梧州高嶺土的性能特點(diǎn)、應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的建議

崔同湘　陳紹霖

摘 要：高嶺土是一種重要的非金屬礦產(chǎn)資源，梧州市依托豐富的高嶺土資源大力發(fā)展陶瓷產(chǎn)業(yè)，高嶺土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)梧州產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)有重要的推動(dòng)作用。本文分析了高嶺土的應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)合高嶺土產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向和梧州的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，提出梧州市高嶺土產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的建議。

關(guān)鍵詞：高嶺土；應(yīng)用領(lǐng)域；轉(zhuǎn)型升級(jí)；發(fā)展建議

1 前言

礦產(chǎn)資源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，礦產(chǎn)資源主要分為能源、金屬和非金屬三類(lèi)[1]。高嶺土與云母、石英和碳酸鈣并稱為四大非金屬礦產(chǎn)資源。高嶺土俗稱瓷土，首先發(fā)現(xiàn)于景德鎮(zhèn)浮梁縣高嶺村，遂沿用村名“高嶺”而命名為高嶺土。高嶺土的晶體結(jié)構(gòu)是由一層Si-O四面體和Al-O八面體堆疊而成，理想結(jié)構(gòu)式為Al4[Si4O10]（OH）8，理論化學(xué)組成為Al2O3·2SiO2·2H2O，各組分的理論含量為Al2O3 39.5%、SiO2 46.54%、H2O 13.96%。高嶺土在元代被景德鎮(zhèn)作為制瓷原料大量使用，由于高嶺土具有耐火度高（達(dá)1700 ℃），能夠提高陶瓷燒結(jié)的溫度，改善瓷器的物理性能等優(yōu)勢(shì)，使得景德鎮(zhèn)瓷器由低火度的軟質(zhì)瓷提升為高火度的硬質(zhì)瓷，所以才成就了景德鎮(zhèn)舉世聞名的瓷都地位[2]。高嶺土在陶瓷原料配方中所占的比例為20%～30%，添加高嶺土使陶瓷中Al2O3的含量增加，促進(jìn)了莫來(lái)石的生成，提高了陶瓷的穩(wěn)定性和燒結(jié)強(qiáng)度，使得陶瓷坯體不容易變形，并且可提高陶瓷的白度[3]。

陶瓷制品是高嶺土的重要應(yīng)用領(lǐng)域。梧州高嶺土資源豐富，初步探明的高嶺土資源覆蓋面積達(dá)23平方公里，礦藏深度為100 m，儲(chǔ)量達(dá)6.7億t。煅燒后Al2O3含量達(dá)到45%，SiO2含量達(dá)到52%，F(xiàn)e2O3含量小于0.5%，TiO2含量小于1%，白度達(dá)90。從2008年起，梧州抓住佛山陶瓷產(chǎn)業(yè)往西部轉(zhuǎn)移的契機(jī)，以資源換產(chǎn)業(yè)，大力發(fā)展建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)，隨著開(kāi)采量的增大，高嶺土年稅收收入已突破2000萬(wàn)元。梧州規(guī)模以上陶瓷企業(yè)已達(dá)14家，2014年規(guī)模以上陶瓷工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)103億元，為梧州經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。雖然高嶺土的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，但梧州的高嶺土主要用在陶瓷行業(yè)。陶瓷行業(yè)屬于高污染、高耗能的產(chǎn)業(yè)，在全國(guó)環(huán)境保護(hù)壓力持續(xù)增大的宏觀形勢(shì)下，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)向高附加值和低能耗、低排放升級(jí)對(duì)梧州的科學(xué)發(fā)展非常重要。本文概述了高嶺土產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域和最新技術(shù)進(jìn)展，提出了梧州高嶺土產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的建議。

2 高嶺土的應(yīng)用

高嶺土具有可塑性、黏結(jié)性、分散性、吸附性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)異的性能，廣泛應(yīng)用于造紙、陶瓷、環(huán)保、橡膠、耐火材料、化工、農(nóng)藥等領(lǐng)域[1]。本文著重論述高嶺土在環(huán)保、催化劑、塑料、橡膠等領(lǐng)域的應(yīng)用以及納米高嶺土的優(yōu)異性能。

2.1 高嶺土在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用

高嶺土有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，具有良好的吸附性和離子交換能力，在廢水處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。鄭敏等人用硫酸鋁和活性炭對(duì)高嶺土進(jìn)行煅燒改性處理，在高嶺土中增加孔隙，提高其吸附性能，對(duì)柴油廢水中柴油的去除率高達(dá)99%[4]。翟由濤用Al3+和Mg2+對(duì)高嶺土進(jìn)行改性處理，對(duì)含磷廢水中的磷有很好的吸附作用，磷的去除率達(dá)80%；高嶺土是土壤的組成部分，吸附磷后可作為農(nóng)肥使用[5]。紡織品印染廠排放的印染廢水，具有污染物種類(lèi)多、濃度高、難降解、COD（Chemical Oxygen Demand，化學(xué)耗氧量）高等特點(diǎn)。馬萬(wàn)征等人用無(wú)極絮凝劑硫酸亞鐵對(duì)高嶺土進(jìn)行改性處理，發(fā)現(xiàn)當(dāng)硫酸亞鐵與高嶺土滿足1：7時(shí)，對(duì)廢水的處理效果最好，COD降低68.75%[6]。苯胺是染料、農(nóng)藥和醫(yī)藥生產(chǎn)的重要原料，具有很強(qiáng)的毒性，列入了“中國(guó)環(huán)境優(yōu)先污染物黑名單”。劉云云等人用100 ℃烘干和煅燒處理過(guò)的高嶺土為原料吸附廢水中的苯胺，對(duì)苯胺的去除率達(dá)79.82%[7]。蔡明琴等人，以天然高嶺土為原料去除水中的Pb2+、Cd2+、Ni2+和Cu2+等重金屬離子，發(fā)現(xiàn)高嶺土對(duì)重金屬離子有較好的吸附效果，特別是對(duì)Pb2+有最好的吸附效果，且四種重金屬離子均不易從高嶺土表面解吸[8]。

2.2 高嶺土在催化劑領(lǐng)域中的應(yīng)用

高嶺土是制備催化劑的基質(zhì)材料，主要用來(lái)制備光催化催化劑和催化裂化催化劑。TiO2和ZnO是凈化環(huán)境的重要催化劑，但用納米TiO2和ZnO進(jìn)行光催化時(shí)，由于顆粒小，不易沉淀，催化劑難以回收，再生和再利用時(shí)活性成分損失大，對(duì)TiO2和ZnO進(jìn)行固化處理，不僅可以解決催化劑的分離回收問(wèn)題，還可克服其穩(wěn)定性差和容易中毒的缺點(diǎn)[9、10]。張旭等人用溶膠-凝膠法制備的鈦溶膠負(fù)載到硫鐵礦尾礦上，采用一步煅燒法制備負(fù)載鈦偏高嶺土，對(duì)亞甲基藍(lán)的光催化降解率達(dá)93.5%[9]。胡志彪等人用共沉淀法制備納米ZnO/高嶺土復(fù)合材料，對(duì)甲基橙的光催化降解率達(dá)95.37%[10]。鄧中文等以高嶺土/甲醇插層復(fù)合物為前驅(qū)體，與十六烷基三甲基氯化銨反應(yīng)制備管狀高嶺土，采用溶膠-凝膠法，制備負(fù)載有TiO2的管狀高嶺土光催化劑，對(duì)甲基橙的光降解效率比純TiO2提高30%[11]。提高重油轉(zhuǎn)化率是煉油廠面臨的迫切問(wèn)題，解決問(wèn)題的核心是提高催化裂化催化劑的效率。高嶺土是制備催化裂化催化劑的主要基質(zhì)材料，占催化劑40%左右的組分，具有價(jià)格低廉，性能優(yōu)越，重油大分子預(yù)裂化和負(fù)載活性組分等作用[1，12]。王棟等人用NaOH和HCl分別對(duì)高嶺土進(jìn)行堿和酸改性處理，提高催化劑的抗重金屬能力和重油轉(zhuǎn)化能力[12]。Jorge RAMIREZ—ORTIZ等人對(duì)高嶺土進(jìn)行熱活化處理制備的催化劑，可將餐廚廢油和甲醇轉(zhuǎn)化為柴油，轉(zhuǎn)化效率達(dá)95%[13]。

2.3 高嶺土在塑料領(lǐng)域中的應(yīng)用

高嶺土作為塑料工業(yè)的填料，作用是使塑料制品外表平整，尺寸精確，抵抗化學(xué)腐蝕、減少熱收縮和熱裂變，有利于拋光打磨過(guò)程的進(jìn)行，在塑料中的一般用量為15%～60%[3，14]。覃綠梅等人用煅燒超細(xì)活性高嶺土加入PVC（聚氯乙烯）中，提高PVC電纜的絕緣性能[15]。高嶺土是無(wú)機(jī)材料，與有機(jī)分子相容性較差。為增強(qiáng)高嶺土和塑料聚合物的相容性，需要對(duì)高嶺土進(jìn)行改性處理。張作才等人用γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑對(duì)高嶺土進(jìn)行表面改性，與PP（聚丙烯）制備復(fù)合材料，提高PP的拉伸強(qiáng)度、缺口沖擊強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性[16]。李國(guó)喜等人用大分子表面處理劑對(duì)納米高嶺土進(jìn)行表面處理，與PE（聚乙烯）熔融共混制備納米高嶺土/PE復(fù)合材料，用作食品包裝膜，熱學(xué)性能、熱封性能、摩擦因數(shù)均優(yōu)于PE膜，復(fù)合膜的水蒸氣透過(guò)量降低46.4%，氧氣透過(guò)量降低31.7%[17]。

2.4 高嶺土在橡膠領(lǐng)域的應(yīng)用

高嶺土作為填料可降低其它原材料在橡膠中的用量，降低橡膠生產(chǎn)成本。高嶺土可增強(qiáng)橡膠的耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，延長(zhǎng)其老化時(shí)間，提高制品的粘稠度，防止其塌軟、變形，同時(shí)可提高橡膠通透性、防水性、化學(xué)活性、防火抗燃性等性能[3，14]。王金合等人用高嶺土填充硅橡膠制備可瓷化硅橡膠耐火復(fù)合材料，提高耐火電纜的耐火性能[18]。陳巧等人采用稀土鹽和乳酸鉀水溶液對(duì)高嶺土進(jìn)行表面摻雜改性，然后與天然膠乳混合，用凝聚共沉淀法制備稀土摻雜高嶺土/天然橡膠復(fù)合材料，稀土摻雜高嶺土在天然橡膠中有良好的分散性，二者構(gòu)成的界面結(jié)合牢固，提高天然橡膠的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度[19]。

2.5 納米高嶺土的優(yōu)異性能

高嶺土是由Si-O四面體和Al-O八面體層連接而成，單元層之間通過(guò)氫鍵相互連接，氫鍵的結(jié)合力相對(duì)較弱，因而高嶺土容易加工粉碎成粉末。當(dāng)加工的高嶺土顆粒尺寸小到納米量級(jí)（1～100 nm）時(shí)，就制得納米高嶺土。制備納米高嶺土的方法主要有機(jī)械粉碎法、化學(xué)合成法和插層法三種，其中插層法是目前制備納米級(jí)高嶺土最有效的方法[20]。納米高嶺土具有表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等納米材料的基本特性，使得納米高嶺土出現(xiàn)了奇異的物理和化學(xué)性質(zhì)，提高高嶺土的應(yīng)用性能[1，20]。如用納米高嶺土作為原料可使陶瓷具有更致密結(jié)構(gòu)和更高硬度，使得陶瓷產(chǎn)品具有好的韌性和延展性，不易破碎[20]。納米高嶺土用于食品保鮮包裝時(shí)，可延長(zhǎng)食品保質(zhì)期；用作塑料填充劑時(shí)，可使得塑料制品擁有良好的阻燃性能；納米高嶺土還可提高對(duì)磷、氮、鉀的吸附量，應(yīng)用前景非常廣闊[21]。

3 梧州市高嶺土產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

3.1 提升陶瓷用高嶺土的品質(zhì)

高嶺土的應(yīng)用非常廣泛，陶瓷行業(yè)只是高嶺土應(yīng)用的一個(gè)領(lǐng)域，加大宣傳力度，促使陶瓷行業(yè)節(jié)約集約使用高嶺土資源。加大科技研發(fā)投入，研究對(duì)高嶺土原料進(jìn)行深加工和改性處理，提高建筑陶瓷質(zhì)量的工藝路線以及制備無(wú)線電陶瓷（如：高頻陶瓷、電容器件、電阻器件和高頻振蕩元件等）、工業(yè)陶瓷和特種工業(yè)陶瓷的可行性，延伸梧州陶瓷的產(chǎn)業(yè)鏈，提升陶瓷產(chǎn)品的附加值和競(jìng)爭(zhēng)力。

3.2 引進(jìn)和培育專(zhuān)業(yè)化高嶺土開(kāi)發(fā)企業(yè)

企業(yè)是創(chuàng)新主體，產(chǎn)品的技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展需要龍頭企業(yè)的帶動(dòng)。中國(guó)高嶺土有限公司位于蘇州市，是全國(guó)成立最早、規(guī)模最大的高嶺土專(zhuān)業(yè)企業(yè)[1]，建有高嶺土功能材料工程技術(shù)研究中心，大規(guī)模銷(xiāo)售耐火、砂輪、磁性材料工業(yè)用高嶺土，橡膠工業(yè)用高嶺土，造紙用高嶺土，煅燒超細(xì)高嶺土，工程塑料專(zhuān)用改性高嶺土，化妝品專(zhuān)用高嶺土等系列產(chǎn)品。福建龍巖、廣東茂名、安徽淮北等地也建有大型高嶺土專(zhuān)業(yè)企業(yè)，推動(dòng)了當(dāng)?shù)馗邘X土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。梧州還沒(méi)有規(guī)模以上高嶺土專(zhuān)業(yè)企業(yè)，成為制約高嶺土產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。高嶺土產(chǎn)業(yè)是新材料產(chǎn)業(yè)，屬于國(guó)家和廣西自治區(qū)鼓勵(lì)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。梧州要抓住戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的契機(jī)，積極引進(jìn)和培育大型高嶺土專(zhuān)業(yè)企業(yè)。依托企業(yè)開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新，對(duì)高嶺土進(jìn)行深加工，提高高嶺土附加值。同時(shí)要依托大企業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)高嶺土尾礦進(jìn)行綜合利用，變廢為寶，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)協(xié)同發(fā)展。

3.3 注重高嶺土產(chǎn)業(yè)與現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)鏈的融合

加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)是改善環(huán)境質(zhì)量，保障民生，加快建設(shè)生態(tài)文明社會(huì)的迫切需求，節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?，正在形成新的?jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。梧州是全國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范城市，也是打造珠江-西江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)走廊的重要屏障，發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)是梧州的必然選擇。高嶺土在節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用前景非常值得期待，梧州要抓住粵桂合作特別試驗(yàn)區(qū)加快建設(shè)的契機(jī)，在試驗(yàn)區(qū)集聚發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)，抓好中節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)園以及中國(guó)—東盟環(huán)保技術(shù)和產(chǎn)業(yè)合作交流示范基地等項(xiàng)目；做好節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)鏈的招商工作，實(shí)現(xiàn)高嶺土產(chǎn)業(yè)和節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的融合協(xié)調(diào)發(fā)展。梧州進(jìn)口再生資源加工園區(qū)是國(guó)家“城市礦產(chǎn)”示范基地，圍繞再生銅、再生鋁、再生不銹鋼和再生塑料等構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈。梧州國(guó)龍投資集團(tuán)即將在梧州進(jìn)口再生資源加工園區(qū)上馬年產(chǎn)5萬(wàn)噸PET項(xiàng)目，梧州塑料產(chǎn)業(yè)鏈將不斷完善。高嶺土是塑料制品的重要填充材料，要在再生塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，注重結(jié)合高嶺土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)梧州產(chǎn)業(yè)之間的互補(bǔ)和融合。

4 結(jié)語(yǔ)

高嶺土是重要的非金屬礦產(chǎn)資源，應(yīng)用廣泛，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，高嶺土的應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)大，各領(lǐng)域?qū)Ω邘X土的需求量也將穩(wěn)定增長(zhǎng)，不過(guò)對(duì)高嶺土的品質(zhì)也提出了更高要求。改性處理是提高高嶺土品質(zhì)的重要手段，梧州要引進(jìn)和培育大型高嶺土專(zhuān)業(yè)企業(yè)，加大科技研發(fā)投入，注重上下游產(chǎn)業(yè)鏈的結(jié)合，將高嶺土資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)發(fā)展優(yōu)勢(shì)。

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