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高嶺土是一種非金屬礦產,是一種以高嶺石族粘土礦物為主的粘土和粘土巖。因呈白色而又細膩,又稱白云土。因江西省景德鎮(zhèn)高嶺村而得名。其質純的高嶺土呈潔白細膩、松軟土狀,具有良好的可塑性和耐火性等理化性質。其礦物成分主要由高嶺石、埃洛石、水云母、伊利石、蒙脫石以及石英、長石等礦物組成。
高嶺土是自然界常見的、非常重要的一種粘土礦物,是在缺少堿金屬和堿土金屬的酸性介質中,由火成巖和變質巖中的長石或其他硅酸鹽礦物經風化作用形成。
自然界中高嶺土所包含的礦物主要分為粘土礦物和非粘土礦物。其中粘土礦物主要包含高嶺石族礦物和少量的蒙脫石、云母和綠泥石;非粘土礦物主要包含長石、石英和招的水化物,還有一些鐵礦物如赤鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦等、鈦礦物如金紅石等和有機質如植物纖維等。決定高嶺土性能的主要是粘土礦物 。 以高嶺土礦床成因為基礎,根據不同成礦作用所體現(xiàn)的成礦地質、地理條件、礦床規(guī)模、礦體形態(tài)和賦存特征、礦石物質組分等方面的差異,《高嶺土礦地質勘探規(guī)范》將中國高嶺土礦床劃分為三種類型、六種亞類型。 風化型:又分為風化殘積亞型和風化淋積亞型; 熱液蝕變型:又分為熱液蝕變亞型和現(xiàn)代熱泉蝕變亞型; 沉積型:又分為沉積和沉積-風化亞型及含煤地層中高嶺石粘土巖亞型 。 以高嶺土礦床成因為基礎,根據不同成礦作用所體現(xiàn)的成礦地質、地理條件、礦床規(guī)模、礦體形態(tài)和賦存特征、礦石物質組分等方面的差異,《高嶺土礦地質勘探規(guī)范》將中國高嶺土礦床劃分為三種類型、六種亞類型。根據其質地、可塑性和砂質的質量分數分為三種類型: 硬質高嶺土:質硬,無可塑性,粉碎細磨后具可塑性。 軟質高嶺土:質軟,可塑性較強,砂質質量分數<50%; 砂質高嶺土:質松軟,可塑性較弱,砂質質量分數>50%
中國高嶺土礦產資源排名世界前列,已探明267處礦產地,探明儲量29.10億噸,其中:我國非煤建造高嶺土,資源儲量居世界第五位.已探明儲量14.68億噸,主要集中分布在廣東,陜西,福建,江西,湖南和江蘇六省占全國總儲量的84.55%;含煤建造高嶺土(高嶺巖)儲量占世界首位,探明儲量為14.42億噸,主要分布在山西大同,懷仁,朔州,內蒙古準格爾,烏達,安徽淮北,陜西韓城等地其中以內蒙古準格爾煤田的資源最多。 國內有五大高嶺土礦產地: (1)湖南省衡陽縣界牌鎮(zhèn)礦產資源豐富。高嶺土、納長石、鉀長石、石英石儲量達2億噸,現(xiàn)有采礦及礦產品加工企業(yè)近40家。大牌嶺礦區(qū)(以高嶺土礦為主)單礦蘊藏量雄居亞洲之冠達8000萬噸。全鎮(zhèn)年采礦量在50萬噸以上,供應全國數百家陶瓷廠。 (2)茂名地區(qū)高嶺土,茂名盆地內高嶺土礦屬沉積巖風化殘積亞型礦床,其石英等砂質含量大于50%,故稱為砂質高嶺土礦。茂名高嶺土從成因上說經過風化殘積——搬運自磨;——再風化三個階段,高嶺土風化完全,晶片以單片狀為主,粒度細。主要為造紙涂料原料。 (3)龍巖高嶺土,屬風化殘余型高嶺土礦床。由于含鐵量低于0.3%,鈦低于0.02%,并含有一定量低溫溶劑元素(Li2O)是電瓷、高檔日用、美術瓷的理想原料。 (4)蘇州陽山高嶺土,該礦床為熱液蝕變型高嶺土。質地純凈的蘇州陽山泥,其化學成分十分接近高嶺石的理論成分,Al2O3含量可高達39.0%左右,顏色潔白、顆粒細膩。主要用于催化劑載體及化工原料。 (5)合浦高嶺土。屬風化殘余型高嶺土礦床。主要用于建筑陶瓷原料。 (6)北方煤系高嶺土。為沉積型高嶺巖,主要分布于我國產煤區(qū)域,可用于建筑、涂料、油漆及造紙涂料——煤系土。 上述6大產區(qū)產量約占中國80%以上,在資源類型方面也有主要的代表性。 高嶺土用途非常廣泛,主要是由于它的可塑性、粘結性、一定的干燥強度、燒結性及燒后白度等特殊性能,使其成為陶瓷生產的主要原料;潔白、柔軟、高度分散性、吸附性及化學隨性等優(yōu)良工藝性能,使其在造紙工業(yè)上得到廣泛的應用。此外,高嶺土在橡膠、塑料、耐火材料、石油精煉等工業(yè)部門以及農業(yè)和國防尖端技術領域亦有廣泛用途。主要用于陶瓷工業(yè)、涂料、耐火材料、造紙、油漆、橡膠、高級瓷器、電線電纜、工業(yè)塑料、化工工業(yè)填料、油墨、食品、化妝品、藥品等,在油漆涂料中代替立德粉和部分鈦白粉等昂貴材料。 為分離高嶺土中的石英、長石、云母、鐵礦物、鈦礦物等非粘土礦物及有機質,生產出能滿足各工業(yè)領域需求的高嶺土產品,除了采用重選、浮選、磁選等對高嶺土進行提純除雜外,有時還要采用化學漂白、超細剝片、煅燒、表面改性等深加工方法對高嶺土進行處理。 (1)水力分級 水力分級包括螺旋分級(分離+1mm粗砂)、沉淀池分級(分離+0.053mm細砂)、水力旋流器分級(分離-0.053mm細砂)、離心分級機或小直徑水力旋流器分級(用于0.002~0.010mm超細粒度分級)。 (2)高梯度磁選 利用聚磁介質產生1 600kA/m以上的磁場強度,除去高嶺土中的Fe2O3和TiO2,生產造紙涂料和高級陶瓷原料。 (3)選擇性絮凝 通過加入絮凝劑,選擇性分離出細粒石英、黃鐵礦、明礬石等雜質,生產刮刀涂布級高嶺土。常用絮凝劑有六偏磷酸鈉、聚丙烯酰銨、水玻璃等。 (4)化學漂白 加入保險粉等漂白劑使高嶺土中褐鐵礦、赤鐵礦的高價鐵還原為可溶性亞鐵,或加入氧化劑氧化黃鐵礦和染色雜質,提高高嶺土白度。 (5)剝片 在剝片機中采用攪拌細介質球產生磨剝作用,使高嶺土集合體顆粒分離成薄片晶體,生產粒度小于2μm含量達90%以上的刮刀涂布級高嶺土。 (6)煅燒 在800~1 000℃下煅燒時,高嶺土失水,物相轉化,同時部分雜質揮發(fā),提高高嶺土白度和絕緣性,生產電纜和橡膠塑料填料。煅燒是煤系(硬質)高嶺土必需的加工方法。 (7)表面改性 將高嶺土用偶聯(lián)劑等進行包敷處理,提高其在塑料橡膠中的添加量,用于處理橡膠塑料用高嶺土填料。 其中磁選是一種廣泛應用于選礦領域的物理選礦方法,其基本原理是利用礦物本身的磁性差異來實現(xiàn)分選。根據礦物被磁化的性質,磁選可分為強磁選、弱磁選、反磁選和高梯度磁選等多種類型,以滿足不同礦物選礦的需求。選礦設備主要包括板式磁選機、立環(huán)高梯度磁選機、電磁漿料高梯度磁選機、低溫超導磁選機等。 流程一:以國外某高嶺土為例,該樣品的主要雜質包括氧化鐵、氧化鈦以及硅酸鐵等。在原礦中,F(xiàn)e2O3和TiO2的雜質含量分別為0.89%和0.17%,而白度則達到了67.29%。
為了有效去除這些雜質,我們確定了以下試驗方案:首先,將原礦通過電磁漿料磁選機進行粗選和精選兩次磁選處理,從而初步去除大部分雜質。接著,將得到的精礦進一步經過超導磁選機進行提純,以進一步降低雜質含量,提升高嶺土的品質。
試驗流程圖
由試驗結果可知:原礦經電磁漿料+電磁漿料+超導磁選可得到Fe2O3 0.35%,白度87.52%的高嶺土精礦產品。
流程二:原礦經超導5T磁選。試驗流程見圖2,試驗結果見表2。
圖2 選礦實驗流程
原礦經超導5T磁選,得到Fe2O3 0.40%、Al2O3 22.92%、SiO2 68.78%、TiO2 0.10%、CaO 1.90%、白度86.97%、產率為90.90%的高嶺土精礦產品。
高嶺土作為一種多功能的工業(yè)原料,其應用前景廣闊,隨著科技的不斷進步和產業(yè)的持續(xù)發(fā)展,高嶺土將在更多領域發(fā)揮重要作用。未來,我們期待通過更深入的研究和技術創(chuàng)新,進一步拓展高嶺土的應用范圍,實現(xiàn)其更高效、更可持續(xù)的利用,為人類社會的發(fā)展做出更大貢獻。同時,我們也應該關注高嶺土開采和加工過程中可能帶來的環(huán)境問題,積極采取措施,確保高嶺土資源的合理開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的保護相協(xié)調。
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