高嶺土礦測試評價技術的研究與應用前景分析

摘 要：高嶺土具有良好的可塑性和耐火性能，可用于造紙、陶瓷和耐火材料。然而由于大部分礦區設施落后，導致出產的高嶺土鐵含量較高，產品純度差，市場附加值低，發展面臨技術瓶頸。因此延長生產加工鏈，提高產品純度，提升其附加值意義重大。本文通過設計實驗方案對高嶺土礦樣品進行了除鐵提純，提高了礦產品的品位，并對提純后的產品開展了檢測數據的分析評價，確認礦產高嶺土的應用領域和應用范圍，估算礦產品的市場價值。

關鍵詞：礦產高嶺土;提高純度;分析評價;應用;市場價值

1 提純試驗方案設計

高嶺土產品按工業用途分為造紙工業用高嶺土、搪瓷工業用高嶺土、橡塑工業用高嶺土、陶瓷工業用高嶺土和涂料行業用高嶺土五類，根據高嶺土的各產品標準、行業技術規范，需要對高嶺土原礦進行原礦性能測試和除鐵提純后樣品的性能測試，具體流程如下：

1.1高嶺土原礦

原礦共計50kg（塊體和粉體的混合樣），混合樣品顏色呈黃灰色。塊體樣品質地細膩，觸摸時有滑膩油脂感，硬度較低，顏色呈灰白色。

1.2球磨制粉

球磨過程一般分為干法研磨和濕法研磨，考慮到研磨效率和后續的除鐵工藝的需要，試驗采用濕法研磨。試驗采用球磨機（WZM-5L）對樣品進行初步研磨，其中裝填物料比例為：高嶺土：水：研磨球=2：1：2，研磨時間24h。

將樣品通過臥式研磨罐進行初步研磨之后，再利用攪拌磨（青島聯瑞精密機械有限公司，Q-2型）進行快速研磨，研磨時間為2h。

1.3過篩

研磨后所得料漿，分別通過200目和325目篩進行篩分，濾除其中的粗顆粒，為后續除鐵做準備。

1.4除鐵

鐵是高嶺土礦物的主要染色因素，含鐵礦物在高溫煅燒時會變成Fe2O3，造成礦物發黃或呈磚紅色，因此將礦物中含鐵雜質高效除去，才能達到礦物除鐵增白的效果。

基于高嶺土礦樣含鐵量高達9%以上，工業化生產成本及工藝易操作性等方面因素考慮，磁選分離除鐵法是最為有效可行的除鐵手段。

1.4.1實驗方案一（200目過篩漿料除鐵）

試驗流程及結果：原礦經板式磁選2遍，立環磁選1遍，電磁漿料高梯度磁選機磁選1遍，各段取樣化驗，試驗結果如下表：

由表1可知，原礦樣經方案一磁選后，含鐵量由8.75%降到了3.59%，下降了5.16%，效果比較明顯；精礦的出產率是57%；白度由12.60%提高至13.85%，提升了1.25%，效果不夠明顯。

1.4.2實驗方案二（325目過篩漿料除鐵）

試驗流程及結果：原礦經2遍磁漿料高梯度磁選機磁選，各段取樣化驗，試驗結果如下表

由表2可知，原礦樣經方案一磁選后，含鐵量由8.75%降到了4.14%，下降了4.61%，效果比較明顯；精礦的出產率是52%；白度由12.60%提高至13.32%，提升了0.72%，效果不夠明顯。

1.5烘干

將經過磁選分離除鐵之后的料漿沉淀24h，用吸管將上清液去掉，得到比較粘稠的料漿，將料漿置于電熱鼓風干燥箱（GXZ-9146MBE型）中烘干備用（溫度設為80℃）。

2 提純后測試評價

2.1化學成分

檢測要求：對原礦樣品和除鐵后的精礦樣品進行化學成分分析，主要檢測指標：燒失量LOI、二氧化硅SiO2、三氧化二鋁Al2O3、三氧化二鐵Fe2O3、氧化鈣CaO、氧化鎂MgO、氧化鈉Na2O、氧化鉀K2O。

檢測依據：GB/T 16399-1996粘土化學分析方法

2.2白度

方法原理：當光譜反射比均為1的理想完全反射漫射體的白度為100，光譜反射比均為0的絕對黑體白度為O時，在規定的條件，測出試樣的三刺激值，再用所規定的公式計算白度。檢測依據：GB/T 5950-2008建筑材料與非金屬礦產品白度測量方法。儀器設備：WSD-Ⅲ型全自動白度計。

2.3礦物巖相分析XRD法

不同物相的多晶衍射譜，在衍射峰的數量、2θ位置及強度上總有一些不同，具有物相特征，幾個物相的混合物的衍射譜是各物相多晶衍射譜的權重疊加，因而將混合物的衍射譜與各種單一物相的標準衍射譜進行匹配，可以解析出混合物中的各組成相。檢測依據：JY/T 009-1996 轉靶多晶體X射線衍射方法通則。儀器設備：D/max-ⅢB型X射線衍射儀。

由混合樣XRD衍射分析圖譜和塊樣XRD衍射分析圖譜可以直觀的看出，兩個樣品的礦物組成及結構基本一致：

主晶相是Purophyllite葉蠟石；

次晶相是Muscovite白云母、Quartz方石英、Kaolinite高嶺土；

少晶相是Berthierine磁綠泥石、Akaganeite正方針鐵礦；

微晶相是Greenalite鐵蛇紋石。

2.4燒后密度、顏色、收縮比

檢測要求：對除鐵后的精礦樣品進行壓片、燒結，檢測燒后樣品的燒后體積密度、顏色、收縮比。

檢測依據：GB/T 2997-2015致密定形耐火制品體積密度、顯氣孔率和真氣孔率試驗方法。

儀器設備：CXK-A型陶瓷吸水率真空裝置；HTK70/17高溫箱式爐（1700）；MS3002S型電子天平。

燒結：將高嶺土的精礦粉料在10噸壓力下壓成1#樣品直徑60mm和2#-5#直徑54mm的原片，樣品經110℃烘干，分別在1160℃、1180℃、1200℃、1220℃、1340℃下燒結，保溫時間為2h，燒結結果如下：

顏色：肉眼觀測燒結后樣品的顏色為深土紅色。

體積密度：

本實驗采用抽真空排水法測量燒結后樣品的體積密度，具體原理如下：

體積密度（g/cm3）：ρ■=■

ρ為實驗溫度下液體密度（g/cm3）。

通過以上數據可以看出，MP500精礦的燒結溫度在1220℃，體積密度約為2.52 g/cm3。

2.5耐火度

檢測要求：對高嶺土原礦的樣品進行耐火度檢測，以確認在無荷重的條件下樣品抵抗高溫而不熔化的溫度，用于指導生產和使用。

檢測依據：GB/T 7322-2007耐火材料耐火度試驗方法。

方法原理：將耐火材料的試驗錐與已知耐火度的標準測溫錐一起栽在錐臺上，在規定的條件下加熱并比較試驗錐與標準測溫錐的彎倒情況來表示試驗錐的耐火度。

儀器設備：NHD-03P型耐火度爐（紅外可視）。

3 性能評價及結論

3.1化學成分

由原礦和除鐵后精礦化學成分可以看出，氧化鋁含量由原礦的26.99%提升至28.23%，鐵含量由原礦的8.75%降至4.14%，二氧化硅含量由原礦的51.18%提升至54.57%，變化比較明顯，SO3含量由0.45%降至0.38%，略有降低，氧化鈣、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉、二氧化鈦變化不明顯。

3.2白度

根據白度檢測結果對比，原礦的白度12.6%和除鐵后精礦的白度13.32%相比較，變化并不明顯；根據高嶺土在不同行業的應用要求，白度應在75%-90%之間，而實驗中的高嶺土原礦中影響白度的主要因子是鐵含量太高，只有把鐵降到1%以下，白度才能得到明顯的提升，而根據目前有效的工業除鐵效果可以看出，除鐵的最低限為2.5%，故白度的提升不會很明顯。

3.3塑性指數

根據塑性指數檢測結果可以看出，該高嶺土礦的塑性指數高達18%，具有良好的塑性，屬于黏土類，在建筑行業可配合其它瘠性材料使用，作為瘠性材料的添加劑和粘合劑。

4 應用領域及市場前景

基于礦樣結構比較復雜，鐵含量比較高（Fe2O3含量為8.75%），除鐵成本和難度比較大，白度不高，極大的制約了該礦產品的使用范圍，但葉臘石化學性質穩定，具有較好的耐熱性、絕緣性和可塑性，具有良好的保溫性能，可以作為建筑用燒結磚、燒結瓦、外墻陶瓷磚、外墻發泡、外墻外保溫泡沫陶瓷的材料，也可用在低端耐火材料中作為窯爐用缸磚，以及生產巖棉板等材料。

4.1在燒結磚中應用

燒結普通磚是傳統的墻體材料，具有較高的強度和耐久性，又因其多孔而具有保溫絕熱、隔音吸聲等優點，因此適宜做建筑圍護結構，被大量應用于砌筑建筑物的內墻、外墻、柱、拱、煙囪、溝道及其他構筑物，也可在砌體中置適當的鋼筋或鋼絲以代替混凝土構造柱和過梁。目前，我國年生產各種燒結墻材制品約9000億標塊，其中實心黏土磚約3800億標塊，空心制品約2700億標塊，各種利廢和環保的新型墻材產品近2500億標塊，蒸壓粉煤灰磚約350億標塊，蒸壓灰砂磚約200億標塊，燒結磚行業產值達2000多億元。

4.2 在燒結瓦中應用

燒結瓦主要是指燒結黏土平瓦、小青瓦、燒結彩色瓦；燒結黏土瓦是以黏土、頁巖等為主要原料，經原料處理成型、干燥、焙燒而成的瓦，規格尺寸為400 mm×240 mm～360 mm×220 mm，厚度10-20 mm，吸水率不大于21%，彎曲破壞荷重不小于1020 N。目前我國瓦產品產量較多并具有發展空間的有三大品種LozrJ62aQIDxP0z8igqLbXTeELiXtRiu8JSWZ6RGcOY=，一是燒結黏土平瓦；二是燒結彩瓦（琉璃瓦、亞瓦）；三是水泥彩色瓦，并且我國每年新建房屋20多億m2，如果有30%采用坡屋面，對瓦的需求量非常大燒結屋面瓦約400億片，市場產值達300多億元。

4.3在燒結路面磚中應用

路面磚（又名鋪路磚）就是鋪在路上給人們提供行走方便的磚，包括廣場磚、草坪磚、盲道磚、園林磚等。燒結路面磚主要是以頁巖、黏土、耐火黏土或其它混合物為原料，是綠色環保建材產品。

燒結路面磚具有強度高、物理性能穩定、抗凍融能力強、耐久性好、質感柔和、色彩穩定、防滑、環保、無輻射等特性。因此，燒結路面磚在中國乃至于世界建筑市場上備受關注，目前我國城市道路擴張速度非常快，年用磚量達2億多平4AdvvqwSA4AJ0kcu/oEgS30lsAWPNH9gbWnIhT22BEg=方米，而且在不斷增加，市場容量達300多億元。

5 結論

（1）本實驗中的高嶺土礦樣在應用方面不能作為高嶺土來使用，也不能通過品質提升后作為高嶺土應用；

（2）本實驗中的高嶺土礦樣由于成分和結構受限，除鐵成本較高，品質提升有限，只能定位為附加值不高的低端礦產品，建議原礦直接在建筑材料和低端耐火材料中應用。

（3）本實驗中的礦樣是主晶相為葉臘石的伴生礦，而非純高嶺土礦，礦物結構組成復雜，該礦品位較低。原礦中鐵含量較高，提純成本較高，通過磁選除鐵工藝提純，最終所得精礦的鐵含量仍較高，不能滿足高附加值應用領域對葉臘石和高嶺土的性能要求。

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