高嶺土

高嶺土（Kaolin, China   clay），也稱斑脫石、膨土巖、瓷土、觀音土、白鱔泥、甘土、皂土、陶土、白泥、白石脂是一種主要由高嶺石礦物組成的粘土或礦石，因其最早發(fā)現(xiàn)于中國(guó)江西省景德鎮(zhèn)市高嶺村而得名。關(guān)于高嶺土的概念有兩種觀點(diǎn)一種是高嶺土是以高嶺石礦物為主的粘土巖；第二，高嶺土是一種巖石，其特點(diǎn)是高嶺石礦物的有用含量。法國(guó)傳教士Entrecolles在高陵村得到高嶺土，并送回法國(guó)，稱之為“高嶺土”，英文名Kaolin。

高嶺土純的時(shí)候多呈暗沉白色細(xì)膩，含雜質(zhì)時(shí)可呈灰色、黃、褐等顏色。其外觀可以是松散的土塊，也可以是密實(shí)的巖石塊。其密度在2.54～2.60g/Cm，熔點(diǎn)約為1785℃，莫氏硬度為1-2.5。高嶺土具有良好的分散性、粘結(jié)性、電絕緣性、離子交換和高耐火性。通常，高嶺土的化學(xué)成分是：SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、K2O Na2O）等。

世界上已探明的高嶺土儲(chǔ)量約為262.66億噸，主要在亞洲、歐洲、北美南美和大洋洲。高嶺土可用于陶瓷、耐火材料、橡膠、造紙、油漆、水泥、石油、化工、化妝品等方面。高嶺土開(kāi)采對(duì)環(huán)境的影響主要是粉塵、噪音和破壞植被等。

礦物組成

高嶺土主要由高嶺石類(lèi)粘土礦物組成，其主要化學(xué)成分是水合硅酸鋁。高嶺石礦物是珍珠陶土(又稱珍珠陶土)地開(kāi)石(又稱迪開(kāi)石、迪凱石)高嶺石、埃洛石(舊稱多水高嶺石、敘永石)四種層狀硅酸鹽礦物，以高嶺石和埃洛石為主。珍珠石、地開(kāi)石、高嶺石的化學(xué)分子式為：Al4[Si4O10]OH)它們是一種多邊形。埃洛石是一種含有層間水的高嶺石，其化學(xué)式為：Al4[Si4O10]OH)8.2H2O。通常，高嶺土的化學(xué)成分是：SiO243%77%Al2O316%39%Fe2O30.06%3.15%TiO20.03%7%K2O Na2O）01%7%，燒失量2.5%18%

物理特征

高嶺土純的時(shí)候多呈暗沉白色細(xì)膩，含雜質(zhì)時(shí)可呈灰色、黃、褐等顏色。高嶺土的外觀受成因影響很大，可以是松散的土塊，也可以是致密的巖塊。其密度在2.54～2.60 g/Cm，熔點(diǎn)約為1785℃，莫氏硬度為1-2.5。高嶺土質(zhì)軟，易分散懸浮于水中，粘結(jié)性好、電絕緣性、離子交換性和耐火性高，可塑性好，土壤濕潤(rùn)（含水量20-35%可成型為各種形狀而不斷裂，干燥后可長(zhǎng)時(shí)間保持不變。

結(jié)構(gòu)特征

電鏡下高嶺石為假六方，集合體呈書(shū)狀或蠕蟲(chóng)狀；埃洛石為管狀。高嶺土的晶格有兩個(gè)原子層，一個(gè)是八面體配位氧化鋁層，另一個(gè)是四面體配位二氧化硅層。八面體層的分子式是al(OH)6，其結(jié)構(gòu)類(lèi)似于三水鋁石，一高一低兩個(gè)羥基將鋁原子相互隔開(kāi)。四面體層的硅原子與四個(gè)氧原子的距離相等，四面體的定向尖端面向氧化鋁層并與其共享一個(gè)氧原子。下圖顯示了這種結(jié)構(gòu)。晶體通過(guò)一個(gè)四面體層中的氧原子和下一個(gè)八面體層中的羥基之間的氫鍵由連續(xù)的層組成。

當(dāng)高嶺土加熱到450℃時(shí)-550℃時(shí)會(huì)發(fā)生脫水反應(yīng)，首先被除去的是位于八面體外的結(jié)合力較弱的表面羥基，即首先被除去的是[Al2(OH)4]5-結(jié)構(gòu)單元中的兩個(gè)羥基形成五配體，進(jìn)一步脫羥基后會(huì)形成五配體[AlO4]四面體結(jié)構(gòu)，形成高領(lǐng)地。550℃、650℃煅燒時(shí)，脫羥基速率緩慢，八面體結(jié)構(gòu)畸變；當(dāng)溫度超過(guò)950℃時(shí)，八面體晶體結(jié)構(gòu)崩潰。

高嶺土礦床的成因可歸納為以下幾種類(lèi)型：中低溫?zé)嵋何g變高嶺土礦床；風(fēng)化殘余高嶺土礦床；風(fēng)化殘積高嶺土礦床；沉積高嶺土礦床。高嶺土礦床的形成一般需要一定量的成礦原巖作為物質(zhì)基礎(chǔ)，以及適宜的地質(zhì)和物理化學(xué)條件。

有兩種類(lèi)型的成礦原巖一種是可以就地轉(zhuǎn)化為高嶺土礦床的巖石；其次，能產(chǎn)生或已經(jīng)含有大量高嶺石粘土的礦物，可以在異地形成高嶺土礦床。適合高嶺土礦化的物理和化學(xué)條件包括理想溫度、壓力條件已達(dá)到pH值。高嶺土礦床形成的溫度不應(yīng)超過(guò)350℃，壓力應(yīng)低于中等如果溫度和壓力過(guò)高，就會(huì)形成其他無(wú)水或少水的礦物。在酸性條件下，長(zhǎng)石和云母分解，堿金屬和堿土金屬溶解，適合高嶺土礦床的形成。高嶺土礦床的類(lèi)型取決于地質(zhì)環(huán)境和成礦條件

世界上高陵土壤資源極其豐富，分布在五大洲60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，但主要集中在亞洲、歐洲、在南北美洲和大洋洲，世界上已探明的高嶺土儲(chǔ)量約為262.66億噸。儲(chǔ)量大的地區(qū)是美國(guó)佐治亞州、巴西 南亞馬遜盆地、英格蘭的康沃爾和德文郡、中國(guó)的東南部等。在所有國(guó)家中，美國(guó)高嶺土儲(chǔ)量居世界第一，主要分布在格魯吉亞、亞拉巴馬州、南卡羅來(lái)納州加利福尼亞州阿肯色州、佛羅里達(dá)州、北卡羅來(lái)納州和得克薩斯州等。其中，格魯吉亞高嶺土礦床是世界上最大的高嶺土礦床，儲(chǔ)量達(dá)79億噸。中國(guó)已探明的高嶺土儲(chǔ)量為19.14億噸，居世界第二。英國(guó) 美國(guó)高嶺土儲(chǔ)量為18.15億噸，主要分布在康沃爾半島。巴西 美國(guó)高嶺土儲(chǔ)量為13億噸，主要集中在亞馬遜盆地。上述四個(gè)國(guó)家也是世界高嶺土出口大國(guó)。

在世界范圍內(nèi)，高嶺土生產(chǎn)相對(duì)集中，主要生產(chǎn)商是國(guó)有企業(yè)：中國(guó)、印度、烏茲別克斯坦、美國(guó)、捷克、伊朗、土耳其、巴西等。2022年，全球高嶺土產(chǎn)量為4800萬(wàn)噸，其中72.9%來(lái)自世界前十一個(gè)國(guó)家。高嶺土產(chǎn)量最高國(guó)家是中國(guó)和印度，產(chǎn)量各為840萬(wàn)噸。烏茲別克斯坦、美國(guó)、捷克、伊朗、土耳其、巴西等國(guó)產(chǎn)量也超過(guò)100萬(wàn)噸。

高嶺土可用于陶瓷、耐火材料、橡膠、造紙、油漆、水泥、石油、化工等方面。

陶瓷工業(yè)

高嶺土是陶瓷工業(yè)的主要原料，不僅可用于陶瓷坯料，還可用于陶瓷釉料。日用瓷方面，高嶺土可以用來(lái)做杯子、盤(pán)、碗、勺等；在建筑陶瓷中，可以制作釉面磚、衛(wèi)生瓷等；在工業(yè)陶瓷方面，可以用來(lái)制作高壓電瓷的瓷瓶、瓷串等低壓電瓷接觸器開(kāi)關(guān)、熔斷器等。

耐火材料

高嶺土可用作冶金工業(yè)和高級(jí)玻璃制造業(yè)的耐火材料。在冶金工業(yè)中，高嶺土可以用來(lái)制造耐火磚、高鎂鋁磚、優(yōu)質(zhì)高嶺土也是制造莫來(lái)石耐火材料的原料。高嶺土可用于各種坩堝中，在先進(jìn)的玻璃制造業(yè)中替代昂貴的金屬坩堝。

造紙工業(yè)

每年生產(chǎn)的高嶺土有相當(dāng)一部分用于造紙工業(yè)，可用于紙張的填充和涂布。當(dāng)用于填充時(shí)，高嶺土與纖維素纖維混合以形成紙?bào)w并賦予紙?bào)w顏色、不透明度和印刷適性。在涂布中，高嶺土與粘合劑一起涂布在紙張表面，以提供光澤、顏色、高不透明度和更好的印刷適應(yīng)性。為涂覆而制備的高嶺土顆粒的直徑小于2微米。

橡膠、塑料工業(yè)

橡膠工業(yè)也需要大量高嶺土。片晶狀的、高白度、高細(xì)度的高嶺土可用作橡膠填料，以提高橡膠的性能，如機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性等。同時(shí)，加入高嶺土也可以降低橡膠的成本，但高嶺土在橡膠中的含量一定要合適，一般為10-12%高嶺土作為塑料添加劑可以使塑料表面光滑，有利于拋光，抗化學(xué)腐蝕，使塑料更耐用。

水泥、石油、化工

天然白度適中煅燒白度在80以上的高嶺土可用作白水泥的粘結(jié)劑、增白劑和填充劑。這種水泥可用于高檔建筑的室內(nèi)裝修。高嶺土可用作石油鉆井泥漿的成分，也可用于人工制造分子篩。各種分子篩可廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、石油精煉、催化等方面。

化妝品、醫(yī)藥領(lǐng)域

煅燒高嶺土可用作化妝品添加劑，可增強(qiáng)化妝品的吸油性和吸水性，提高化妝品與皮膚的親和力，增強(qiáng)化妝品的保濕能力。高嶺土常與滑石一起用于化妝品中，可以改善滑石的缺點(diǎn)，增強(qiáng)其性能?；瘖y品粉末中使用高嶺土可以提高其吸收能力，從而消除皮膚反射；高嶺土由于密度高，也能很好地控制化妝粉的膨脹性；與滑石相比，高嶺土可以提高化妝粉的皮膚附著力。然而，由于高嶺土缺乏潤(rùn)滑性，高嶺土在化妝品粉末中的比例一般不會(huì)超過(guò)30%高嶺土還可以混入保濕霜和美容面膜中，增加舒適度。此外，高嶺土還可以作為保濕清潔面膜和按摩精油的載體。煅燒高嶺土應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域，主要作為藥物片劑的載體和助劑在國(guó)內(nèi)，用量很少，主要靠進(jìn)口。

尖端產(chǎn)業(yè)和其他領(lǐng)域

優(yōu)質(zhì)高嶺土是尖端工業(yè)的重要原料。它可以用作制造原子反應(yīng)堆的原料、噴射燃燒室用耐高溫復(fù)合材料。此外，高嶺土能透過(guò)紅外光，具有機(jī)械強(qiáng)度高抗熱震性好等優(yōu)點(diǎn)，因此可用于制作各種紅外線、具有遠(yuǎn)紅外輻射的陶瓷元件。

高嶺土也用作涂料中的展著劑和流平劑。高嶺土是油墨、一些化妝品和許多其他產(chǎn)品的重要成分。此外，高嶺土還可以作為沉淀劑，促進(jìn)葡萄酒的澄清。

高嶺土的開(kāi)采方法可分為露天開(kāi)采和地下開(kāi)采。通常采用露天開(kāi)采覆蓋礦床上部的土壤或巖石從地面剝離，在礦體暴露后開(kāi)采。地下開(kāi)采是從地面通向地下礦體的一系列豎井工程，用這些豎井開(kāi)采礦體。礦體厚度大覆蓋層薄或礦體產(chǎn)狀與山坡地形一致的礦床適合露天開(kāi)采比如全球風(fēng)化殘積高嶺土礦床，基本都是露天開(kāi)采。而礦體厚度小覆蓋層厚或礦體產(chǎn)狀與山坡地形相對(duì)的礦床，則適合地下開(kāi)采，如蘇州瓷業(yè)公司陽(yáng)西礦區(qū)。

采、礦物加工對(duì)環(huán)境的影響分析

高嶺土開(kāi)采可分為露天開(kāi)采和地下開(kāi)采（洞采）在這兩種模式中，地下開(kāi)采對(duì)環(huán)境的影響很小。采礦的環(huán)境影響包括：灰塵對(duì)大氣環(huán)境的影響；噪聲對(duì)環(huán)境的影響；固體廢物對(duì)環(huán)境的影響；對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

采礦對(duì)大氣環(huán)境的影響主要是車(chē)輛運(yùn)輸和采場(chǎng)爆破產(chǎn)生的粉塵、挖掘的揚(yáng)塵。采礦噪聲對(duì)環(huán)境影響不大。采礦固體廢物主要是廢石和礦渣，占用林地、植被的破壞很容易導(dǎo)致雨季的泥石流。采礦對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響主要是礦山森林生態(tài)系統(tǒng)。

選礦對(duì)環(huán)境的影響主要是破碎、在研磨和干燥過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的灰塵和噪音。

在采場(chǎng)，首先要做好日常生產(chǎn)的綜合整治，其次要做好采場(chǎng)的截排水工作，第三要按照“宜草則草、宜樹(shù)則樹(shù)”適時(shí)植被復(fù)墾原則。選礦廠廢水經(jīng)砂壩分流后方可排放，各工序安裝除塵降噪裝置。