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獨(dú)具特色的煤系高嶺土

高嶺土是一種以高嶺石為主的粘土材料，因最早產(chǎn)自于江西景德鎮(zhèn)的高嶺村而得名,。高嶺土按其成因可分為原生高嶺土,、次生高嶺土，前者指鋁硅酸鹽礦物組成的中酸性巖石經(jīng)長(zhǎng)期化學(xué)風(fēng)化后未經(jīng)自然力搬運(yùn)而與母巖殘留在一起的高嶺土,，中國(guó)南方地區(qū)所產(chǎn)高嶺土多屬這種類型,；后者是指經(jīng)自然力搬運(yùn)而沉積下來(lái)，同時(shí)在搬運(yùn)和沉積過(guò)程中又混入各種雜質(zhì)的高嶺土,，主要產(chǎn)在石炭-二疊系的煤層中,，以煤層中頂?shù)装濉�夾矸或單獨(dú)形成礦層獨(dú)立存在,，當(dāng)煤矸石中高嶺巖含量超過(guò)80%就稱為煤系高嶺土礦,，屬于硬質(zhì)高嶺土，具有較高的利用價(jià)值,，是中國(guó)獨(dú)具特色,、具有廣闊利用前景的重要非金屬礦產(chǎn)。

煤系高嶺土材料產(chǎn)業(yè)追求高質(zhì)量發(fā)展

我國(guó)煤系高嶺土儲(chǔ)量主要分布在山西,、內(nèi)蒙古等地,。近年來(lái)，煤系高嶺土成產(chǎn)業(yè)“熱土”,。內(nèi)蒙,、山西等地區(qū)的各大礦區(qū)已經(jīng)引起了對(duì)煤系高嶺土資源開(kāi)發(fā)利用的高度重視。

2021年11月,，內(nèi)蒙古自治區(qū)工信廳發(fā)布《關(guān)于印發(fā)自治區(qū)新材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展方案(2021-2025)》的通知,。表示未來(lái)5年將重點(diǎn)發(fā)展建材及非金屬礦物材料等新材料產(chǎn)業(yè)，規(guī)劃到2025年,，建成高端煤系高嶺土160萬(wàn)噸以上產(chǎn)能規(guī)模,。并在呼和浩特,、鄂爾多斯兩市布局煤系高嶺土材料產(chǎn)業(yè)建設(shè)。加快顏料級(jí),、造紙涂布級(jí),、涂料級(jí)高嶺土新型煅燒工藝、關(guān)鍵設(shè)備開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化,。

2022年3月,，山西省政府辦公廳印發(fā)了《關(guān)于支持煤系高嶺土材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的意見(jiàn)》，提出要實(shí)施一批重大工程和項(xiàng)目,、打造大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化基地,，推進(jìn)煤系高嶺土由“低效、低值,、分散利用”向“高效,、高值、規(guī)模利用”轉(zhuǎn)變,，全面推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展,，并提出力爭(zhēng)二O二五年形成晉北煤系高嶺土材料產(chǎn)業(yè)基地。

作為一種粘土礦物材料,，煤系高嶺土自身具備一定的比表面積和吸附性能等優(yōu)點(diǎn),，但其自身結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)的局限性,，并不能完全滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需求,，煤系高嶺土材料產(chǎn)業(yè)若要高值化發(fā)展，離不開(kāi)改性,。

煤系高嶺土的改性及應(yīng)用

煤系高嶺土改性方法根據(jù)用途的不同多種多樣,，常用的改性方法有煅燒，插層/剝離,，包覆改性,，酸堿改性等方法。

煅燒改性

為了從外觀呈現(xiàn)黑色或褐色的煤系高嶺土中得到高白度,、高質(zhì)量的高嶺土產(chǎn)品,，煅燒是極其關(guān)鍵的步驟之一。煅燒后的煤系高嶺土白度較高,，可以用于涂料或是白色顏料,。另外,，煅燒煤系高嶺土具有散射力強(qiáng),、塑性好、活性高,、絕緣性能和熱穩(wěn)定性能好,、孔隙率和遮蓋率高,、容量小等優(yōu)點(diǎn)，所以在橡膠填料,、塑料,、日用化妝品、農(nóng)藥和醫(yī)藥產(chǎn)品中被大量應(yīng)用,，在紡織,、石油、國(guó)防,、化工等領(lǐng)域也有應(yīng)用,。

來(lái)源：山西金宇科林科技有限公司

目前，作為超細(xì)煅燒高嶺土行業(yè)的重點(diǎn)企業(yè),，山西金宇科林科技有限公司已具備年生產(chǎn)功能性煤系煅燒高嶺土50萬(wàn)噸,，消化煤矸石固廢60萬(wàn)噸的能力，產(chǎn)品主要應(yīng)用于熱敏紙,、裝飾紙,、水性涂料、汽車電泳漆,、橡膠塑料和化工等行業(yè),。同時(shí)在石油催化、印刷油墨,、聚酯化纖等行業(yè)也具有廣闊的應(yīng)用前景,。

插層/剝離改性

插層/剝離是指通過(guò)機(jī)械物理作用、化學(xué)反應(yīng)或者兩者的結(jié)合作用,，破壞高嶺土的層間氫鍵,，擴(kuò)大其層間間距，最終達(dá)到層與層間的分離而獲得剝離出結(jié)構(gòu)單層,，以達(dá)到增加高嶺土活性與比表面積的方法,。插層的方法多種多樣，但無(wú)論利用哪種方法對(duì)高嶺土進(jìn)行插層都離不開(kāi)插層劑的使用,，同時(shí)需要結(jié)合外部機(jī)械力,、微波、超聲波,、煅燒等條件的變化而實(shí)現(xiàn),。

程宏飛等以醋酸鉀為插層劑，將高嶺土與質(zhì)量百分比濃度分別為 5%,、15%和30%的醋酸鉀溶液以1∶4的比例共混攪拌2h,，然后將攪拌后的漿料放入磨剝桶內(nèi)磨剝2h，經(jīng)過(guò)濾分離,、水洗,，除去多余醋酸鉀,，最后烘干、打散,，制備出插層剝片高嶺土,。將其填充至丁苯橡膠復(fù)合材料中，有助于提高丁苯橡膠復(fù)合材料的力學(xué)性能,，尤其對(duì)拉伸強(qiáng)度有很大的改善作用,。

包覆改性

包覆改性分為金屬氧化物與有機(jī)物包覆兩種方式。此方法簡(jiǎn)便易操作,，同時(shí)可以大幅提升高嶺土的附加價(jià)值,，擴(kuò)展了高嶺土的應(yīng)用領(lǐng)域。如經(jīng)過(guò)表面改性包覆二氧化鈦后,，煤系煅燒高嶺土具有與鈦白粉相近的功能,，由于具備更高的著色力、遮蓋力,，尤其適于使用在高速刮刀涂布機(jī)上,。

酸堿改性

酸堿改性可以有效的溶解高嶺土中的Al₂O₃及其他金屬氧化物成分，而Al₂O₃及其他成分浸出后會(huì)使得高嶺土比表面積增加,。由于這種特性的存在,，高嶺土又被視為提取鋁源的重要礦物資源，成為了鋁土礦的替代品,。

王玉飛分別用鹽酸,、氫氧化鈉對(duì)煅燒煤系高嶺土進(jìn)行改性，得出了吸油值最佳時(shí)所對(duì)應(yīng)的處理?xiàng)l件,，由于高嶺土煅燒處理后形成了具有酸反應(yīng)活性的四面體Al,，鹽酸改性后高嶺土中的Al元素浸出，極大地豐富了高嶺土的孔道結(jié)構(gòu),；氫氧化鈉改性能浸出煅燒高嶺土中的Si元素,，使小孔結(jié)構(gòu)增加，這是因?yàn)殪褵�處理后高嶺土中的一部分SiO₂轉(zhuǎn)化為游離的SiO₂,，易于與堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),。酸改性中高嶺土中的金屬氧化物雜質(zhì)浸出，也能使高嶺土孔道豐富,，進(jìn)一步提升其孔徑,、粒度分布、比表面積等重要性能參數(shù),。隨堿處理時(shí)間的增加,，煅燒煤系高嶺土孔徑分布變寬，比表面積減小、孔體積增加,，裂化活性和裂化選擇性提高,。

小結(jié)

隨著優(yōu)質(zhì)高嶺土資源的不斷利用與開(kāi)發(fā),，優(yōu)質(zhì)高嶺土資源占有量逐年減少,，煤系高嶺土的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用迫在眉睫。通過(guò)煅燒,、有機(jī)/無(wú)機(jī)/酸堿改性等手段對(duì)其進(jìn)行改性,，能夠使煤系高嶺土廣泛應(yīng)用于建筑、造紙,、陶瓷,、橡膠、化工等多個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,。

參考資料：

周麗等.煤系高嶺土在耐火材料中的應(yīng)用

牛三鑫.改性煤系高嶺土的制備及其對(duì)剛果紅吸附性能研究

史帥.硅烷改性煤系高嶺土及對(duì)廢水中Cr(Ⅵ)的吸附研究��

朱睿等.高嶺石的特性及其復(fù)合催化材料研究進(jìn)展

內(nèi)蒙古工信廳,、山西省政府辦公廳等

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）

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