淺談高嶺土的成因類型及開發(fā)應用

任 偉

(新疆礦產(chǎn)資源補償費征收辦公室，新疆烏魯木齊830001)

淺談高嶺土的成因類型及開發(fā)應用

任 偉*

(新疆礦產(chǎn)資源補償費征收辦公室，新疆烏魯木齊830001)

結(jié)合大量研究成果，論述了高嶺土的地質(zhì)成因類型，總結(jié)了高嶺土開發(fā)應用的研究進展和方向，同時提出應將高嶺土的成因類型與所相應的加工方式、功能應用緊密結(jié)合的研究理念。

高嶺土；成因類型；開發(fā)應用

高嶺土是主要成分為高嶺石的粘土礦物，作為一種重要的非金屬礦產(chǎn)，被廣泛應用于油漆、涂料、造紙、橡膠、塑料、電纜、陶瓷、搪瓷、耐火材料、紡織、水泥、汽車、化學、環(huán)保及農(nóng)業(yè)等領域[1-4]。高嶺土除含高嶺石外，一般還含有埃洛石、石英、明礬石和少量黃鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦及金紅石或銳鈦礦等有害雜質(zhì)[5]，本文介紹以高嶺石為主。

目前，全世界約有五十多個國家出產(chǎn)高嶺土，主要集中在美國、巴西、中國、英國和捷克，總產(chǎn)量占到世界市場的一半以上[6]。高嶺土早期主要為制作陶瓷的礦物原料，中國是世界上最早使用高嶺土制作陶瓷的國家[7]。

1 高嶺土簡介

高嶺土的主要礦物，高嶺石（Kaolinite），化學分子式Al4[Si4O10](OH)4，為含氧鹽大類層狀結(jié)構硅酸鹽高嶺石族礦物。之所以稱之為高嶺石，淵源于我國江西省東北部景德鎮(zhèn)市東面的高嶺村產(chǎn)出質(zhì)地優(yōu)良高嶺石資源，海內(nèi)外享有盛名。

1.1 成分結(jié)構

高嶺石主要的化學組成約為：Al2O341.2%，SiO248.0%，H2O 10.8%。受地質(zhì)條件影響，高嶺石可能混有Mg、Fe、Cr、Cu等元素陽離子作為Al的類質(zhì)同像替代。此外，還可能有堿和堿金屬元素由于機械混入出現(xiàn)在高嶺土中。

高嶺石礦物的晶體結(jié)構屬三斜晶系C11-P1；a0= 0.514nm，b0=0.893nm，c0=0.737nm，d=91.8°，β=104.7°，γ=90°；Z=1。層間結(jié)構多為TO型，為一層硅氧四面體片和一層“氫氧鎂石”片組成。同時，高嶺石存在不同的多型，形態(tài)多為隱晶質(zhì)致密狀或土狀集合體。在自然界中，高嶺土主要成分為晶體結(jié)構呈微小片狀、管狀、疊片狀等形狀的高嶺石[5-7]。

1.2 物理性質(zhì)及工藝性能

純高嶺石為白色，由于含有雜質(zhì)發(fā)生染色，呈現(xiàn)深淺不同的紅、黃、綠、藍、褐等顏色；致密塊體呈土狀光澤或蠟狀光澤，有滑膩感；{001}極完全解理；硬度為2.0～3.5；相對密度在2.60～2.63[10]。同時，高嶺土作為重要的工業(yè)非金屬材料，具有多種優(yōu)異的工藝性能，如：可塑性、燒結(jié)性、耐火性、電絕緣性、耐酸堿性等[15-10]。

2 高嶺土的成因及分類

自然界高嶺土分布廣泛，物質(zhì)來源主要為：富鋁硅酸鹽的各類巖石在酸性介質(zhì)環(huán)境中風化和低溫熱液作用的產(chǎn)物，如風化殼中的基性斜長石、正長石和云母等[13]。

高嶺土按其成因可分為原生高嶺土、次生高嶺土。前者又可分為風化型高嶺土和熱液蝕變型高嶺土；后者為沉積型高嶺土，多是原生高嶺土經(jīng)搬遷沉積形成[14]。我國高嶺土按礦床成因主要可分為5種：熱液蝕變型、風化殘余型、風化淋積型、河湖海灣沉積型和含煤建造沉積型[15]。各種成因類型對應的特點和常用加工方法見表1。

3 討論

由此可見，高嶺土的成因類型，決定了其成分、結(jié)構及性能特征，從而影響到對其采取的加工方式。按照高嶺土成因類型所決定的性能特征，通過綜合采用精細提純、煅燒、微細加工、改性等加工方式，能夠有效地制造出某些行業(yè)所需的較高品質(zhì)產(chǎn)品。如：我國煤系高嶺土屬沉積型，其特點是高嶺石含量高、雜質(zhì)少，適合用于陶瓷、橡膠等行業(yè)，但由于其原礦缺少粘結(jié)性，不易直接作為造紙或耐火材料的原料，需煅燒改性增白以后方能適用；而水洗高嶺土的原礦具有較好的粘結(jié)性，可以直接做耐火材料粘結(jié)劑或造紙?zhí)盍稀４送猓€有我國江蘇蘇州高嶺土多為熱液蝕變型，礦石具有選出率高，可塑性、結(jié)合性好，顆粒較細，懸浮性好，耐火度高，吸附性能好，白度高等顯著優(yōu)點，同時，缺點也很突出，如燒結(jié)性差，脫水困難，雜質(zhì)難分離。

表1 高嶺土成因類型[3-18]

表2 高嶺土在不同行業(yè)的應用[10-18]

因此，針對不同成因類型的原礦，在加工方式和應用行業(yè)的選取時，應該深入研究其原材料地質(zhì)成因及所造成的影響。

4 結(jié)語

高嶺土，由于其多樣的性能，在很多方面滿足了近現(xiàn)代工業(yè)對非金屬礦物材料的需求，應用十分廣泛，具體應用及相關性能要求見表2。

高嶺土的成因類型，深刻影響了其開發(fā)方式和應用價值。對高嶺土成因類型及相關的加工方式、應用行業(yè)等特征進行系統(tǒng)研究，有助于更加科學、合理地利用高嶺土資源。隨著深加工技術的進步，高嶺土早已不僅限用于傳統(tǒng)行業(yè)，已更多轉(zhuǎn)向高層次、新技術、高效益的領域發(fā)展，尤其是在新材料開發(fā)方面得到了快速的發(fā)展。

我國高嶺土資源產(chǎn)地分散、成因類型多樣，相關理論研究體系仍不完善。針對各種特殊成因類型的高嶺土，尚未形成完整的、成熟的開發(fā)和深加工產(chǎn)業(yè)鏈。今后，我們應該加大對高嶺土成因類型特征與開發(fā)利用相結(jié)合的研究工作，并以之為依托，將高嶺土的開發(fā)向標準化、系列化、高檔化、精細化、專用化和功能化方向推進。只有這樣，才能做到更科學、合理地利用高嶺土資源。

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1004-5716(2015)05-0105-03

2014-05-28

任偉（1983-），男（漢族），安徽宿州人，工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)學相關研究工作。