中国高岭土的开发利用与技术发展

蔡健

(苏州中材非金属矿产工业设计研究院，江苏苏州215004)

本文叙述了中国高岭土工业发展历史。以茂名高岭土生产为例，着重阐述了中国高岭土的发展现状，包括资源、生产加工、技术特点和产品应用。对比世界高岭土工业技术，分析了中国高岭土加工技术和开发利用的发展方向。

高岭土；开发利用；技术开发。

作者简介:蔡健，教授级高级工程师，中材非金属矿工业设计研究院副院长。联系电话:13806219775。电子邮箱:fkycj@163.com .

一.导言

高岭土是一种非常重要且用途广泛的非金属矿物。因其可塑性、粘结性、分散性、耐火性、绝缘性和化学稳定性，广泛应用于造纸、陶瓷、塑料、橡胶、化工、电子、涂料、耐火材料、军工、医药、化妆品、农药等几十个行业。

20世纪80年代中期，在科研、生产等有关部门的配合下，我国地质学家在福建龙岩和广东茂名发现了大型高岭土矿床，为我国发展造纸、塑料、建材等行业提供了资源。茂名高岭土已被公认为目前我国重要的造纸用高档高岭土生产基地，也促进了高岭土产业的全面发展。

我国造纸工业在“八五”和“九五”期间发展迅速，先后引进了几台刮刀涂布机，刀速提高到600 m/min、800 m/min，甚至1200 m/min。相应地，对高岭土提出了更高的质量要求，包括细度、白度、粘度浓度、磨耗值等。经过高岭土行业和各种应用行业研究人员的共同努力和技术研究，中国高岭土技术已得到充分发展，包括提纯、超细和改性等一些技术已达到世界水平。

二、高岭土行业现状

(1)高岭土储量

中国高岭土探明地质储量为14.32×108t，其中广东为4.18×108t，福建为1.59× 100t，广西为1.80×108t。此外，16.7×108t煤系高岭土主要分布在内蒙古、山西、山东、安徽、辽宁、陕西等省。茂名高岭土资源主要分布在山东、下池、山哥和飞树岭，范围约40～60 km2，探明储量约2.8×108t，远景储量约8×108t。矿床类型为沉积风化型，矿体赋存于上新世老虎岭组和中新世黄牛岭组。矿石的自然类型有砾质高岭土、砾质砂质高岭土、砂质高岭土等。工业类型以砂质高岭土为主。

(2)高岭土生产企业

目前，全国有县级以上高岭土企业100多家，乡镇企业700多家。原矿生产能力超过300×104t，处理能力超过70×104t。中国高岭土公司、茂名高岭科技有限公司、福建龙岩高岭土公司、兖矿北海高岭土公司、茂名石化矿业公司生产规模为10×104t。茂名地区高岭土总产量约为38×104t/a，其中造纸刮刀高岭土产量占全国总产量的80%。

(三)高岭土生产工艺

目前，我国高岭土的典型生产工艺为:原矿经过除砂、粗选、精选得到选矿精矿；然后，用卧式螺旋离心机对精矿进行分级、净化、化学漂白或高梯度除铁；加工后产品先用蝶形分离机脱水，再用压滤机脱水；最后经干燥塔干燥，成品包装计量。以茂名高岭科技有限公司为代表，流程介绍如下。

茂名高岭土是一种有序度高、粒度细、白度高、粘度低的拟六方片状晶体，已被确认为我国高档造纸高岭土的重要原料。高岭土矿在水枪的高压冲击下破碎，砂浆被泵入螺旋分级机除砂，再经水力旋流器分离。选矿阶段的数量取决于原矿的性质，一般为2 ~ 4个阶段。分离出的粗精矿通过卧式螺旋离心分级机分离成涂料级和填料级产品。油漆级产品经过漂白、磁选、压滤、干燥、包装后出厂；填料级产品在压滤和包装后出厂。选矿工艺流程见图1。

图1流程图

茂名地区高岭土产品质量见表1。

表1产品质量

1.螺旋分级机除砂

茂名高岭土中应时和长石粒度较粗，一般大于325目；而高岭土粒度较细，主要集中在-2 μ m，另外从原矿粒度分析可以看出+40μ m含量较高，占80.01%；细粒级含量次之，-2μm含量占12.97%；而中间粒度范围较宽，但含量很少，占40 ~ 2 μ m的7.02%，因此借助于一种大容量的分级设备(螺旋分级机)进行粗选，去掉大量粗尾，用水力旋流器检查最终粒度。目前，国内高岭土选矿厂仅用水力旋流器分级，由于需要高压渣浆泵，处理量小，电耗高。采用螺旋分级机除砂，突破了现有高岭土生产工艺模式，使我国高岭土粗选规模由(1 ~ 2)×104t/台提高到20×104t/台。

2.卧式蜗牛的离心分类

清洗过程采用卧式蜗牛离心分级技术，使产品细度达到-2μm 90%以上，分级效率达到80%以上。特别是配有变频调速，可根据不同物料调整工艺参数(如分选因子)，保持产品质量的稳定，使高岭土分级技术达到当时的世界水平。

目前，国内高岭土选矿厂大多采用水力旋流器进行分离分级。在尚未实现自动控制的情况下，由于流量和压力的变化，产品质量难以稳定在-2μm 90%以上，分级效率不高。而且对于年产1万吨以上的选矿厂，车间配置占用空间太大。

3.广泛应用的漂白除铁技术。

根据铁和钛的物相分析，高岭土中铁的赋存状态为矿物铁和晶格铁，有相当一部分是矿物铁，特别是表面铁的淋溶污染。因此，化学漂白是最经济、最有效、应用最广泛的方法。通过还原漂白剂(如亚硫酸钠)将fe3++还原为可溶性fe2++，然后通过洗涤将其去除。某高岭土选矿厂采用磁选和化学漂白相结合的方法，进一步提高了产品的白度，降低了化学品的消耗。通过磁选，可以将Fe2O3从0.66%降低到0.5%，白度从70%提高到88%。

4.压滤过程

国内高岭土企业过去常采用低压过滤。通过技术攻关，茂名地区工厂采用高压给浆，压力达到2 ~ 2.5 MPa提高了生产率，保证了产品的水分含量低于35%，节约了能耗，也改善了工作环境。

5.采用新的干燥工艺

该产品便于运输，改善了工作环境。

目前茂名地区的厂家都采用了喷雾和闪蒸干燥的方式，各有特色。闪蒸，特别是改进的强干燥，在生产过程中适应性强，可以在不同浓度、物料、进料速度下进行干燥，保证了国产设备的质量。

三、高岭土的应用和市场

造纸工业

中国高岭土的消费结构与国外有很大不同。陶瓷和耐火材料用高岭土量占70% ~ 80%，造纸占10%，橡胶占3%，其他行业占7%。在世界发达国家，造纸的消费量占60%，耐火材料占8%，橡胶占5%，陶瓷占10%，其他占17%。

自20世纪90年代以来，中国高岭土的消费从传统的陶瓷工业转向造纸工业，这是由于八五期间中国造纸工业的快速发展和十多条刮刀生产线的引进。“九五”期间，新建或扩建了苏州紫兴造纸厂、广州人民造纸厂、潍坊恒信纸业集团、苏州亚泰纸业有限公司等造纸厂，使中国成为世界第三大造纸国。中国人均年用纸量只有38公斤，远低于世界水平。同时，我国优质的涂布纸涂布高岭土长期供不应求，每年都需要从美国、英国等国进口。随着我国造纸工业的发展，对优质涂料高岭土的需求日益增加。

据统计，目前我国使用高岭土的铜版纸、白板纸等纸张总量超过1，000×1，04t，需要纸张级高岭土1，000×1，04t；目前，我国造纸用高岭土的年生产能力约为50×104t，部分高岭土依靠进口。据预测，未来几年将以8%的速度发展。

(2)电瓷行业

中国有30多家主要电瓷厂，生产各种高压绝缘子、各种管套、各种避雷器、机电瓷件等。随着我国水电和核电的大力发展，电瓷行业使用高岭土约1.5×1.04t。

(3)建筑卫生陶瓷业

随着中国城市建设事业的快速发展和人民生活水平的提高，装饰行业越来越繁荣。目前生产琉璃瓦18.4×108m2，墙面砖，卫生洁具数千万件。生产此类产品每年需要约250×104t高岭土。特别是高档陶瓷的釉料，对高岭土的需求量大，质量要求高。龙岩高岭土公司的产品已用于釉料行业，取得了满意的效果。

根据轻工业陶瓷公司的资料，中国是日用陶瓷的主要生产国、使用国和出口国，每年需要精选10×104t以上的高岭土。

(4)建筑涂料

我国涂料工业发展迅速，2006年产量为500×104t，其中建筑涂料2006年产量为150×104t，比2005年增长20%。使用5% ~ 10%高岭土，一年使用高岭土约12×104t。超细剥离土特别适合乳胶漆。茂名高岭土总公司产品试用后，ICI、立邦等知名涂料品牌厂家纷纷要求供货，供不应求。

(5)塑料工业

从1958第一家PVC工厂建成投产至今，中国塑料工业已经走过了50个年头。我国合成树脂从无到有，产量从1990达到237×104t。“八五”和“九五”新建乙烯项目15个建成投产，塑料合成树脂产量达到500×104t。但人均，年消费量很低，与发达国家相比还有很大差距，塑料行业会保持一定的发展速度。2006年，塑料制品产量已达2800×104吨。高岭土作为一种功能填料，在塑料工业中发挥着重要作用。其颗粒细小、片状、管状，能提高塑料制品的强度、硬度、白度和电绝缘性。还具有提高塑料薄膜中散射光透过率和阻隔红外线的功能，因此可广泛应用于农用薄膜中。特别是作为体积填充剂，大大降低了产品的成本。

(六)其他行业

我国有200多家橡胶厂，每年对高岭土的需求量约为5×104t。此外，在搪瓷、石油催化剂、分子筛、电子元器件、塑料、油漆、涂料、化纤、耐火材料、农药等行业，每年都需要一定量的高岭土，而且用量在逐渐增加；有些部门需要超细改性高岭土粉。总之，国内高岭土市场需求不断增加。

四、高岭土的发展方向

(一)煅烧高岭土工艺的完善

随着国民经济的快速发展，特别是造纸工业、国家电网改造、通信建设和建筑行业的发展，对煅烧高岭土的需求越来越大，要求也越来越高。国内造纸、塑料、涂料行业对煅烧高岭土的需求量约为20×104t，其中优质煅烧高岭土的需求量为10×104t。由于国内优质土产量不足，每年需要从英美等国进口优质土。

目前国内煅烧高岭土产品虽然满足客户要求，但单位产品投资大，工艺复杂，质量控制困难，能耗高。苏州中材非金属矿工业设计研究院与生产企业* * *合作建设新生产线，瞄准世界先进水平，生产更好的高岭土产品。

(二)高岭土表面改性技术

我国塑料合成树脂产量达到500×104t。虽然中国的塑料工业取得了显著的进步，但人均年消费量很低，不到5公斤，与发达国家相比仍有很大差距。近年来，在超细和改性方面做了大量的研究工作，取得了一定的成果，使得矿物填料在塑料制品中的份额占10%以上，部分塑料制品(如包装带)可达50%以上。

茂名等地高岭土的白度和细度都达到了一定的要求。为了在塑料制品中占有更多的份额，进一步打开塑料行业的市场，表面处理是最关键的问题。

超细改性高岭土对橡胶制品有明显的补强作用，即较高的撕裂强度、耐腐蚀性和拉伸强度，可以降低生胶含量，达到降低成本的目的。加固后一般产品的抗撕裂性可提高一倍以上，弯曲次数可提高5 ~ 6倍。因此，改性高岭土被广泛应用于橡胶制品中，大量替代炭黑和白炭黑。日本占50%，中国目前消费量为(25 ~ 30) × 104t。

涂料的填料一般称为体质颜料。高岭土填充后起骨架作用，具有化学稳定性、耐腐蚀性、耐水性等特点。通过填充，提高了漆膜的机械性能，具有耐久、耐腐蚀、隔热、消化等功能。同时，由于价格低廉，成品成本降低，如部分替代钛白粉，用于路标漆、建筑外墙乳胶漆等。，使用量约为10%。

高岭土的表面改性一般为机械改性、化学改性或机械-化学改性，如将高岭土干粉与表面改性剂在连续式改性机中高速混合。要获得较好的改性效果，影响因素很多；关键在于原料准备、工艺设备和表面改性剂，其中表面改性剂是最关键的技术。硅烷偶联剂是高岭土表面改性的最佳试剂。

根据国内某高岭土厂的生产实践，经表面处理改性后的产品，新增产值1000 ~ 1500元/t，利润300 ~ 500元/t，经济效益显著，市场前景广阔。

(3)高岭土合成4？分子筛

沸石(也叫分子筛)是一种具有四面体骨架的硅铝酸盐。由于它具有大量孔径均匀的微孔和可交换的阳离子，因此具有特殊的吸附、分离和离子交换特性。对于洗涤剂来说，需要的是a 4？沸石。

发达国家已基本限制含磷洗涤剂的生产，我国也颁布了《4？沸石”标准，1999 65438+10月1开始在太湖流域强制执行禁止生产、销售和使用含磷洗涤剂。预测中国的4？分子筛需求量将超过30×104t。

合成4？沸石包括高岭土法、活性白土法和化学合成法。高岭土用于合成4？沸石最经济合理。因为高岭土和4？沸石和沸石的硅铝比相同。只要在高岭土中加入Na2O成分，转变其晶型，4？沸石。工艺为:煅烧→结晶→洗涤→干燥包装。

产品质量应符合QB1768-93，指标见表2。

表2 QB1768-93指标

(4)纳米粘土材料

纳米材料因其空间尺寸而进入分子和原子世界，因此可以实现许多独特的性能，如屏蔽紫外线和电磁波，用于军事、通讯、计算机等行业；冰箱、饮水机中添加纳米粘土，具有抗菌、消毒作用；尤其是陶瓷，加入纳米粘土，使其强度提高50倍，用于制造发动机零件。添加纳米矿物材料的塑料强度高、耐热性好、密度低；特别是耐磨性增强，是黄铜的27倍，钢的7倍；并且具有阻燃性和自熄性。纳米塑料被制成管道、汽车机械零件、啤酒和肉制品的包装材料等。目前，纳米技术产生的营业额已经达到500亿美元，成为21世纪的代表性技术。

苏州中材非金属矿工业设计研究院生产的Al2O3基纳米材料已完成小试并初见成效，强度从200～300 MPa提高到1200～1300 MPa。

(5)增白降粘技术的进展

近20年来，增白降粘技术一直是高岭土行业的研究课题之一，并取得了很大进展。目前白度达到88%，粘度达到68%。随着造纸工业的快速发展，对高岭土提出了更高的要求。特别是美国高岭土和巴西高岭土进入中国市场，加剧了技术竞争。经过“十五”期间的科技攻关，高岭土产品达到了白度90%、粘度72%的水平。

(六)低温超导磁分离技术的应用

与美国、巴西等国家相比，中国高岭土资源存在白度低、粘度大的缺陷。兖矿集团北海高岭土公司从美国Carpco等公司引进了低温超导技术和设备。设备磁感应强度5T，装机容量37 kW，Fe2O3从0.9%降到0.5%以下。

(七)超细浮选技术

高岭土和嵌入杂质的粒度很细，可以用超细浮选技术分离。

高岭土的开发应用与中国高岭土工业的技术发展

蔡健

(苏州蔡中非金属矿产设计研究院，江苏苏州215004)

文摘:介绍了中国高岭土开采和加工业的发展历史。文章以广东茂名考林生产基地高岭土生产为例，着重阐述了我国高岭土工业的发展状况，包括高岭土资源、生产加工、产品技术特点及应用。文章对我国高岭土生产技术和国外进行了对比，分析了我国高岭土加工技术和开发应用的发展趋势。

关键词:高岭土，开发应用，技术发展。