高岭土（Kaolinite）

一、概述

高岭土是一种以高岭石族粘土矿物为主要成分，质地纯净的细粒粘土或粘土岩。高岭石因首先发现于我国江西景德镇的高岭而得名。高岭石族粘土矿物包括高岭石、埃洛石、迪开石、珍珠陶土等。组成高岭土的其他粘土矿物和非粘土矿物主要有：粘土矿物——水云母、蒙脱石和绿泥石；非粘土矿物——石英、长石和云母。此外，还含有少量铝的氧化物和氢氧化物，铁矿物（褐铁矿、磁铁矿、黄铁矿），钛的氧化物、有机质等。

高岭石的理论化学成分为：Al2O3为395%,SiO2为4654%,H2O为1396%。高岭石一般为无色-白色的细小鳞片，单晶体呈假六方板状或书册状，粒径以05～2μm者为多，个别蠕虫状晶体可达数毫米。纯净的高岭土可达到高岭石族矿物的理论组成，一般呈白色或浅灰色，含杂质时，呈黄、玫瑰或灰、黑色等。原矿呈致密块状或疏松土状，质软，有滑腻感，珍珠光泽或无光泽，半透明至不透明，硬度1～25，小于指甲，相对密度22～26。

质纯的高岭土具有白度高，质软易分散悬浮于水中，良好的可塑性和高的粘结性，优良的电绝缘性能。具有良好的抗酸溶性，很低的阳离子交换量，较高的耐火度等理化性能。见表3-27-1。

表3-27-1　高岭土理化性能

二、矿石类型及工业要求

1矿石类型

自然产出的高岭土矿石，根据其质量、可塑性和砂质（石英、长石、云母等矿物粒径＞50μm）的含量，可划分为硬质高岭土、软质高岭土和砂质高岭土三种工业类型，它们的特征见表3-27-2。

2矿床类型

表3-27-2　高岭土矿石类型

我国高岭土矿床成因类型较多，以风化型、热液蚀变型和沉积型为主。其中风化型矿床主要分布在广东、四川等地，沉积型高岭土矿床主要分布在山西、河北、河南、山东、福建等地，热液蚀变型矿床主要分布在江西等地。我国北方所产高岭土多属沉积型矿床，南方所产高岭土多属风化残积型及热液蚀变型。此外，在北方、南方都有风化淋滤型及第四纪沉积型高岭土矿床的分布。高岭土矿成矿时代多为中、新生代。河南省的高岭土矿床类型主要为石炭纪—二叠纪含煤建造中的沉积型硬质高岭土。

3一般工业要求

不同的工业部门对高岭土矿石的质量要求不尽相同，陶瓷工业通常要求高岭土矿石熟料的白度高，Fe、Mn、Ti等着色、电导性元素含量低，焙烧时使制品易熔、起泡的杂质和其他机械混入物少，有较高的耐火度，烧成后不变形；造纸工业要求矿石生料白度高，造浆性能好，颗粒微细、均匀，如用于刮刀涂布原料的应以粒径小于2μm的占80%以上鳞片状高岭石组成的高岭土；橡胶工业也要求粒度小，以产生高度的分散性和吸附性，并极少含Cu、Mn等易使橡胶过早硬化的杂质，Fe、SO3的含量也必须很低，但对白度却无具体要求；耐火材料工业的基本要求是耐火度＞1580℃；白水泥工业要求矿石中Fe2O3＜07%，而对SiO2、Al2O3等则无严格要求。为此，在评价高岭土矿石时，应综合考虑各工业部门的相同与不同要求，以最低工业要求作为划分矿与非矿的标准，在此基础上划分出优质矿石，通过矿床技术经济评价合理确定原矿工业指标。一般工业指标可参照如下标准（表3-27-3）。

表3-27-3　高岭土矿床一般工业标准

高岭土矿床一般开采技术条件要求：沉积型硬质高岭土最低可采厚度：露采07～1m，地采07m；夹石剔除厚度：露采03～05m，地采03m。其他类型高岭土矿最低可采厚度：露采07～2m，地采1m；夹石剔除厚度：露采1～2m，地采lm。

高岭土矿床矿石一般测试项目包括：①基本化学分析Al2O3、Fe2O3、TiO2；②组合分析　SiO2、MgO、CaO、Na2O、K2O、TSO3（含硫矸）；③物性测定　粒度组成、白度、可塑性、干燥收缩率、耐火度等。

三、高岭土矿产资源概况

据美国矿业局（1985年）估计，世界已查明的高岭土矿产资源总量为11794亿t，分布于50多个国家和地区，主要集中在欧洲（5443亿t）和北美洲（3719亿t），次为亚洲、大洋洲。其中：美国3538亿t，原苏联2268亿t，英国1814亿t，捷克10亿t，中国约33亿t。世界高岭土年产量超过2300万t（1994年），其中：美国约1000万t，英国、朝鲜超过200万t，巴西、德国、中国、捷克等国年产量超过100万t。高岭土价格（1998年）：造纸涂料级100～180美元/t，填料级75～100美元/t，陶瓷级60～120美元/t。

我国高岭土资源丰富，矿床分布广泛，全国有16个省都有产出，但主要分布在东南沿海一带。华东、中南地区探明储量为全国总储量的80%，其中以江苏、浙江、福建、江西、湖南、广东等省为主，四川、贵州、云南、山西、河北、辽宁、山东、河南等省也有分布。全国包括陶瓷粘土在内的高岭土矿床共有200多处，但大型矿床较少，多为中、小型。主要矿床有：江苏苏州，四川叙永，辽宁丹东，浙江温州，广东潮安、茂名、湛江，福建永春、闽清、同安，湖南醴陵、衡阳、衡山，山西大同，江西景德镇，陕西洛南，山东淄博以及西藏羊八井等矿床。

河南省高岭土资源十分丰富，经近年工作证明，储量位居全国前列，但由于历史原因，勘探程度及开发利用程度都很低。主要原因一是因为对我省大范围分布的煤系高岭土认识较晚，以往多作为耐火粘土矿床予以勘探评价和开发利用；二是因为我国高岭土开发以往主要集中于东南沿海一带，已形成较为成熟的开发加工技术流程，该区主要矿床类型为风化残积型，而北方含煤岩系中的硬质高岭土开发加工技术近年才取得突破和应用。

我省高岭土矿床成因类型以含煤建造沉积型为主，其次为热液蚀变型和风化淋滤型。主要矿产地有10余处，如禹县神垕、巩县钟岭、博爱九府坟、宜阳李沟、临汝风穴寺、禹县三峰山、禹县朱屯、鲁山梁洼、郏县东黄道、济源克井、济源郡源、卢氏八宝山、淅川太子庙等。累计探明储量约1000万t（高岭土和陶瓷土）（1998年底），年产量约6万t（1998年）。

含煤建造沉积型高岭土主要赋存于石炭纪—二叠纪沉积岩系中，含矿层位包括：石炭系本溪组、太原组和二叠系下石盒子组。本溪组硬质高岭土矿层，厚度变化较大，一般厚1m～nm，常常与铁矿、铝土矿、耐火粘土矿共生。主要特点：含铁高、富含有机质，灰白色—灰黑色。该层以往多作为耐火粘土矿床评价，根据近年研究，可分层利用，一部分作耐火粘土，另一部分优质矿石可做陶瓷或造纸用高岭土。该矿层自然白度低，煅烧后可达90%以上，高岭石含量一般达90%以上。黄河以北总体质量较好，如博爱九府坟陶瓷粘土矿，矿层位于本溪组地层中，厚045～278m，一般075～165m，主要矿物成分为高岭石，主要化学成分：Al2O3为3563%～3865%,SiO2为4405%～4579%,Fe2O3为019%～072%,TiO2为040%～18%，烧失量为794%～876%，塑性指数为843～1181。济源井本溪组高岭土矿含高岭石达93%～99%，济源邵源芬沟本溪组高岭土矿高岭石含量达95%以上，Al2O3为3894%,SiO2为4514%,Fe2O3为025%,TiO2为038%，矿石质量接近高岭石理论化学成分。

二叠系下石盒子组硬质高岭土矿主要分布在黄河以南，矿层厚度一般较大，几m至十几m不等，位于下石盒子组的下部。主要特点：有机质含量低，自然白度高，一般呈灰色—蓝灰色，含铁高。但可分层利用，含铁高部分作耐火粘土，含铁低部分作陶瓷粘土或造纸用粘土。该矿层之优质部分质量良好，自然白度达85%以上，质纯、细致、高岭石含量高，非常接近纯高岭石岩。对该矿层以往没给予重视，近年随着人们对非金属矿产的重新认识，加强了对此层的研究开发利用。代表性矿山如巩县钟岭陶瓷粘土矿，矿层按质量可分三层：下矿层厚128m，局部可作陶瓷原料；中矿层为主矿层，厚15～85m，一般3～5m，深灰及蓝灰色厚层状，质细密，解理发育，贝壳状断口；上矿层厚1～214m，最厚达13m多，为黄褐色薄层铝土质页岩夹高岭土矿。探明储量达1658万t，主矿层化学组分：Al2O3为398%,SiO2为4351%,Fe2O3＜3%，塑性指数为58%～1997%。鲁山梁洼粘土矿，矿层厚21～1528m，储量800多万t，以往主要用作耐火粘土。近年研究表明，可分出优质矿层，其高岭石含量达90%～98%，自然白度达85%，含铁小于08%。郏县东黄道90年代作为高岭土矿进行勘探，提交储量4244万t，远景储量近百万t，主矿层厚度20～22m，自然白度766%,Al2O3为3672%～3879%,SiO2为4256%～4511%,Fe2O3为037%～095%，高岭石含量＞95%，质量优良。另外在焦作、济源一带也发现有优质矿层，其中济源邵源芬沟主矿层厚18m，质纯、灰白色，高岭石含量80%～95%,Al2O3为3808%～3852%,SiO2为4520%～4538%,Fe2O3为030%～053%。

热液蚀变型高岭土矿床在我省分布不广，代表性矿山为卢氏八宝山陶瓷粘土矿。由钾长花岗斑岩经热液蚀变而形成。矿石分两种类型：高岭土岩及强高岭土化钾长花岗斑岩。白色、块状，高岭石为主，含铁较高（平均15%～25%），矿石经洗选后可作为陶瓷工业和高碱玻璃原料。探明高岭土储量134万t，高碱玻璃原料储量7100万t。

风化淋滤型高岭土矿床仅在淅川太山庙沟发现。矿层赋存于震旦系白云质灰岩与寒武系硅质岩沉积接触界面及其附近，属风化残余高岭土矿床。矿石类型为伊利石-高岭石（包括迪开石）粘土，可分为优质高岭土和一般高岭土两种，优质高岭土，洁白色，油脂光泽，具滑感，湿后可塑性大，干燥后易碎成粉末状，高岭石含量为主，微量石英及绿泥石，铁含量由无至微量。该处高岭土矿以往一直作耐火材料原料开采。70年代以来部分作陶瓷原料用，主要用于电瓷原料和卫生陶瓷原料。

四、高岭土的主要用途

高岭土的可塑性、粘结性、一定的干燥强度、烧结性及烧后白度等特殊性能，使其成为陶瓷生产的主要原料；洁白、柔软、高度分散性、吸附性及化学惰性等优良工艺性能，使其在造纸工业上得到广泛的应用。此外，高岭土在橡胶、塑料、耐火材料、石油精炼等工业部门以及农业和国防尖端技术领域亦有广泛用、途。见表3-27-4。

表3-27-4　高岭土的主要用途

五、产品的主要工业技术指标

1产品质量要求

高岭土的应用领域不同，对其质量要求截然不同。在化学成分方面，造纸涂料、无线电瓷、耐火坩埚等要求高岭土Al2O3和SiO2的含量接近高岭石的理论值；日用陶瓷、建筑卫生陶瓷、白水泥原料、橡胶和塑料的填充剂对高岭土的Al2O3含量要求可适当放低些，SiO2含量可酌情高些。对Fe2O3、TiO2、SO3等有害成分，亦有不同的允许含量，对CaO、MgO、K2O、Na2O的含量允许值，不同用途中也不尽相同。在物理性能方面，各应用领域要求的侧重点更为明显。造纸涂料主要要求高的白度、低的粘浓度及细的粒度；陶瓷工业要求良好的可塑性、成型性能和烧成白度；耐火材料要求高的耐火度；搪瓷工业要求良好的悬浮性等。这就决定了高岭土产品规格、牌号的多样性。

表3-27-5　高岭土通用标准（JC88-82）

2产品质量标准

我国现行的高岭土产品标准是国家建材局1982年重新修订的。它以化学成分和物理性能作为划分产品等级牌号的依据，制定了高岭土的通用标准（JC88-82），见表3-27-5。同时按用途制定了造纸、搪瓷、橡胶用高岭土3个专用标准，见表3-27-6、表3-27-7、表3-27-8。

表3-27-6　造纸工业用高岭土标准（JC318-82）

表3-27-7　搪瓷工业用高岭土标准（JC319-82）

表3-27-8　橡胶工业用高岭土标准（JC320-82）

六、高岭土选矿方法及工艺流程

1选矿加工方法

为了分离高岭土中的石英、长石、云母、铁矿物、钛矿物等非粘土矿物及有机物质等，生产出能满足各应用领域需求的高岭土产品。重选、浮选、磁选、化学处理等选矿方法及其他改善高岭土质量的加工方法，都已应用于高岭土选矿加工过程中。针对我省沉积型高岭土矿的特点，有关科研单位经多年研究试验，提出两种选矿加工方案，一是通过焙烧加工除去水分和脱碳以提高白度，二是通过超细粉碎和化学漂白方法来提高白度，以求达到涂料级高岭土的质量标准，这两条技术路线已经成熟和应用。有关高岭土的主要选矿加工方法见表3-27-9。

表3-27-9　高岭土主要选矿加工方法

续表

2工艺流程

高岭土选矿工艺流程，一般包括：准备、分选和产品处理三部分。准备部分包括破碎、制浆等作业；分选部分包括分选、漂白、剥片等作业；产品处理部分包括浓缩、过滤、干燥和包装等作业。由于矿石类型、产品指标不同，选矿工艺流程各不相同。各种矿石类型的原则工艺流程见表3-27-10。

表3-27-10　高岭土选矿工艺流程

生产高附加值精细高岭土产品的工艺流程关键环节是超细粉碎和精细分级。通过超细粉碎和精细分级（包括剥片工艺），可提高产品中高岭石粉料＜2μm粒径的含量比例（达80%以上），生产出涂布级高岭土精细产品，大大提高纸张的光泽度和不透明度。化学漂白是高岭土工业排除杂色的含铁化合物传统工艺，其目的是去除铁、钛等杂质，提高产品白度。高梯度强磁场磁选法及选择性絮凝法也是去除杂质、提高白度的有效方法。在加工工艺流程选择中应充分考虑矿石类型和组分特点，为生产出高附加值产品，创造较高的经济效益，可多种方法综合使用。

福建龙岩水洗高岭土的化学成分中含有大量的AL2O3、SiO2和少量的Fe2O3、TiO2。Al2O3指氧化铝，氧化铝是一种无机物，化学式AlO，是一种高硬度的化合物，熔点为2054℃，沸点为2980℃，在高温下可电离的离子晶体，常用于制造耐火材料。SiO2指二氧化硅，二氧化硅，是一种无机化合物，化学式为SiO，硅原子和氧原子长程有序排列形成晶态二氧化硅，短程有序或长程无序排列形成非晶态二氧化硅。Fe2O3指氧化铁，氧化铁，是一种无机化合物，化学式为FeO，为红棕色粉末，不溶于水，主要用作无机颜料，用于油漆、橡胶、塑料、建筑等的着色，也可用作磁性材料、食用红色素、分析试剂、催化剂和抛光剂等。龙岩水洗高岭土是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩，呈白色而又细腻，又称白云土。纯净的高岭土成分接近于高岭石或埃洛石的理论成分，由于各种杂质的影响，含有害组分Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3等。

高岭土的化学成分是作为矿石加工利用的重要指标，亦是衡量矿石质量优劣的重要指标。例如，耐火黏土的矿石品级就是按照其化学成分划分的。

高岭土的化学成分与其产地密切相关。通常主要由SiO2、Al2O3和H2O组成，纯净的高岭土成分接近于高岭石或埃洛石的理论成分，由于各种杂质的影响，往往含有Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3等有害组分。一般在沉积型矿床中有害组分Fe2O3、TiO2含量较高，其次是风化型高岭土，蚀变型矿床中铁质最少。高岭土的K2O、Na2O含量在风化型矿床中较高，一般为2%〜7%，通常随埋藏深度的增加而增加。另外，含明矾石的高岭土矿床中SO3含量相当可观，属有害杂质。

高岭土磨粉机基本分析项目是根据矿床成因和主要用途确定的，高岭土的生产设备一般测定三氧化二铝、三氧化二铁、二氧化钛;当二氧化钛含量低于03%且分布稳定，可不做基本分析;当三氧化硫、氧化钾、氧化钠、氧化钙、氧化镁含量影响工业利用时，要加做组合分析。组合分析加做二氧化硅、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化硫、灼烧减量7项分析。

高岭土具有从周围介质中吸附各种离子及杂质的性能，并且在溶液中具有较弱的离子交换性质。这些性能的优劣主要取决于高岭土的主要矿物成分。

黏土矿物的阳离子交换量是指在pH值为7的条件下，黏土矿物所能交换下来的阳离子总量，包括交换性盐基和交换性氢，单位为mmol/g，即每1g干样品所能交换的阳离子交换量，一般为003〜005mmol/g。

优质高岭土具有良好的电绝缘性，利用这一性质可用于制作高频瓷、无线电瓷。电绝缘性能的高低可以用它的抗电击穿能力来衡量。