬離子均不易從高嶺土表面解吸[8]。

2.2 高嶺土在催化劑領域中的應用

高嶺土是制備催化劑的基質材料，主要用來制備光催化催化劑和催化裂化催化劑。TiO2和ZnO是凈化環境的重要催化劑，但用納米TiO2和ZnO進行光催化時，由于顆粒小，不易沉淀，催化劑難以回收，再生和再利用時活性成分損失大，對TiO2和ZnO進行固化處理，不僅可以解決催化劑的分離回收問題，還可克服其穩定性差和容易中毒的缺點[9、10]。張旭等人用溶膠-凝膠法制備的鈦溶膠負載到硫鐵礦尾礦上，采用一步煅燒法制備負載鈦偏高嶺土，對亞甲基藍的光催化降解率達93.5%[9]。胡志彪等人用共沉淀法制備納米ZnO/高嶺土復合材料，對甲基橙的光催化降解率達95.37%[10]。鄧中文等以高嶺土/甲醇插層復合物為前驅體，與十六烷基三甲基氯化銨反應制備管狀高嶺土，采用溶膠-凝膠法，制備負載有TiO2的管狀高嶺土光催化劑，對甲基橙的光降解效率比純TiO2提高30%[11]。提高重油轉化率是煉油廠面臨的迫切問題，解決問題的核心是提高催化裂化催化劑的效率。高嶺土是制備催化裂化催化劑的主要基質材料，占催化劑40%左右的組分，具有價格低廉，性能優越，重油大分子預裂化和負載活性組分等作用[1,12]。王棟等人用NaOH和HCl分別對高嶺土進行堿和酸改性處理，提高催化劑的抗重金屬能力和重油轉化能力[12]。Jorge RAMIREZ—ORTIZ等人對高嶺土進行熱活化處理制備的催化劑，可將餐廚廢油和甲醇轉化為柴油，轉化效率達95%[13]。

2.3 高嶺土在塑料領域中的應用

高嶺土作為塑料工業的填料，作用是使塑料制品外表平整，尺寸精確，抵抗化學腐蝕、減少熱收縮和熱裂變，有利于拋光打磨過程的進行，在塑料中的一般用量為15%～60%[3,14]。覃綠梅等人用煅燒超細活性高嶺土加入PVC（聚氯乙烯）中，提高PVC電纜的絕緣性能[15]。高嶺土是無機材料，與有機分子相容性較差。為增強高嶺土和塑料聚合物的相容性，需要對高嶺土進行改性處理。張作才等人用γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯劑對高嶺土進行表面改性，與PP（聚丙烯）制備復合材料，提高PP的拉伸強度、缺口沖擊強度和熱穩定性[16]。李國喜等人用大分子表面處理劑對納米高嶺土進行表面處理，與PE（聚乙烯）熔融共混制備納米高嶺土/PE復合材料，用作食品包裝膜，熱學性能、熱封性能、摩擦因數均優于PE膜，復合膜的水蒸氣透過量降低46.4%，氧氣透過量降低31.7%[17]。

2.4 高嶺土在橡膠領域的應用

高嶺土作為填料可降低其它原材料在橡膠中的用量，降低橡膠生產成本。高嶺土可增強橡膠的耐磨性、化學穩定性和機械強度，延長其老化時間，提高制品的粘稠度，防止其塌軟、變形，同時可提高橡膠通透性、防水性、化學活性、防火抗燃性等性能[3,14]。王金合等人用高嶺土填充硅橡膠制備可瓷化硅橡膠耐火復合材料，提高耐火電纜的耐火性能[18]。陳巧等人采用稀土鹽和乳酸鉀水溶液對高嶺土進行表面摻雜改性，然后與天然膠乳混合，用凝聚共沉淀法制備稀土摻雜高嶺土/天然橡膠復合材料，稀土摻雜高嶺土在天然橡膠中有良好的分散性，二者構成的界面結合牢固，提高天然橡膠的拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度[19]。

2.5 納米高嶺土的優異性能

高嶺土是由Si-O四面體和Al-O八面體層連接而成，單元層之間通過氫鍵相互連接，氫鍵的結合力相對較弱，因而高嶺土容易加工粉碎成粉末。當加工的高嶺土顆粒尺寸小到納米量級（1～100 nm）時，就制得納米高嶺土。制備納米高嶺土的方法主要有機械粉碎法、化學合成法和插層法三種，其中插層法是目前制備納米級高嶺土最有效的方法[20]。納米高嶺土具有表面效應、量子尺寸效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應等納米材料的基本特性，使得納米高嶺土出現了奇異的物理和化學性質，提高高嶺土的應用性能[1,20]。如用納米高嶺土作為原料可使陶瓷具有更致密結構和更高硬度，使得陶瓷產品具有好的韌性和延展性，不易破碎[20]。納米高嶺土用于食品保鮮包裝時，可延長食品保質期；用作塑料填充劑時，可使得塑料制品擁有良好的阻燃性能；納米高嶺土還可提高對磷、氮、鉀的吸附量，應用前景非常廣闊[21]。

3 梧州市高嶺土產業發展建議

3.1 提升陶瓷用高嶺土的品質

高嶺土的應用非常廣泛，陶瓷行業只是高嶺土應用的一個領域，加大宣傳力度，促使陶瓷行業節約集約使用高嶺土資源。加大科技研發投入，研究對高嶺土原料進行深加工和改性處理，提高建筑陶瓷質量的工藝路線以及制備無線電陶瓷（如：高頻陶瓷、電容器件、電阻器件和高頻振蕩元件等）、工業陶瓷和特種工業陶瓷的可行性，延伸梧州陶瓷的產業鏈，提升陶瓷產品的附加值和競爭力。3.2引進和培育專業化高嶺土開發企業

企業是創新主體，產品的技術升級和產業集聚發展需要龍頭企業的帶動。中國高嶺土有限公司位于蘇州市，是全國成立最早、規模最大的高嶺土專業企業[1]，建有高嶺土功能材料工程技術研究中心，大規模銷售耐火、砂輪、磁性材料工業用高嶺土，橡膠工業用高嶺土，造紙用高嶺土，煅燒超細高嶺土，工程塑料專用改性高嶺土，化妝品專用高嶺土等系列產品。福建龍巖、廣東茂名、安徽淮北等地也建有大型高嶺土專業企業，推動了當地高嶺土產業的發展[1]。梧州還沒有規模以上高嶺土專業企業，成為制約高嶺土產業發展的瓶頸。高嶺土產業是新材料產業，屬于國家和廣西自治區鼓勵發展的戰略性新興產業。梧州要抓住戰略性新興產業發展的契機，積極引進和培育大型高嶺土專業企業。依托企業開展技術創新，對高嶺土進行深加工，提高高嶺土附加值。同時要依托大企業技術優勢，對高嶺土尾礦進行綜合利用，變廢為寶，促進經濟建設和環境保護協同發展。

3.3 注重高嶺土產業與現有產業鏈的融合

加快發展節能環保產業是改善環境質量，保障民生，加快建設生態文明社會的迫切需求，節能環保產業發展潛力巨大，正在形成新的經濟增長點。梧州是全國循環經濟示范城市，也是打造珠江-西江經濟帶生態走廊的重要屏障，發展節能環保產業是梧州的必然選擇。高嶺土在節能環保領域應用前景非常值得期待，梧州要抓住粵桂合作特別試驗區加快建設的契機，在試驗區集聚發展節能環保產業，抓好中節能環保產業園以及中國—東盟環保技術和產業合作交流示范基地等項目；做好節能環保產業鏈的招商工作，實現高嶺土產業和節能環保產業的融合協調發展。梧州進口再生資源加工園區是國家“城市礦產”示范基地，圍繞再生銅、再生鋁、再生不銹鋼和再生塑料等構建循環經濟產業鏈。梧州國龍投資集團即將在梧州進口再生資源加工園區上馬年產5萬噸PET項目，梧州塑料產業鏈將不斷完善。高嶺土是塑料制品的重要填充材料，要在再生塑料產業發展的過程中，注重結合高嶺土產業的發展，促進梧州產業之間的互補和融合。

4 結語

高嶺土是重要的非金屬礦產資源，應用廣泛，隨著經濟社會的發展和科技的不斷進步，高嶺土的應用范圍將不斷擴大，各領域對高嶺土的需求量也將穩定增長，不過對高嶺土的品質也提出了更高要求。改性處理是提高高嶺土品質的重要手段，梧州要引進和培育大型高嶺土專業企業，加大科技研發投入，注重上下游產業鏈的結合，將高嶺土資源優勢轉化為經濟發展優勢。

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陳紹霖（1964.12-），男，壯族，在職研究生學歷，現擔任梧州市發展改革委員會主任，主要從事經濟發展，產業轉型升級等方面的研究。