哈薩克斯坦某高嶺土礦的特征研究

管俊芳，程飛飛，張 帆，李小帆，高惠民

(1．武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；2．礦物資源加工與環(huán)境 湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070)

哈薩克斯坦某高嶺土礦的特征研究

管俊芳1，2，程飛飛1，張 帆1，李小帆1，高惠民1，2

(1．武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；2．礦物資源加工與環(huán)境 湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070)

以哈薩克斯坦某高嶺土礦為研究對(duì)象，通過(guò)偏光顯微鏡、XRD、化學(xué)成分和掃描電鏡(SEM)等測(cè)試手段對(duì)該礦進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明：該礦主要由高嶺石、石英和白云母(水化白云母)組成，高嶺石結(jié)晶度較高，主要富集在細(xì)粒級(jí)；高嶺石疊片間結(jié)構(gòu)松散，單片較多；淘洗率較高，-5μm和-2μm粒級(jí)的淘洗率分別達(dá)到了29.06%和18.33%，僅僅通過(guò)簡(jiǎn)單的分級(jí)，-20μm各粒級(jí)就可達(dá)到橡塑、搪瓷、陶瓷和涂料等工業(yè)用二級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)；該礦石總體質(zhì)量較好，經(jīng)加工提純后有望在造紙行業(yè)上應(yīng)用。

高嶺土；分級(jí)；特征

近年來(lái)，高嶺土在造紙、陶瓷、搪瓷、橡膠、塑料、耐火材料、醫(yī)學(xué)、紡織、化工等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1-3]。然而高質(zhì)量的高嶺土礦資源越來(lái)越少，大多數(shù)的高嶺土礦中除主要的高嶺石族礦物外，常伴生有石英、白云母、長(zhǎng)石、方解石等粘土礦物和褐鐵礦、鈦鐵礦、金紅石、赤鐵礦有害雜質(zhì)，這些雜質(zhì)礦物的存在很程度上影響了高嶺土的應(yīng)用[4-8]。本文以哈薩克斯坦某高嶺土礦為研究對(duì)象，系統(tǒng)研究了礦石的白度、粒度、化學(xué)成分、礦物組成、粘濃度、高嶺石的形貌特征等，目的是為礦石的加工應(yīng)用提供指導(dǎo)作用。

1 礦石性質(zhì)

原礦為砂質(zhì)高嶺土，化學(xué)成分(wt%)：SiO270.55；Al2O319.65；Na2O 0.10；K2O 1.07；TFe2O30.30；TiO20.36；MgO 0.16；CaO 0.10；P2O50.002；MnO 0.004；Cu 0.0009；H2O 0.086；燒失量 7.54。與理論值(SiO246.5%，Al2O339.5%)相比，SiO2含量較高，Al2O3含量較低。雜質(zhì)元素中K2O含量較高，TFe2O3、TiO2含量較高，其他雜質(zhì)元素含量較低。

2 測(cè)試儀器與藥劑

D/Max-IIIA型X射線衍射儀，日本理學(xué)公司；JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡，日本電子株式會(huì)社；YQ-Z-48A白度儀，杭州輕通儀器開發(fā)公司。

六偏磷酸鈉，天津縱橫興工貿(mào)有限公司。

3 高嶺土的特征研究

3.1 分級(jí)高嶺土的產(chǎn)率

將高嶺土礦在濃度65%、六偏磷酸鈉0.2%的礦漿中搗漿10min后淘洗分級(jí)，各粒級(jí)的產(chǎn)率見(jiàn)表1。

由表1可知，各粒級(jí)高嶺土產(chǎn)率不同，+74μm的產(chǎn)率為52.60%，其中-1500+560μm粒級(jí)產(chǎn)率最高，為25.19%，其次是+1500μm粒級(jí)，產(chǎn)率為14.90%，-560+400μm和-400+150μm產(chǎn)率分別為5.17%和4.14%，產(chǎn)率最少的是-150+74μm，為2.6%；-74μm產(chǎn)率為47.42%，其中產(chǎn)率最高的是-2μm粒級(jí)，達(dá)到了18.33%，其次是-5+2μm粒級(jí)，產(chǎn)率為10.73%，-74+5μm之間的五個(gè)粒級(jí)的產(chǎn)率均較低，從1.83%～6.54%不等；各分級(jí)高嶺土的產(chǎn)率呈現(xiàn)兩頭大的趨勢(shì)，粗粒級(jí)+1500μm、-1500+560μm和細(xì)粒級(jí)-5+2μm、-2μm的產(chǎn)率都超過(guò)10%，四個(gè)粒級(jí)產(chǎn)率之和達(dá)到69.15%。

表1 分級(jí)高嶺土的產(chǎn)率和礦物組成

3.2 分級(jí)高嶺土的礦物組成

由圖1原礦和分級(jí)高嶺土的XRD圖譜可知，該高嶺土的主要礦物為高嶺石、石英和白云母，少量的長(zhǎng)石和方解石。高嶺石在細(xì)粒級(jí)中富集，而石英和云母主要在粗粒級(jí)富集。

圖1 原礦和分級(jí)高嶺土的XRD圖譜

根據(jù)顯微鏡觀察、XRD分析，并結(jié)合化學(xué)成分分析，原礦和分級(jí)高嶺土的礦物組成見(jiàn)表1。由表1可知，高嶺石在-150+74μm粒級(jí)開始富集，在-45+30μm粒級(jí)大量富集，在-5μm粒級(jí)含量達(dá)到80%左右；石英在+45μm中含量較高，主要在+560μm富集，而在-10μm中含量較低；白云母，由于有部分蝕變?yōu)樗颇?伊利石)，其在-560μm的各粒級(jí)中都有分布，且含量較高，在-2μm粒級(jí)中仍含13%左右。暗色礦物主要分布在-400+30μm粒級(jí)中，以鐵、鈦礦物為主。鐵礦物主要是赤鐵礦和褐鐵礦，少量為磁鐵礦，鈦礦物為金紅石。

由產(chǎn)率和礦物組成綜合考慮，由于-30+20μm和-45+30μm兩個(gè)粒級(jí)產(chǎn)率較低，并且性質(zhì)相似，礦物組成相近，可以合并為-45+20μm；同理可以將-10+5μm和-10+20μm合并為-20+5μm。由于高嶺石主要存在于-45μm粒級(jí)中，因此，將-45μm分為-45+20μm、-20+5μm、-5+2μm和-2μm四個(gè)粒級(jí)進(jìn)行以下的分析和研究。

3.3 高嶺石的結(jié)晶特征

3.4 分級(jí)高嶺土的化學(xué)成分

由表3原礦和四個(gè)粒級(jí)的分級(jí)高嶺土的化學(xué)成分可知，SiO2在四個(gè)細(xì)粒級(jí)中的含量都較低，且隨著粒度的降低，含量逐漸降低，由原礦的70.55%減少到45.96%；Al2O3的含量隨著粒度的降低，含量逐漸增加，從原礦的19.56%逐漸增加到36.80%；K2O也在細(xì)粒級(jí)中富集，含量最高的是-20+5μm粒級(jí)，達(dá)到了2.18%，最低的是-2μm粒級(jí)，為1.72%；Fe2O3在細(xì)粒級(jí)中明顯富集，由0.25%富集到0.52%～0.68%；TiO2在-45+20μm粒級(jí)富集較多，為1.03%，在-20+5μm和-5+2μm粒級(jí)分別為0.69%和0.39%，-2μm粒級(jí)含量較少，為0.21%；其他化學(xué)成分含量都較低，且與粒度關(guān)系不明顯。

由表3分析可知，這四個(gè)粒級(jí)高嶺土中化學(xué)成分主要為SiO2和Al2O3，含有少量K2O、Fe2O3和TiO2。SiO2含量隨著粒度的變細(xì)而降低，而Al2O3含量隨著粒度的變細(xì)而增加；K2O、Fe2O3和TiO2都有不同程度富集，主要富集在-45+20μm和-20+5μm粒級(jí)中。這和3.2節(jié)中分級(jí)高嶺土的礦物組成分析結(jié)果一致。

3.5 高嶺石的形貌分析

由圖2四個(gè)粒級(jí)的掃描電鏡(SEM)照片可知，-45+20μm和-20+5μm粒級(jí)中高嶺石主要為蠕蟲狀，片層堆積較緊密，保留了長(zhǎng)石顆粒的輪廓，說(shuō)明這兩個(gè)粒級(jí)長(zhǎng)石風(fēng)化不完全；-5+2μm粒級(jí)高嶺石多為書冊(cè)狀，片層間結(jié)構(gòu)較松散，單片高嶺石較多，粒徑在3μm左右；-2μm粒級(jí)高嶺石多為單片，片層間結(jié)構(gòu)較松散，邊緣較平直，少量顆?？梢?jiàn)假六邊形狀，粒徑在1.5μm左右。結(jié)合3.1節(jié)中-45+20μm和-20+5μm粒級(jí)產(chǎn)率很少，而-5+2μm和-2μm粒級(jí)產(chǎn)率較多，說(shuō)明高嶺石風(fēng)化較理想，不用剝片，僅分級(jí)就可獲得淘洗率為29.06%的-5μm粒級(jí)和18.33%的-2μm粒級(jí)的高嶺土。

表2 分級(jí)高嶺石的衍射特征

表3 高嶺土的化學(xué)成分/wt%

注：化學(xué)成分為中國(guó)地質(zhì)大學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化分室測(cè)試。

圖2 -45μm粒級(jí)高嶺土的SEM照片

3.6 分級(jí)高嶺土的白度

由表4可知，四個(gè)粒級(jí)高嶺土自然白度從-45+20μm的60.94%提高到-5+2μm的83.26%，其中-2μm粒級(jí)的白度為83.05%。1200℃煅燒后，各粒級(jí)白度明顯提高，分別提高到68.15%～90.18%。尤其是-5+2μm和-2μm粒級(jí)，煅燒白度分別提高到89.69%和90.81%，白度較高，說(shuō)明該粒級(jí)高嶺土品質(zhì)較優(yōu)。煅燒白度的不同，與各粒級(jí)礦物組成和含量有關(guān)。

3.7 分級(jí)高嶺土的粘度

由表5中-2μm高嶺土的粘濃度測(cè)試結(jié)果可知，當(dāng)粘度達(dá)332MPa.s時(shí)，其分散濃度僅為62%，未達(dá)到造紙用高嶺土要求(粘度500MPa.s時(shí)，濃度≥60%)，其原因可能是高嶺土中水化水云母含量較高(13%)，導(dǎo)致高嶺土的粘濃度過(guò)低，未達(dá)到造紙用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[10]。

表4 分級(jí)高嶺土的白度

表5 -2μm粒級(jí)高嶺土的粘度

4 分級(jí)高嶺土的應(yīng)用分析

+45μm粒級(jí)中石英含量較多。可以作為建筑用砂或造型用砂；-45+20μm粒級(jí)高嶺土粒度太大，經(jīng)過(guò)磨剝以后可作為橡塑和陶瓷工業(yè)原料；

根據(jù)國(guó)標(biāo)[10]GB/T14563-2008，-20+5μm粒級(jí)高嶺土達(dá)到橡塑工業(yè)用一級(jí)(XT-1)和搪瓷工業(yè)用二級(jí)(TT-2)標(biāo)準(zhǔn)；-5μm粒級(jí)達(dá)到搪瓷工業(yè)用一級(jí)(TT-1)、橡塑工業(yè)用優(yōu)級(jí)(XT-0)、陶瓷工業(yè)用二級(jí)(TC-2)和涂料工業(yè)用二級(jí)(TL-2)標(biāo)準(zhǔn)；-2μm粒級(jí)高嶺土因粘度較低不適宜工業(yè)造紙用，經(jīng)煅燒后，可達(dá)到橡塑工業(yè)用煅燒高嶺土優(yōu)級(jí)(XT-(D)0)和涂料工業(yè)用煅燒高嶺土一級(jí)(TL-(D)1)標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

1)該高嶺土原礦的主要組成礦物是高嶺石、石英和白云母(水化白云母)，高嶺石結(jié)晶有序度較高；分級(jí)后，細(xì)粒級(jí)-5+2μm、-2μm的各粒級(jí)產(chǎn)率超過(guò)了10%；高嶺石富集在細(xì)粒級(jí)，-5μm粒級(jí)中含量80%左右；石英富集在粗粒級(jí)，在+560μm粒級(jí)中含量達(dá)到了95%左右；白云母在各粒級(jí)均有一定的含量，在-560μm的各粒級(jí)中含量為13%～33%。

2)原礦淘洗率較高，-5μm和-2μm兩個(gè)粒級(jí)的淘洗率分別達(dá)到了29.06%和18.33%。高嶺石多為單片狀，少量疊片狀，單體粒度較?。?45+20μm粒級(jí)經(jīng)過(guò)磨剝以后可作為橡塑和陶瓷工業(yè)原料；-20μm各粒級(jí)能滿足橡塑、搪瓷、陶瓷和涂料等工業(yè)用二級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)。

3)該高嶺土礦總體質(zhì)量較高，其-2μm粒級(jí)高嶺土可以與茂名高嶺土、美國(guó)KCS土、英國(guó)SPS土等相媲美[11]。但水化白云母的存在影響了高嶺土的應(yīng)用，可通過(guò)提純、增白等手段，使該高嶺土能在造紙行業(yè)上應(yīng)用，或進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

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Characteristics of the Kaolin Mine from Kazakhstan

GUAN Jun-fang1，2，CHENG Fei-fei1，ZHANG Fan1，LI Xiao-fan1，GAO Hui-min1，2

(1.School of Resource and Environmental Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China;2.Hubei Key Laboratory of Mineral Resources Processing and Environment，Wuhan 430074，China)

By testing methods of polarized light microscopy，XRD，chemical analysis and scanning electron microscopy，the paper research the characteristics of the kaolin mine from Kazakhstan.The results showed that the main mineral compositions of the mine were kaolinite，quartz and mica (hydration muscovite).Kaolinite had a high crystallinity and mainly enriched in the fine fraction.The kaolinite was loose between kaolinite laminations and had more sheets.It had a high washingrate，the washingrate of -5μm and -2μm reached 29.06% and 18.33%，respectively.Only after grading，the product of -20μm met the requirement of standard Level 2 or above in industries，such as rubber，plastics,enamel，ceramics and coatings.The overall quality of the mine was high，it could be applied in paper industry after purify.

kaolinite；grading；characteristics

2014-12-07

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助(145208004)

管俊芳(1965-)，女，山西聞喜人，副教授，博士，主要從事礦物材料應(yīng)用研究。E-mail：guanjfang@163.com。

程飛飛(1990-)，男，安徽休寧人，碩士在讀，主要從事礦物材料應(yīng)用研究。E-mail：583464234@qq.com。

P575

A

1004-4051(2015)08-0128-05