高嶺土
22.1 高嶺土礦資源概述 “高嶺土(Kaolin)”一詞來源于中國江西景德鎮(zhèn)高嶺村產的一種可以制瓷的白色粘土而得名。高嶺土礦是高嶺石亞族粘土礦物達到可利用含量的粘土或粘土巖。 高嶺土因具有許多優(yōu)良的工藝性能，廣泛用于造紙、陶瓷、橡膠、塑料、耐火材料，化工、農藥、醫(yī)藥、紡織、石油、建材及國防等部門。隨著工業(yè)技術的發(fā)展和科技迅速提高，陶瓷制品的種類愈來愈多，它不僅與人們日常生活密切相關，而且在國防尖端技術的應用也很廣泛，如電氣、原子能、噴氣式飛機、火箭、人造衛(wèi)星、半導體、微波技術、集成電路、廣播、電視及雷達等方面幾乎都需要陶瓷制品?？梢姼邘X土礦產在國民經(jīng)濟和國防建設中所占的重要地位。一、 礦物原料特點
高嶺土的巖石學特征與礦物學特征相同，具有松散土狀和堅硬巖石狀兩種外貌，其礦物成分、化學成分和粒度變化都較大。 高嶺土的礦物成分由粘土礦物和非粘土礦物組成，前者主要包括高嶺石、迪開石、珍珠陶土、變高嶺石(1.0nm和0.7nm埃洛石)、水云母和蒙脫石；后者主要是石英、長石、云母等碎屑礦物，少量的重礦物及一些自生和次生的礦物，如磁鐵礦、金紅石、褐(針)鐵礦、明礬石、三水鋁石、一水硬鋁石和一水軟鋁石等(表4.22.1)。 高嶺石及其多型礦物迪開石和珍珠陶土同屬1∶1型二八面體的層狀硅酸鹽，結構單元層完全相同，單位構造高度為0.7nm，層間以氫鍵相聯(lián)結， 無水分子和離子。 它們的理想結構式為Al4［Si4O10］(OH)8，理論化學成分為SiO2 46.54%、Al2O3 39.50%、H2O 13.96%，它們之間區(qū)別在于單元層間堆疊方式不同。高嶺石為三斜晶系，一般為無色至白色的細小鱗片，單晶呈假六方板狀或書冊狀，平行連生的集合體往往呈蠕蟲狀或手風琴狀，粒徑以0.5～2nm為主，個別蠕蟲狀可達數(shù)毫米。自然界高嶺土中高嶺石常見，迪開石少見，珍珠陶土罕見。 變高嶺石(也稱埃洛石)包括1.0nm和0.7nm兩種。1.0nm埃洛石的結構特征是結構單元層與高嶺石相同，但層間有一層水分子。 結構單元層高度為1.6nm， 結構式為Al4［Si4O10］(OH)8·4H2O，其形態(tài)為小于幾微米的管狀和球粒狀。1.0nm埃洛石不穩(wěn)定，層間水在室溫下就可脫出，結構單元層高度減為0.76～0.73nm，而且這種變化是不可逆的。失水后形成0.7nm埃洛石，在自然界比較穩(wěn)定。由于失水管狀和球粒狀被破壞，呈破裂管狀和球粒狀。高嶺石亞族成分特征見表4.22.1。 水云母：基本結構與白云母相似，為二八面體2∶1型層狀硅酸鹽，礦物結構單元層高度為1.0nm左右。與白云母不同的是顆粒細小，層間陽離子鉀和鈉減少，層間水增加，四面體中鋁代硅減少，結構無序程度高，其形態(tài)呈不規(guī)則薄片或長條狀，粒徑一般比高嶺石大。表4.22.1高嶺石亞族礦物典型特征 t4-22-1.jpg 蒙脫石在高嶺土中常有少量存在，易與埃洛石共生，晶粒極細小，具有很強的膨脹性和吸水性。 綠泥石和葉蠟石在蠟石型高嶺土礦床中有時出現(xiàn)。常為鋁綠泥石。 水鋁英石為非晶質粘土礦物，是氧化鋁和氧化硅的凝膠體，一般為球粒狀，不穩(wěn)定。 高嶺土的化學成分主要是SiO2、Al2O3和H2O，純凈的高嶺土成分接近于高嶺石或埃洛石的理論成分，由于各種雜質的影響，因此往往含有害組分Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3等。有害組分Fe2O3、TiO2一般在沉積礦床較高，其次是風化型高嶺土，蝕變型礦床中鐵質最少。高嶺土的K2O、Na2O含量在風化型礦床中較多，一般在2%～7%，隨深度增加而增加。另外，含明礬石的高嶺土礦床中SO3含量相當可觀，也屬有害雜質。 高嶺土的粒度成分以粘土級和粉砂級的顆粒最多。據(jù)粒度成分，可將高嶺土劃分為：土狀高嶺土，絕大部分由小于10μm的泥粒組成；含砂高嶺土，含5%～25%的砂和粉砂級顆粒組成。 高嶺土中常見的結構有凝膠狀結構，顆粒極細而致密；泥質結構，礦石中小于0.01mm以下顆粒占絕大多數(shù)；粉砂泥質或砂泥質結構，指礦石中含25%～50%的砂或粉砂；植物泥質結構，指礦石中含有機質植物殘體等；變余結構，指蝕變高嶺土中常有變余凝灰或變余斑狀等結構。高嶺土中常見的構造有皺紋狀或條紋狀構造、角礫狀和斑點構造等。 質純的高嶺土具有白度高，質軟易分散懸浮于水中，良好的可塑性和高的粘結性，優(yōu)良的電絕緣性能，具有良好的抗酸溶性、很低的陽離子交換量，較高的耐火度等物理化學性能，見表4.22.2。表4.22.2高嶺土的物理化學性能 t4-22-2.jpg 高嶺土的礦石類型可根據(jù)高嶺土礦石的質地、可塑性和砂質的含量劃分為硬質高嶺土、軟質高嶺土和砂質高嶺土三種類型： 硬質高嶺土質硬，無可塑性，粉碎、細磨后具可塑性； 軟質高嶺土質軟，可塑性一般較強，砂質含量小于50％； 砂質高嶺土質松散，可塑性一般較弱，除砂后較強，砂質含量大于50％。 根據(jù)影響工業(yè)利用的有害雜質種類，冠“含”字(其含量允許小于5％)劃分亞類型。如：含黃鐵礦硬質高嶺土，含有機質軟質高嶺土，含褐鐵礦砂質高嶺土等。二、 用途與技術經(jīng)濟指標
高嶺土的應用領域不同，對其質量要求截然不同。按工業(yè)用途可分為造紙工業(yè)用高嶺土、搪瓷工業(yè)用高嶺土、橡膠工業(yè)用高嶺土和陶瓷工業(yè)用高嶺土等。在化學成分方面，對造紙涂料、無線電瓷、耐火坩堝等要求高嶺土的Al2O3和SiO2接近高嶺石的理論值，日用陶瓷，建筑衛(wèi)生陶瓷、白水泥原料、橡膠和塑料的填充劑對高嶺土的Al2O3含量要求可適當放低，SiO2含量可酌情高些。對Fe2O3、TiO2、SO3等有害成分，亦有不同允許含量。對CaO、MgO、K2O、Na2O含量的允許值，不同的用途中也不相同。在工藝性能方面，各應用領域要求的側重點更為明顯。如造紙涂料主要要求高的白度、低的粘濃度及細的粒度；陶瓷工業(yè)要求有良好的可塑性、成型性能和燒成白度；耐火材料要求有高的耐火度；搪瓷工業(yè)要求有良好的懸浮性等。這就決定了高嶺土產品規(guī)格、牌號的多樣性。工業(yè)應用高嶺土質量的要求按國家標準(GB/T14563-93)執(zhí)行，見表4.22.3～4.22.9。表4.22.3產品類別、代號及主要用途 t4-22-3.jpg表4.22.4各級產品外觀質量要求 t4-22-4.jpg表4.22.5造紙工業(yè)用高嶺土各級產品化學成分和物理性能 t4-22-5.jpg表4.22.6搪瓷工業(yè)用高嶺土各級產品化學成分和物理性能要求 t4-22-6.jpg表4.22.7橡膠工業(yè)用高嶺土粉各級產品化學成分和物理性能要求 t4-22-7.jpg表4.22.8陶瓷工業(yè)用高嶺土各級產品化學成分和物理性能要求 t4-22-8.jpg表4.22.9各類產品水分要求 t4-22-9.jpg三、 礦 業(yè) 簡 史
中國是世界上最早發(fā)現(xiàn)和利用高嶺土制瓷的國家。早在殷商時代，在安陽出土的印紋白陶就是由高嶺土燒制的，到了元代，景德鎮(zhèn)地區(qū)開始在坯料中摻入一定量的高嶺土，用高嶺石、瓷石二元配方燒制瓷器，使瓷器質量有很大改善，創(chuàng)造出“白如玉、明如鏡、薄如紙、聲如罄”的精美瓷器，使景瓷馳名中外。 雖然中國的高嶺土開發(fā)利用歷史悠久，但礦山地質工作在中華人民共和國成立前僅限于地質調查，如候德封(1931)對河北彭城鎮(zhèn)粘土的調查，郁國城(1940)、李悅(1941)對四川敘永粘土的調查等。高嶺土礦的地質工作得以發(fā)展是中華人民共和國成立以后，尤其是70年代后，地質勘探工作發(fā)展迅速，到1980年止，全國保有高嶺土礦產地達160處，其中詳查勘探礦區(qū)近80處。保有礦石儲量8億t。到1996年止，保有礦產地208處，保有礦石儲量為14.32億t。有關地質研究工作也隨著整個地質工作的開展而日益深入。出版了有關高嶺土礦物學、礦床學的專著。22.2 高嶺土礦資源
一、 資 源 狀 況
中國是世界上高嶺土資源豐富的國家之一，截止1996年底，保有高嶺土礦產地208處，保有礦石儲量143 169萬t，其中B+C級34 497萬t(表4.22.10)。礦石儲量大于100萬t的大、中型礦區(qū)有97處，保有儲量為134 410.2萬t(B+C級30 230.7萬t)，占總儲量的94%，小型礦區(qū)111處，保有儲量為8 759萬t (B+C級4 266.3萬t)，占總儲量的6%。 此外，中國還發(fā)現(xiàn)600多個高嶺土礦點，據(jù)地質礦產部《礦產資源戰(zhàn)略分析》(1984)，估計中國高嶺土的資源量在12億t以上。另據(jù)近期煤炭部門報道對中國北方石炭紀—侏羅紀、第三紀煤系地層中沉積型高嶺土的預測其遠景資源可達180億t，由此可見，中國高嶺土的資源總量有可能超過190億t，僅次于美國、原蘇聯(lián)、英國，居世界第4位。二、 地 理 分 布
中國高嶺土分布廣泛，遍布全國六大區(qū)21個省(市、區(qū))，見表4.22.10。但又相對集中，廣東省是探明高嶺土儲量最多的省，1996年底保有礦石儲量為44 215萬t(B+C級11 791萬t)。占全國總量30.9%，其次為陜西、福建、江西、廣西、湖南和江蘇等省，保有儲量分別占總儲量的26.75%、11%、7.7%、7.64%和3.73%，其他有高嶺土儲量的省區(qū)有河北、山西、內蒙古、遼寧、吉林、浙江、安徽、山東、河南、湖北、海南、四川、貴州和云南。高嶺土礦產分布見圖4.22.1和表4.22.11。表4.22.10高嶺土礦石儲量 t4-22-10.jpg表4.22.11中國高嶺土礦產地索引表 t4-22-11.jpg t4-22-11-A.jpg t4-22-11-B.jpg t4-22-11-C.jpg 圖 4.22.1中國高嶺土礦分布圖 m4-22-1.jpg三、 資 源 特 點
中國高嶺土的礦石類型以砂質高嶺土為主，大約占總儲量的60%以上；軟質高嶺土和硬質高嶺土占總儲量分別為6%和5%左右；其它未劃分類型的高嶺土占總儲量的27%左右。 從礦石質量來看，中國高嶺土礦石大多為陶瓷用土，Al2O3含量(品位)一般為20%左右，最高可達38%以上，最低不低于10%。過去，中國造紙涂料和填料級的高嶺土比較短缺，1989年新探明的廣東茂名高嶺土礦，不僅儲量巨大，而且礦石質地優(yōu)良，達刮刀涂布級質量標準。它的發(fā)現(xiàn)，使中國進入擁有優(yōu)質高嶺土資源的大國之列。在全國高嶺土儲量中，造紙級高嶺土占41.06%，陶瓷級高嶺土占48.35%，其它如白水泥級，橡膠級和電瓷用高嶺土合計僅占10.59%。
中國高嶺土礦床以中小型為主。在保有的208個礦產地中，據(jù)《高嶺土礦地質勘探規(guī)范》礦床規(guī)模劃分標準，礦石儲量大于2 000萬t的特大型礦有江蘇吳縣觀山礦(3 421.1萬t)、福建龍巖東宮下西礦區(qū)(5 172萬t)、江西貴溪縣上祝礦(2 843.7萬t)、江西興國縣上壟礦(2 167.4萬t)、廣東茂名山閣礦(28 633.3萬t)、廣東茂名大同礦(5 661萬t)、廣西合浦縣十字路北風塘礦(5 294.1萬t)、廣西十字路區(qū)龐屋礦(2 578.1萬t)和陜西府谷縣海則廟段寨礦(35 105萬t)、陜西府谷縣沙川溝礦(2 012.7萬t)共10處；礦石儲量為2 000～500萬t的大型礦有25處；礦石儲量為500萬t至100萬t的中型礦有62處；礦石儲量小于100萬t的小型礦有111處。在大型礦床中已進行勘探地質工作的有10處，詳查的有16處，普查的有9處；中型礦床中進行勘探工作有9處，詳查的有29處，普查的有24處；小型礦床中進行勘探工作的有9處，詳查的有53處，普查的有42處。 據(jù)地質礦產部、國家建材局《我國建材非金屬礦產資源對2010年國民經(jīng)濟建設保證程度論證報告》(1995年)，1992～2000年全國高嶺土礦石累計需求量與可采儲量之比為1∶6.9，1992年～2020年礦石累計需求量與可采儲量之比為1∶3.7。表明在2010年前中國高嶺土儲量可以充分保證需要，到2020年仍可滿足需要。 中國高嶺土礦以單一礦產為主，共生礦產有明礬石、黃鐵礦、葉蠟石、膨潤土、鉀長石、瓷石、石英巖、鋁土礦、煤、貴金屬、稀有分散元素等，在選礦中盡可能回收利用伴生礦物(如用振動篩回收云母、綜合利用明礬石)和選礦后的尾砂(石英砂、長石石英砂、鉀長石砂)以及尾礦中的副礦物(如鈮鐵礦、鋯石、磷灰石)，以增加礦山經(jīng)濟效益。22.3 高嶺土礦資源的地質特征一、 礦床時空分布及成礦規(guī)律
中國高嶺土礦床類型多，其中風化淋積亞型、熱泉蝕變亞型、高嶺石粘土巖亞型都能形成規(guī)模大而質地優(yōu)良的高嶺土礦，這在世界上是比較少見的，是中國高嶺土礦床的特點。各類型高嶺土礦床時空分布及成礦規(guī)律如下。(一) 風化殘積亞型高嶺土礦床
該類型礦床與大面積中生代(燕山期)花崗巖及有關脈巖分布區(qū)相吻合，在中國南方廣泛分布。中國南方大部分地區(qū)屬于熱帶和亞熱帶氣候區(qū)，年平均溫度為15～25℃，年平均降雨量為1 000～2 000mm，干濕氣候為母巖的風化淋濾帶來良好的條件。從地形上看，風化殘積礦床往往保存在丘陵、臺地或山間盆地的殘丘上，風化深度一般為50m左右，深者可達100m以上。 熱帶和亞熱帶氣候雖然是酸性、中酸性巖強烈風化的非常重要條件，但當仔細研究高嶺土礦和巖體的關系時，往往會發(fā)現(xiàn)只在巖體邊部或在斷裂帶發(fā)育的地區(qū)，特別是經(jīng)過花崗巖自身后期的氣化-熱液作用下所產生的自變質，或受后期偉晶巖脈及其他脈巖穿插的部位；或發(fā)現(xiàn)有絹云母化、納長石化、硅化或其他熱液蝕變作用影響的地帶，加上有利風化的氣候、雨量、構造、地形等條件，才是尋找該類礦床最有利的地帶，也就是說，先期的蝕變作用疊加了后期的風化作用才是最有利的成礦條件。(二) 風化淋積亞型高嶺土礦床
在川、黔、滇交界處該類型的高嶺土礦俗稱“敘永石”，產于二疊系樂平統(tǒng)龍?zhí)睹合岛驮缍B世陽新統(tǒng)茅口灰?guī)r的巖溶侵蝕面間。山西陽泉高嶺土礦產于上石炭統(tǒng)本溪組和中奧陶統(tǒng)馬家溝灰?guī)r的巖溶發(fā)育面之間。蘇州陽東淋濾型高嶺土礦產于下二疊統(tǒng)棲霞組大理巖化灰?guī)r的巖溶溶洞內。就現(xiàn)有資料看，中國西南各省，特別是川、黔、滇交界處，二疊紀煤系發(fā)育地區(qū)有廣泛分布，也是尋找該礦床的有利地帶。 該類礦床的上部都有遭受風化的富含黃鐵礦的高嶺石粘土巖的層位存在，由于地表水及地下水的淋濾活動，以及黃鐵礦氧化所形成的酸性水溶液作用于鋁硅酸鹽礦物(母巖)生成硅和鋁的氧化物溶膠。這些溶膠向下運移，灰?guī)r溶洞部位形成管狀的1.0nm埃洛石沉淀。因此，首先必須有黃鐵礦，而且必須遭受風化，礦體之上殘留的蜂窩狀、爐渣狀多孔巖層，即黃鐵礦風化后流失的證據(jù)，礦層之上有時可見有褐鐵礦硬殼(鐵盤)，而且礦層底部灰?guī)r形成巖溶溶洞。使黃鐵礦風化和灰?guī)r發(fā)育巖溶的有利條件是地層隆起形成背斜。(三) 熱液蝕變亞型高嶺土礦床
該類礦床在中國東部主要與中生代中—晚期火山活動有關。大多數(shù)礦床賦存于侏羅系上統(tǒng)的火山巖中。該類型礦床在中國分布較廣，主要沿中國東部環(huán)太平洋西帶和華北地臺北緣侏羅紀—白堊紀火山巖帶分布。較著名的礦床有江蘇蘇州觀山、浙江瑞安仙巖和松陽峰洞巖、福建德化金竹坑、吉林長白馬鹿溝、河北宣化沙嶺子等高嶺土礦。 該類礦床大多賦存于中生代火山巖發(fā)育地區(qū)，斷裂構造和較多的巖脈穿插是有利的成礦因素。蝕變分帶明顯，堅硬的次生石英巖在地形上形成突起的陡崖。迪開石作為較高溫度的蝕變礦物，有時出現(xiàn)在礦床之中；有時高嶺土礦與葉蠟石礦、明礬石礦相伴生；有時作為內生金屬礦床的外蝕變帶存在。中國東部從粵、閩直至遼、吉，以及華北地臺北緣是尋找該類礦床的有利地區(qū)。(四) 熱泉蝕變亞型高嶺土礦床
該類礦床多與第四紀火山活動及地熱活動有關，并多沿斷裂帶分布，現(xiàn)代火山及地熱活動帶西起新疆、西藏邊陲，沿獅泉河—雅魯藏布江兩側展布，到日喀則以東向東北方面擴展，再沿怒江、瀾滄江、金沙江轉向東南。整個青藏高原及橫斷山區(qū)有大量水熱區(qū)分布(廖志杰等，1985；張知非，1985)。典型礦床有云南騰沖和西藏羊八井高嶺土礦。 該類礦床的蝕變分帶由強至弱。由熱泉出露點向兩側依次為：硅化、明礬石化、高嶺土化和泥化(泥化即以蒙脫石、綠泥石等粘土礦物為主的蝕變帶)。熱泉周圍形成了厚層的以硅華為主的泉華。硫質噴氣孔周圍有較多的明礬石沉淀。以花崗質砂礫巖為母巖，在熱水作用下所進行的堿質淋濾作用，要比常溫下風化作用快得多。高嶺土及硫、鋰、銫、硼皆可為找礦標志。(五) 沉積和沉積風化亞型高嶺土礦床
該類高嶺土礦床多屬第三紀或第四紀河、湖、海灣沉積，它們多沉積于斷陷盆地、河谷洼地或鄰近海灣，時代較老的如第三系吉林水曲柳礦床，沉積于松遼拗陷中部舒蘭盆地。時代較新的如廣東清遠高嶺土礦床，沉積于北江下游。福建同安、莆田等地的高嶺土，沉積于現(xiàn)代河口、海灣地區(qū)。有的屬現(xiàn)代沉積，有的屬早、晚更新世沉積。 這類礦床的物質來源，大多為沉積盆地周圍的花崗巖石，遭受風化剝蝕，搬運距離不遠，剖面上見水平層理或交錯層理，石英顆粒磨圓度低，分選性差，礦石礦物以石英、高嶺石類礦物為主，它的找礦標志是花崗巖風化殼附近的沉積盆地。因此，東南沿海各省花崗巖類巖漿巖廣泛分布，風化強烈，河谷海灣眾多，是找礦有利地帶。(六) 含煤地層中的高嶺石粘土巖亞型高嶺土礦床
該類礦床的分布有一定層位，常位于沉積旋回的上部，有明顯的沉積韻律。中國北方石炭紀—二疊紀煤系中夾有許多層高嶺石粘土巖，在山西雁北地區(qū)一般厚30～45cm，在內蒙古準格爾旗煤田中厚者可達數(shù)米。在山西大同、渾源、懷仁、山陰、朔縣；內蒙古烏達、海渤灣；山東新沱；陜西銅川等地石炭紀—二疊紀煤系中都發(fā)現(xiàn)了可供工業(yè)利用的高嶺土巖。過去它們只用作耐火材料，通過最近工藝實驗研究，該類高嶺土礦床是熔制光學玻璃坩堝的高級耐火材料，在熔模精鑄工業(yè)中可逐步代替電熔剛玉等昂貴的殼型材料、人工合成莫來石的主要原料。這種高嶺石粘土巖(硬質粘土)常見到的都很薄，厚僅數(shù)厘米至10cm，達數(shù)米的比較少見，大都用作含煤地層中煤層和巖層的對比體系。
在中國北方，凡是石炭紀—二疊紀煤系分布的地區(qū)，都有找到高嶺石粘土巖型(“高嶺巖”)礦床的可能。據(jù)成礦條件，對侏羅紀和第三紀煤系也有必要進行地質找礦工作。表4.22.12高嶺土礦床類型 t4-22-12.jpg
二、礦 床 類 型
以高嶺土礦床成因為基礎，根據(jù)不同成礦作用所體現(xiàn)的成礦地質、地理條件、礦床規(guī)模、礦體形態(tài)和賦存特征、礦石物質組分等方面的差異，《高嶺土礦地質勘探規(guī)范》將中國高嶺土礦床劃分為三種類型、六種亞類型(表4.22.12)。三、 典 型 礦 床
(一) 風化殘積亞型高嶺土礦床
該類礦床在中國南方廣泛分布，是中國目前陶瓷原料的主要來源。 湖南衡陽界牌高嶺土礦床是該類型的典型礦床，是中國著名的制瓷用高嶺土產地之一。該礦床處在衡陽縣與衡山縣交界地區(qū)，由衡山縣的望峰、東湖、馬跡，衡陽縣的界牌、國清、溫家坳、坪田丘、小臺嶺、大力灣、大鵝山、大排嶺、江柏堰等一系列礦床組成。這些礦床是沿一條大的斷裂帶分布，位于燕山早期白石峰二云母花崗巖與前震旦系板溪群五強組凝灰質板巖、泥質粉砂巖的接觸帶上，在這里見有條紋條帶狀鈉化混合巖、絹云母斜長片麻巖、白云母片巖、石英鈉長巖，并有偉晶巖脈穿插，這些遭受了蝕變的巖石，又遭受了強烈的風化，具有明顯的風化殼垂直分帶，形成了巨大的高嶺土礦床。
根據(jù)方鄴森等研究資料(1988)，條紋條帶狀鈉化混合巖的主要礦物成分是鈉長石、鉀長石、石英、白云母、并含有少量黑云母，微量副礦物有磷灰石、鋯石等。石英鈉長巖的主要礦物組分是石英、鈉長石、白云母、黑云母，微量副礦物有磷灰石、鋯石、石榴子石、電氣石。高嶺土主要是母巖中各種長石經(jīng)風化的高嶺土化的產物，部分是由白云母轉化而成。礦物成分以高嶺石、埃洛石、伊利石為主。礦體呈似層狀產出，走向北東，傾向北西，傾角30°～40°。礦體厚度上部為25～30m，沿傾向延伸70～150m。逐漸呈楔形尖滅。底板為鈉化混合巖，頂板為石英巖(圖4.22.2)。礦體內常見板巖、千枚巖、片巖等殘留體。優(yōu)質界牌高嶺土的化學成分見表4.22.13。
根據(jù)高介伍的研究資料(1987)，界牌高嶺土的成礦母巖應為五強溪組變質形成。后期Na、K交代將原巖中的硅質(SiO2)大量析離帶出，Al2O3含量相應提高，給高嶺土礦的形成創(chuàng)造了物質前提。后期熱液蝕變-云英巖化、黃鐵礦化、絹云母化、高嶺土化普遍發(fā)育，尤其在硅化巖發(fā)育地段更為明顯，因此，該區(qū)高嶺土礦成因應為熱液蝕變-風化雙重作用的結果。圖4.22.2湖南衡陽界牌高嶺土礦地質剖面圖①1.第四系；2.白堊系上統(tǒng)戴家坪組砂礫巖；3.混合巖；4.石英鈉長巖；5.硅化構造角礫巖；6.高嶺土礦體；7.級外高嶺土；8.廢高嶺土；9.石英巖礦；10.推測斷層及編號；11.地質界線；12.詳勘鉆孔及編號；13.補勘鉆孔及編號；①據(jù)全國礦產儲量委員會《高嶺土礦地質勘探規(guī)范》 m4-22-2.jpg表4.22.13優(yōu)質界牌高嶺土化學成分(%) t4-22-13.jpg(二) 風化淋積亞型高嶺土礦床
四川敘永埃洛石礦床分布在四川臺向斜南緣的敘永臺凹內，礦體產于龍?zhí)睹合蹬c茅口灰?guī)r之間的不整合面上，如圖4.22.3所示。圖4.22.3四川敘永大樹埃洛石礦床剖面示意圖①(鄭直等,1987)1.茅口灰?guī)r；2.埃洛石礦體；3.淋濾氧化帶中的含褐鐵礦高嶺石粘土巖；4.薄煤層；5.風化的含黃鐵礦高嶺石粘土巖 m4-22-3.jpg
礦區(qū)內及其周圍的構造主要以平緩的復式背斜為主。埃洛石礦主要分布在背斜軸部和翼部的抬升部位，常出現(xiàn)在海拔較高的山腰。單個礦體為巢狀、雞窩狀、漏斗狀等，形態(tài)復雜。底面受下伏茅口灰?guī)r巖溶溶洞的影響和限制；頂面和龍?zhí)睹合档狞S灰、黃棕色含褐鐵礦的風化高嶺石粘土巖相接觸，兩者呈漸變關系，向上過渡至半風化的含黃鐵礦高嶺石粘土巖，單個礦體面積一般為數(shù)平方米或數(shù)10平方米，厚度變化大，一般0～3m。 龍?zhí)督M含黃鐵礦高嶺石粘土巖是敘永式埃洛石礦的主要成礦物質來源。新鮮的含黃鐵礦高嶺石粘土巖為灰到深灰色，質地致密，頂部常有煤層或煤線。薄煤層下部為灰黑至深褐色的煤矸石，向下為含黃鐵礦高嶺石粘土巖。新鮮的黃鐵礦呈星散狀、樹枝狀、團塊狀等各種形態(tài)。分布在高嶺土粘土巖中，分布極不均勻。常局部富集，有時含量高達30%～40%。在黃鐵礦周圍，常含有一些淡綠色的迪開石和高嶺石混合的蠟狀物。同時還含有少量伊利石、蒙脫石的規(guī)則和不規(guī)則混層礦物。 埃洛石主要分布在風化淋積剖面的下部，礦石在外觀上呈各種顏色，主要為白色。其次為淺藍色、黃白色、黃棕色及雜色?？臻g分布上，黃棕色礦石主要分布在礦體上部，白色或淺藍色在下部，常呈似層狀，礦體底部常為黑色或黑白相間。 各種礦石的主要礦物成分為1.0nm埃洛石，其次有三水鋁石、伊利石、石膏、方解石、水鋯石英和石英，有時見三羥鋁石。敘永式埃洛石礦床的風化淋積剖面，自上而下可劃分為五個帶： (1)弱風化淋濾帶該帶 一般出露于地表，呈平緩殘丘狀。高嶺石粘土巖經(jīng)地表水淋洗發(fā)生退色而呈灰白色。黃鐵礦部分氧化，粘土巖出現(xiàn)褐斑。高嶺石礦物的結晶度降低。 (2)淋濾氧化帶 粘土巖疏松，黃鐵礦消失，出現(xiàn)較多的褐鐵礦，有些形成鐵盤，高嶺石已部分解體。 (3)淋濾淀積帶 為敘永式埃洛石的主礦體粘土巖中高嶺石消失，該帶的埃洛石不是由高嶺石轉變而成，而是通過中間的鋁、硅膠體凝聚而成。 (4)淋濾脫硅帶 形成了三水鋁石或三羥鋁石，埃洛石脫硅所排出的SiO2在附近沉淀，形成了次生石英和玉髓。 (5)灰?guī)r風化溶蝕帶 該帶位于巖溶發(fā)育面上。它是由含強酸性硫酸溶液的地下水長期對灰?guī)r侵蝕的結果，殘留的方解石碎塊和粘土物質組成了這層薄的風化殘積帶，粘土礦物以高嶺石、埃洛石、三水鋁石和伊利石/蒙脫石混層礦物為特征。該帶發(fā)育程度控制了埃洛石礦體的形態(tài)和厚度。 這種埃洛石礦體不規(guī)則，埋藏深，不便開采，但質地純凈，常為比較純的10nm埃洛石，可用于高壓電瓷、高檔陶瓷和石油催化等。(三) 熱液蝕變亞型高嶺土礦床
江蘇蘇州高嶺土礦是中國規(guī)模最大的高嶺土生產基地。主要包括陽西、陽東、觀山三大礦區(qū)，其中觀山高嶺土礦床規(guī)模又居首位。蘇州高嶺土礦成礦作用復雜，從而導致提出各種不同的成因觀點。現(xiàn)以觀山高嶺土礦床為例，討論熱液蝕變的成礦作用。 觀山高嶺土礦床位于揚子拗陷太湖隆起湖州—蘇州斷塊東緣、木犢短向斜與譚東—光福—通安斷裂北東延伸交界處。區(qū)內出露地層有：二疊系孤峰(堰橋)龍?zhí)督M砂頁巖，二疊系長興組—三疊系青龍群灰?guī)r和侏羅系龍王山組火山巖和青龍群—長興組灰?guī)r及孤峰—龍?zhí)督M砂頁巖的接觸部位。 礦區(qū)發(fā)育北北東、北東向和北西向成礦前斷裂，其間普遍有火成巖脈穿插，礦體主要受印支期剝蝕面構造所控制，呈北西向傾斜。 礦區(qū)內中生代燕山期巖漿活動強烈、頻繁，晚侏羅世發(fā)育一套以次石英安粗質凝灰?guī)r和凝灰熔巖為主的火山巖，呈巖技狀的石英安粗巖在礦區(qū)發(fā)育，同時石英二長巖和二長花崗巖在礦區(qū)局部地區(qū)有侵入。侏羅紀以后，又有多期酸性、基性巖脈侵入(圖4.22.4及圖4.22.5)。圖4.22.4江蘇蘇州觀山高嶺土礦床地質略圖①1.侏羅系上統(tǒng)龍王山組；2.三疊系青龍群；3.二疊系下統(tǒng)孤峰組；4.石英二長斑巖；5.次石英安粗巖；6.花崗斑巖；7.輝綠玢巖；8.不整合界線；9.大理化灰?guī)r；10.高嶺土礦；①據(jù)江蘇省地礦局第四地質大隊資料 m4-22-4.jpg圖4.22.5江蘇蘇州陽西高嶺土礦床地質剖面圖①1.第四系；2.二疊系下統(tǒng)棲霞組大理巖；3.泥盆系中下統(tǒng)茅山群石英砂巖、砂巖、粉砂巖；4.角礫巖；5.石英閃長玢巖；6.流紋斑巖；7.夕卡巖；8.赤鐵礦；9.高嶺土礦體及編號；10.劣質高嶺土；11.高嶺土玉髓褐鐵礦巖；12.地質界線；13.鉆孔及編號；14.淺井及編號；15.溶洞；①據(jù)全國礦產儲量委員會《高嶺土礦地質勘探規(guī)范》 m4-22-5.jpg 礦區(qū)內中、低溫熱液蝕變活動普遍，主要與火山活動后期熱液活動有關，晚期巖脈侵入又有疊加蝕變作用。形成各種蝕變礦物組合，蝕變分帶特征簡述于下。 (1)大理巖化帶位于礦體下部，多為礦體的底板，在剝蝕面或破碎帶附近常為硅化大理巖。 (2)菱鐵礦化帶呈孤立透鏡體斷續(xù)產于大理巖化帶與高嶺土化帶之間，有時直接為礦體的底板，含少量黃鐵礦、菱錳礦、閃鋅礦、方解石和石英等。地表處常為褐鐵礦。 (3)高嶺土化帶呈不規(guī)則似層狀、透鏡狀或脈狀產出，厚度平均為20m。主要礦物為高嶺石和埃洛石，少量絹云母、明礬石、黃鐵礦、石英。下部因淋濾改造作用形成較多的1.0nm埃洛石和三水鋁石。高嶺石有序度較高，常為完好的六方片狀，大多在1μm左右，也有較大的蠕蟲狀疊片。在富水條件下，易生成1.0nm埃洛石。 (4)明礬石化帶常呈繼續(xù)似層狀或透鏡狀，厚度變化不一，有時與高嶺土化帶呈互層或合并，主要礦物為明礬石，含高嶺石、埃洛石、黃鐵礦和石英。 (5)絹云母、硅化帶該帶為礦體頂板，礦物以次生石英為主，絹云母次之，伴有少量黃鐵礦、明礬石。局部有少量氯黃晶。該帶下部絹云母有所增多，并有少量高嶺石。 不同蝕變帶中，主要特征蝕變礦物分布則具有明顯的指帶意義。 明礬石在高嶺土和火山巖中均大量出現(xiàn)，常呈自形菱形晶體，大小在15～20μm之間，以鉀明礬石為主，K2O含量可達9.28%，在高嶺土中呈團塊狀或條帶狀。另一種則呈細粒狀產出。(四) 現(xiàn)代熱泉蝕變亞型高嶺土礦床
本亞型礦床典型代表為云南騰沖和西藏羊八井礦。蝕變溫度一般不超過200℃，礦石成分常以高嶺石、埃洛石、明礬石、蛋白石、石英為主。 云南騰沖高嶺土礦床位于騰沖地熱區(qū)以熱泉為中心約100km2區(qū)域內。主要包括硫磺塘、澡塘河、黃瓜菁、襄宋熱水塘等數(shù)十個泉群，區(qū)內出露的地層自下而上為：下古生界高黎貢山群絹云母千枚巖、片巖、片麻巖等變質巖。石炭系勐洪群的泥巖、板巖、含礫雜砂巖、角巖和白云巖組合。上第三系分兩個組：南林組為花崗質砂礫巖，砂頁巖夾少量煤層，為主要含礦層；芒棒組為灰黑色致密狀玄武巖直覆于南林組之上。第四系以火山堆積和河湖相堆積為主(圖4.22.6)。圖4.22.6云南騰沖地熱區(qū)黃瓜菁—硫磺塘熱泉地質圖①1.晚更新世早期玄武巖；2.早更新世安山巖；3.早更新世粗玄巖；4.新第三系花崗質砂礫巖；5.燕山期花崗巖；6.斷層；7.地熱顯示處；①據(jù)云南騰沖地熱地質隊資料 m4-22-6.jpg
地熱區(qū)內巖漿活動頻繁，持續(xù)時間長，從燕山期至近代的整個地史時期，形成了一套由深成—中深成—淺成侵入直至噴出的巖漿旋回。尤其是新生代以來強烈的基性—中性的火山噴發(fā)，形成了宏偉壯觀的火山地貌和千姿百態(tài)的地熱景觀。 區(qū)內基底巖石由燕山期花崗巖組成。被南北斷裂帶切割，以硫磺塘—魁閣坡斷裂和杏塘—熱水塘斷裂為主，近南北向分布。地熱區(qū)內分布著許多低溫、中溫、中高溫和高溫熱泉、沸泉、噴氣孔等。大都呈東西向和南北向，與區(qū)域構造方向一致。熱水區(qū)水熱蝕變強烈，巖石發(fā)生硅化、高嶺土化和泥化作用，出現(xiàn)了以高嶺土礦物為主的一系列中、低溫蝕變礦物。其特征見表4.22.14所示。 除上述表中所列的蝕變礦物外，還出現(xiàn)一些石膏、磷鈣鋁石、菱磷鋁鍶石和磷鋁鈰礦及沸石類礦物。 上述蝕變礦物中能指示水熱溶液化學性質的(主要是pH)有以下幾種：氧化硅礦物、明礬石、高嶺石和迪開石，2∶1型粘土礦物(主要為蒙脫石和綠泥石)及規(guī)則混層礦物。表4.22.14云南騰沖地熱區(qū)水熱蝕變分帶 t4-22-14.jpg(五) 沉積和沉積-風化亞型高嶺土礦床
該類礦床其礦石呈泥沙狀塊體，松軟而未壓實板結。 礦石類型分為軟質粘土和砂性高嶺土，前者含砂量低，有較多無序高嶺石，晶片呈破裂狀，礦層透水性差，鐵質不易淋濾遷移。一般含鐵、鈦較高，如廣東清源、吉林水曲柳的高嶺土礦床屬此類，大部作耐火粘土使用。后者大都是含高嶺土的長石、石英砂層或砂礫層。透水性好，沉積于盆地之后，又遭受進一步風化淋濾。若有腐殖質造成的酸性還原環(huán)境，則可生成結晶度好的片狀高嶺石，含鐵、鈦低，白度高，是優(yōu)質造紙涂料。如廣東茂名、廣西合浦的高嶺土礦床屬此類?，F(xiàn)以廣東茂名高嶺土礦床為例敘述如下。 廣東茂名高嶺土礦位于茂名市北郊金塘、山閣、羊角一帶。高嶺土產于第三紀盆地內。盆地總體為不對稱向斜構造，走向北西，盆地下部為下第三系油柑窩組，為一套砂礫巖、砂巖和油頁巖沉積，夾褐煤和泥質薄層。厚度為26～116m。其上為上第三系中新統(tǒng)黃牛嶺組，為一套砂礫巖、砂巖、砂質粘土夾泥巖沉積。其下部是主要的高嶺土含礦層。黃牛嶺組厚75～157m。再上為中新統(tǒng)老虎嶺組，是一套砂礫巖、泥巖和粘土沉積，其下部含高嶺土礦層。這組總厚為450m。 高嶺土礦層呈層狀、似層狀產出。出露面積約30km2，含礦層巖性均勻，為含礫長石石英砂巖，長石大部分已轉變?yōu)楦邘X石。礦石結構松散、經(jīng)過淘洗，高嶺石很易富集。 茂名高嶺土礦物以石英和高嶺石為主，僅含少量伊利石，不含埃洛石和蒙脫石。原礦中高嶺石含量較低，占20%～40%，石英含量約占50%～80%。經(jīng)過精選，得到小于2μm精土后，石英含量可降至1%以下。淘出精礦中鐵、鈦含量小于1%，有機質含量一般為0.02%～0.03%。茂名高嶺土原礦化學成分見表4.22.15。表4.22.15廣東茂名高嶺土原礦化學成分(%) t4-22-15.jpg 精礦經(jīng)化學漂白處理，白度可達83%～88%。高嶺石粒度細小，自然解理好，疊片狀和書冊狀集合體少見。在-320目的粗精礦中小于2μm 粒級片狀高嶺土含量可達54%～55%。茂名高嶺土礦床的成礦物質來源是盆地周圍的片麻巖、混合巖、花崗巖及酸性火山巖。它們在第三紀濕熱氣候條件下，遭受強烈風化。石英、微斜長石、白云母以及花崗質巖。圖4.22.7山西大同煤田“高嶺巖”賦存層位柱狀示意圖①①據(jù)山西省地質局211隊及常青資料 m4-22-7.jpg
屑的風化和半風化物質，經(jīng)河流的短距離搬運，在盆地中沉積下來。這種以長石、石英為主要成分的砂礫層，透水性良好，砂礫層中常夾有煤線和含黃鐵礦。砂礫層之上下皆有油頁巖、褐煤層。綜合來看，是一個富含有機質的酸性還原沉積環(huán)境，有機酸有利于鐵質的淋濾。這些成礦作用的疊加，就形成粒度細、純度高，含鐵低的片狀高嶺石的巨大、優(yōu)質涂布級高嶺土礦床。(六) 含煤地層中的高嶺石粘土巖亞型礦床
典型例子為大同含煤建造沉積型高嶺土礦床，為沉積成巖所形成的硬質高嶺土(又稱高嶺巖)礦床，也是我國北方瓷用和耐火材料用高嶺土的重要基地。礦區(qū)與大同煤礦一致，位于山西省大同市西南，呈北東-南西向分布，橫跨云崗、懷仁、渾源、山陰、平魯、朔縣等地，面積約2 000km2，構造位置屬云崗—平魯構造盆地。結晶基底為太古宇桑干群的變質巖系，上覆自古生代到新生代以來的大部分地層。含礦巖系與含煤巖系完全一致，主要是石炭系上統(tǒng)的太原組，其次是二疊系下統(tǒng)山西組。高嶺石礦層與煤層緊密共生(圖4.22.7)，一般為煤層夾矸，并有產于頂?shù)装逯姓摺ＬM分布著九層煤，其間夾有11層高嶺土。其中：4號礦層在北部的同家梁、口泉一帶最為發(fā)育，礦層有時分叉和合并，單層厚度一般近1m，最大的厚度可達2m，礦石為粗晶和細晶高嶺巖，層位穩(wěn)定，質量好；5號礦層在煤田中部峙峰山至鵝毛口一帶發(fā)育，平均厚度2.25m，礦石為深灰到黑色的膠狀高嶺巖，常含少量一水軟鋁石，故燒失量和Al2O3含量偏高，而SiO2偏低；6號礦層質量好，層位、厚度穩(wěn)定，分布面積廣，從山陰、馬營、懷仁、峙峰山、吳家窯直至大同口泉一帶均有發(fā)現(xiàn)，為本區(qū)主要的制瓷高嶺土礦層，礦層分兩層，上層為細晶高嶺石巖(俗稱黃瓜石)，下層為粗晶高嶺巖(俗稱砂石、黑砂石)，單層厚度為0.2～0.5m；8號礦層廣泛分布全區(qū)，礦石為膠狀高嶺石平均厚度0.34m，礦石質量好；其余礦層經(jīng)濟意義不大。
本區(qū)礦石自然類型可分粗晶高嶺巖、細晶高嶺巖、隱晶質及隱晶質含一水鋁石的高嶺巖、碎屑狀高嶺巖等四種。礦石化學成分為硅低鋁高型，礦石化學成分見表4.22.16。其中6號礦層的礦石最接近高嶺石的理論值。
大同煤田中的高嶺土礦，燒成白度高，熱穩(wěn)定性及結合性好，已被許多廠、礦用來生產日用瓷和面磚。雁北陶瓷研究所還用懷仁縣峙峰山的粗晶高嶺石礦配以石英、長石、滑石、軟質粘土，試驗生產白度為85%高白瓷。其中高嶺石礦石用量坯料為40%，釉料7%～9%。
表4.22.16山西大同煤系地層中高嶺土的化學成分(%) t4-22-16.jpg22.4 高嶺土礦資源的開發(fā)階段一、 地 質 勘 查
根據(jù)礦床規(guī)模(延展面積、礦石儲量)、礦體形態(tài)復雜程度(礦體形態(tài)及其平面、剖面形態(tài)的變化程度)、礦體內部結構復雜程度(礦石質量穩(wěn)定程度、礦體中夾石、夾層的含量)、構造復雜程度(斷層、褶皺、風化侵蝕切割、巖溶等構造和巖脈對礦體的影響破壞程度)，《高嶺土礦地質勘探規(guī)范》將高嶺土礦床分為四個勘探類型。
(1) 第一勘探類型 主要礦體形態(tài)規(guī)則，內部結構和構造簡單的特大—大型礦床。
(2) 第二勘探類型 主要礦體形態(tài)規(guī)則—較規(guī)則，內部結構和構造簡單—中等的中型礦床和不屬于第一勘探類型的特大—大型礦床。屬于本類型的有湖南界牌、江西砂子嶺、廣東清遠、遼寧東溝、江蘇觀山等高嶺土礦床。 (3) 第三勘探類型 主要礦體形態(tài)規(guī)則—不規(guī)則，內部結構簡單—中等的小型礦床。主要礦體形態(tài)不規(guī)則或內部結構、構造復雜的大、中型礦床。屬于本類型的有江蘇陽東、陽西、砂墩頭、湖南干沖、黃茅園、江西星子、福建高山、大布林、浙江大賢寺等高嶺土礦床。
(4) 第四勘探類型 形態(tài)極不規(guī)則或內部結構和構造復雜的小型礦床。屬于本類型的有四川敘永、古藺、威遠、大小柏園、貴州習水等高嶺土礦床。 高嶺土的勘探一般以鉆探為主，以探槽、淺井(包括小圓井和帶岔淺井)、小平硐等輕型坑探工程為輔，對某些埋藏深、厚度不大的礦體，當經(jīng)濟可行時可以以淺井為主要探礦手段。對露天采場、老硐和礦山坑道資料應充分利用。探求B級、C級儲量的勘探工程間距見表4.22.17。表4.22.17探求B、C級儲量勘探工程間距 t4-22-17.jpg 中國高嶺土礦床勘探一般工業(yè)指標見表4.22.18。表4.22.18高嶺土礦床一般工業(yè)指標 t4-22-18.jpg 按造紙涂料要求評價高嶺土礦床一般工業(yè)指標見表4.22.19。表4.22.19按造紙涂料要求評價高嶺土礦床一般工業(yè)指標 t4-22-19.jpg二、 礦 山 開 采
中國所產高嶺土70%～80%用于陶瓷及耐火材料，大部分直接利用原礦，低檔的作耐火材料。江蘇蘇州高嶺土礦為軟質高嶺土，品位高，可直接在工業(yè)上利用，其手選１號泥比手選４號泥價格高10多倍，因此開采時要求保護優(yōu)質土，保護原礦的純度并使其不變成碎屑狀，過去多在回采工作面進行人工選別回采，現(xiàn)在開采規(guī)模大了，但為與手選廠的銜接，仍然要注意選別回采。高嶺土的原礦價格相差較大，例如：蘇州中國高嶺土原礦價為230元／t，福建龍巖高嶺土公司原礦價為90元／t，吳縣青山白泥礦原礦價為203.5元／t，原礦售價影響采礦方法和開采工藝的選擇。廣東茂名高嶺土為砂性高嶺土，水采水運，主要生產造紙涂料級高嶺土，不存在原礦出售問題，其低檔產品作陶瓷用、填料用。近年來煅燒高嶺土在國內外市場很受歡迎，國內一般是煤系硬質高嶺巖(土)經(jīng)深加工處理而得，硬質高嶺巖(土)由于是和煤共伴生，其開采是按煤的開采情況及其本身的賦存情況來定，現(xiàn)由煤炭部綜合利用部門管理，國內尚未單獨開采，以下將不述及。(一) 開采方法和開采規(guī)模的劃分
高嶺土礦的開采方法有露天開采和地下開采。風化殘積型高嶺土礦多露天開采，如茂名的砂性高嶺土。其他熱液蝕變型和沉積型礦床淺部用露天開采，深部用地下開采。 采用露天開采的礦點多，但多數(shù)是中小型礦山，大型的有福建龍巖高嶺土公司、廣東茂名高嶺土公司、廣東茂名南方高嶺土公司。原蘇州中國高嶺土公司所屬陽西礦區(qū)、陽東礦區(qū)都曾用過露天開采。地下開采規(guī)模較大的有：江蘇蘇州陽西豎井、觀山豎井、陽東的白善嶺礦和吳縣青山白泥礦等。 開采規(guī)模的劃分，采用二種辦法：一是按礦石量計；二是按精礦量計，見表4.22.20。表4.22.20高嶺土礦開采規(guī)模劃分表(萬ｔ/a) t4-22-20.jpg(二) 開 拓 運 輸
高嶺土礦露天開采的開拓運輸用得較多的有3種：一為鐵路窄軌開拓，用7t，或10t，或14t電機車牽引1m3礦車。原蘇州中國高嶺土公司所屬陽東、陽西的露天開采都曾用過。二是配合水槍開采用砂泵進行水力輸送，將礦漿從設于礦塊中的集漿池用砂泵輸送至精選廠，如廣東茂名高嶺土公司和廣東茂名南方高嶺土公司。三是公路開拓汽車運輸，如福建龍巖高嶺土礦，是風化殘積型高嶺土礦砂性高嶺土，但由于水資源不豐富，因此仍用一般露天開采方法公路開拓，用17t自卸汽車將礦石由回采工作面運至選礦廠。又如廣東潮州飛天燕瓷土礦也是用公路開拓汽車運輸。 地下開采的開拓運輸按主要開拓巷道的類型來劃分：一是豎井開拓，如蘇州中國高嶺土公司所屬陽西豎井是采用下盤豎井，正在建設中的觀山礦是采用上盤豎井；吳縣青山白泥礦的深部開采是采用下盤豎井。二是斜井開拓如蘇州中國高嶺土公司原陽西主斜井工程采用底盤斜井開拓；吳縣青山白泥礦的淺部開采也用底盤斜井。三是聯(lián)合開拓，如蘇州中國高嶺土公司所屬陽東白善領礦采用平硐-盲斜井聯(lián)合開拓。 地下開采主運輸巷道通常設于底板內，離礦體20～40m，礦體邊部設通風斜井，形成對角式通風系統(tǒng)，階段高度一般為25～40m。 地下開采的井巷工程高嶺土礦山有很大的特殊性，礦石堅固性系數(shù)ｆ＝1～2，軟松易碎，具有可塑性，自然狀態(tài)時塑性指數(shù)較大，遇水后有吸水性和膨脹性，同時還具有隔水性，是典型的塑性介質，屬塑性體。地下開采活動基本上是在塑性區(qū)和似塑性區(qū)范圍內進行。礦體中巷道開掘后的地壓特征。 1)圍巖變形量大，有流變性。例如，蘇州中國高嶺土公司所屬地下礦，采場采用間隔木棚支護，斷面1.6m×1.8m，木棚間距0.6～0.8m，7～12d頂板下沉量達50～60cm，差不多7～15d就需翻修一次。要求巷道開掘后立即支護。
2) 在變形活動中，還伴隨著由于高嶺土的吸水性能而引起的體積膨脹。隨著其含水量的不斷增加，又引起其物態(tài)變化，由固態(tài)到半固態(tài)而紛紛片落，因此，除塑性外又有“松”的特點。
3) 高嶺土礦體有的含蒙脫石，而蒙脫石吸水后容易膨脹，在高嶺土的變形中也有蒙脫石吸水膨脹的影響，應該重視蒙脫石的含量。
4) 采場動壓對下部采準巷道的影響可以不考慮。動壓的局部作用往往消耗于高嶺土的變形，而沒有傳遞下去。 脈內巷道應采取封閉支護。按彈塑性理論，在塑性區(qū)內側壓與頂壓相等，這種情況從最佳受力性能的角度出發(fā)，應當采取圓形支護。但是實測證明塑性介質中側壓一般是略小于頂壓的，設計成橢圓形或似橢圓形巷道是可以的。 采區(qū)中分層巷道，由于采場地壓特別大，采用一種柔性的圓形料石支護在蘇州中國高嶺土公司的礦山應用得較成功，料石支護時不用砂漿，料石間墊以1～1.5cm厚的木板塊，支護后由于木塊的可壓縮性使地壓峰值消耗在支護的變形能上，從而使地壓穩(wěn)定下來，國內外，在地壓特別大的區(qū)域也有用這種柔性支護的，但不是用料石而是用混凝土預制塊或鋼筋混凝土的裝配式預制件。(三) 開 采 工 藝
露天開采礦山規(guī)模小的多用手鎬或風鎬挖掘，工作面運輸用窄軌鐵路，由于礦車車幫矮，可用人工裝車，剝離仍用鑿巖爆破進行，原蘇州中國高嶺土公司所屬陽東、陽西礦區(qū)的淺部開采都曾用過。大型礦山礦石直接用挖掘機挖掘，例如福建龍巖礦用WK-2型挖掘機，湛江山岱礦用WY-32型電動液壓挖掘機。挖后裝入自卸汽車送至選礦廠，例如福建龍巖礦用17t的自卸汽車，湛江山岱礦用10t自卸汽車。硬性巖石剝離用鑿巖爆破法，例如福建龍巖礦用CLQ-80A型履帶式潛孔鑿巖機鑿巖，硝銨炸藥爆破，然后用挖掘機裝上自卸汽車外運至排土場。表土層的剝離，有用挖掘機反鏟挖掘及裝車也有用推土機先集堆，再用挖掘機裝車的。 砂質高嶺土可利用礦石松軟含砂率高遇水易崩解的特點采用水采水運，例如廣東茂名高嶺土公司和廣東茂名南方高嶺土公司，鑒于當?shù)責o冰凍期，水資源又豐富，都采用水采水送。礦石經(jīng)水槍沖采，礦漿通過沖礦溝至集漿池。集漿池布置在礦塊中部，一個礦塊一個。礦漿輸送用碴漿泵通過直徑為250mm塑料管輸送至粗選廠。水槍技術性能見表4.22.21。高嶺土礦的水采水運在英國用的也較多，它的主要優(yōu)點：開采工藝簡單，設備簡單，勞動生產率高，將選礦廠的制漿工序提前進行，采選一體化。其上部覆蓋物的剝離是采用干剝干運。表4.22.21水槍技術性能表 t4-22-21.jpg圖4.22.8江蘇蘇州中國高嶺土公司分層崩落法圖1.下盤沿脈運輸巷道；2.穿脈運輸巷道；3.天井；4.分層巷道；5.回采進路；6.竹笆假頂；7.頂柱；8.間柱 m4-22-8.jpg
地下開采礦山如蘇州中國高嶺土公司所屬各礦和吳縣青山白泥礦，按松軟厚礦體的特點，多年來一直采用分層崩落法，每一分層由頂板向底板、由采區(qū)邊界或礦塊邊界向放礦天井布置進路后退回采，礦塊面積控制在800～1 000ｍ２，每分層開采時間為3～4個月，這樣可減少巷道的維修量。分層采完后，考慮再生頂板的形成，要停1～2個月再開采下一分層，見圖4.22.8?；夭蓵r不用爆破方法而是用風鎬及手鎬，國外有用沿進路自動前進的刮刀采裝聯(lián)合機進行回采的。高嶺土礦底板大理巖中含有純氮氣，在天井掘進時會從裂隙中噴出，所以在風量計算中要考慮稀釋氮氣問題，要采取預防措施，快速確定工作面的空氣成分并設自動報警裝置，選擇效果好的混合通風方式。關于崩落問題，與一般采用分層崩落法的礦山相比也有特殊性。一般使用分層崩落法的礦山，地表形成陷坑，積聚雨水和地面水，回采工作面是水淋淋的，高嶺土礦山地表也形成陷坑并積水，但回采后遺留的殘積礦物所產生的再生頂遇水膨脹能起隔水作用，一般回采工作面很少有水。但有時放礦使再生頂松動，下沉不均勻，會使上部積水呈泥漿狀沖出，這種事故屢有發(fā)生。因此高嶺土礦山必須對地表的塌陷坑采取綜合性的防水措施，并注意崩落放頂問題。三、 選礦與加工
(一)選礦加工方法
為分離高嶺土中的石英、長石、云母、鐵礦物、鈦礦物等非粘土礦物及有機質，生產出能滿足各工業(yè)領域需求的高嶺土產品，除了采用重選、浮選、磁選等對高嶺土進行提純除雜外，有時還要采用化學漂白、超細剝片、煅燒、表面改性等深加工方法對高嶺土進行處理。
1.水力分級 水力分級包括螺旋分級(分離＋1mm粗砂)、沉淀池分級(分離＋0.053mm細砂)、水力旋流器分級(分離-0.053mm細砂)、離心分級機或小直徑水力旋流器分級(用于0.002～0.010mm超細粒度分級)。 2.高梯度磁選 利用聚磁介質產生1 600kA/m以上的磁場強度，除去高嶺土中的Fe2O3和TiO2，生產造紙涂料和高級陶瓷原料。 3.選擇性絮凝
通過加入絮凝劑，選擇性分離出細粒石英、黃鐵礦、明礬石等雜質，生產刮刀涂布級高嶺土。常用絮凝劑有六偏磷酸鈉、聚丙烯酰銨、水玻璃等。
4.化學漂白 加入保險粉等漂白劑使高嶺土中褐鐵礦、赤鐵礦的高價鐵還原為可溶性亞鐵，或加入氧化劑氧化黃鐵礦和染色雜質，提高高嶺土白度。 5.剝片
在剝片機中采用攪拌細介質球產生磨剝作用，使高嶺土集合體顆粒分離成薄片晶體，生產粒度小于2μm含量達90%以上的刮刀涂布級高嶺土。 6.煅燒
在800～1 000℃下煅燒時，高嶺土失水，物相轉化，同時部分雜質揮發(fā)，提高高嶺土白度和絕緣性，生產電纜和橡膠塑料填料。煅燒是煤系(硬質)高嶺土必需的加工方法。 7.表面改性 將高嶺土用偶聯(lián)劑等進行包敷處理，提高其在塑料橡膠中的添加量，用于處理橡膠塑料用高嶺土填料。
(二) 工 藝 流 程
高嶺土的選礦加工分為干法和濕法兩種工藝。 干法一般是將采出的原礦經(jīng)過破碎機破碎至25mm左右，給入籠式破碎機中，使粒度減小至6mm左右。吹入到籠式破碎機內的熱空氣將高嶺土的水分由采出時的20%左右降至10%左右。 碎后的礦石再經(jīng)配有離心分離機和旋風除塵器的吹氣式雷蒙磨進一步磨細。該工藝可將大部分砂石除去，適用于加工那些原礦白度高、砂石含量低、粒度分布適宜的礦石。干法加工生產成本低，產品通常用于橡膠、塑料及造紙等工業(yè)的低價填料。 濕法加工工藝包括泥料的分散、分級、雜質分選和產品處理等幾個階段。一般原則流程為：原礦→破碎→搗漿→除砂→旋流器分級→剝片→離心機分級→磁選(或漂白)→濃縮→壓濾→干燥→陶瓷級或造紙涂料級產品。 煤系(硬質)高嶺土加工的一般原則流程為：原礦→粉碎→搗漿→旋流器分級→剝片→離心分級→濃縮→壓濾→內蒸干燥→煅燒→解聚→填料級或造紙涂料級高嶺土。(三) 選 礦 實 踐
1.中國高嶺土公司觀山選礦廠
中國高嶺土公司觀山選礦廠的高嶺土原礦來源于蘇州市西郊的陽西、陽東兩個礦區(qū)，屬軟質和砂質高嶺土。礦石主要成分為高嶺石、埃洛石，其次為蒙脫石，另含少量石英、黃鐵礦、明礬石及有機雜質。選礦工藝流程如圖4.22.9所示。搗漿用雙軸立式搗漿機，產品處理采用沉淀池濃縮、壓濾機脫水、鏈板干燥機烘干。采用水簸及漂白作業(yè)時，可生產刮刀涂布級高嶺土。
圖4.22.9中國高嶺土公司觀山選礦廠工藝流程
m4-22-9.jpg
觀山選礦廠設計生產能力為每年50 000t，原礦最大粒度300mm，入搗漿機最大粒度50mm，入選最大粒度0.5mm，原礦品位Al2O3 26%～35%，原礦水分20%～23%，尾礦品位Al2O3 20%～24%，選礦回收率61.97%。
2.湛江市高嶺土聯(lián)合開發(fā)公司
該公司選礦廠位于湛江市，原礦來自湛江市山岱高嶺土礦區(qū)，屬風化殘積型砂質高嶺土礦。主要礦物為高嶺石、埃洛石和水云母，其次為長石、石英、白云母，少量有害雜質為赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、白鈦礦、鈦鐵礦和金紅石。選礦廠工藝流程如圖4.22.10所示。選礦廠設計能力為每年43 500t，入選礦石粒度為30mm，水分24%～25%，選礦回收率81.5%。主要產品為造紙涂料級、填料級和陶瓷級高嶺土。
圖4.22.10湛江高嶺土開發(fā)公司選礦工藝流程
m4-22-10.jpg
3.山西金洋煅燒高嶺土有限公司
該公司位于山西省忻州市，原礦來自大同市吳家窯石炭系太原組4號煤層的夾層，屬煤系高嶺土。礦石中高嶺石含量95%以上，SiO2 44.10%，Al2O3 39.34%，Fe2O3 0.33%，TiO２ 1.00%, CaO 0.24%, MgO 0.11%，K2O 0.03%，Na2O 0.08%，MnO 0.003%，S 0.022%。礦石質量好，資源豐富。選礦廠工藝流程見圖4.22.11。選礦廠設計生產能力10 000t/a，品質量見表4.22.22及表4.22.23。產品中 -2μm粒級含量92%，白度大于93%，pH值6.7～7.6，水分小于0.5%，粘濃度74(500mPa·S固含量)。質量達到美國造紙涂布級煅燒高嶺土的標準。
圖4.22.11山西金洋煅燒高嶺土有限公司煅燒高嶺土工藝流程圖
m4-22-11.jpg
入選礦石最大粒度350mm，經(jīng)手選、洗礦、顎式破碎至 -35mm，經(jīng)4R3216雷蒙磨粉碎至 -325目，加水制漿，進入BP80剝片機濕磨至625目，料漿直接噴霧干燥，進入英國進口間接加熱回轉窯煅燒，燒后經(jīng)過美國進口打散機解聚，再用德國進口分級機分級，分級產品包裝待運。
表4.22.22山西金洋煅燒高嶺土有限公司產品化學成分
t4-22-22.jpg
表4.22.23山西金洋煅燒高嶺土有限公司產品性能
t4-22-23.jpg
22.5 高嶺土礦資源的供需形勢
一、 生 產 現(xiàn) 狀
中國目前有縣以上高嶺土礦山企業(yè)100余個，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)或采礦點700余個。中國高嶺土生產能力估計超過300萬t，選礦能力50余萬t。中國高嶺土主要產區(qū)在江蘇、廣東、廣西、福建和江西等省(區(qū))。年產10萬t高嶺土原礦的礦山企業(yè)有：江蘇蘇州中國高嶺土公司；廣東湛江高嶺土公司、茂名市南山閣瓷土公司、茂名高嶺土公司、茂名石化礦業(yè)公司；福建龍巖高嶺土公司。機選能力在10萬t以上的礦山企業(yè)有：江蘇蘇州中國高嶺土公司和廣東湛江高嶺土公司。 此外，中國現(xiàn)有煤系高嶺土企業(yè)20余個，年產能力約30萬t。目前在建和擬建的煤系高嶺土礦山企業(yè)10余個，年設計能力20余萬t。 世界上有60多個國家和地區(qū)生產高嶺土。根據(jù)1996年美國“Mineral Commadity Summaries”資料看，1995年世界高嶺土總產量為1 903.7萬t，比1994年增長5％。美國、英國、烏克蘭、中國、巴西是世界主要的高嶺土生產國，其產量合計占世界總產量的78％。美國是世界最大的高嶺土生產國，1995年高嶺土產量達949萬t，占世界高嶺土總產量的50％左右；英國是歐洲高嶺土的最大生產國，1995年高嶺土產量達265萬t，其ECC國際有限公司是英國乃至世界上最大的高嶺土生產公司，其產量占全英高嶺土產量的90％以上，年生產能力為250萬t，若加上在美國和巴西等地的分公司產量，ECC公司年產高嶺土可達500萬t左右；中國是世界上第三大高嶺土生產國，1995年高嶺土產量為147.93萬t，1996年為235.35萬t。1990～1996年中國高嶺土產量和中國部分省區(qū)高嶺土產量見表4.22.24、4.22.25。表4.22.24 1990～1996年中國高嶺土產量(萬t) t4-22-24.jpg表4.22.25 1990～1996年中國部分省區(qū)高嶺土產量(萬ｔ) t4-22-25.jpg二、 生 產 布 局
中國高嶺土生產礦山及煤系高嶺土加工企業(yè)的分布見附圖4.22.12，表4.22.26。從圖中可見，中國高嶺土產地分布地域較廣，但主要集中在湖南、廣東、江西、福建和江蘇五省(區(qū))。1996年湖南省高嶺土產量居中國之首，占中國高嶺土總產量的21.24％；廣東省居第2位，占20.40％；江西省居第3位占16.31％。煤系高嶺土加工企業(yè)主要集中在山西、內蒙古、陜西、山東、河北等省(區(qū))。主要煤系高嶺土加工企業(yè)生產情況見表4.22.27。表4.22.26中國主要高嶺土礦煤系高嶺土加工企業(yè) t4-22-26.jpg表4.22.27中國主要煤系高嶺土加工企業(yè)生產情況 t4-22-27.jpg t4-22-27-A.jpg 圖 4.22.12中國高嶺土礦及煤系高嶺土加工企業(yè)分布圖 m4-22-12.jpg三、 供 需 形 勢
80年代以來，世界上高嶺土總產量一直穩(wěn)定在2 000萬t左右。1996年中國高嶺土產量為235 ．35萬t，若扣除部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)質量不合格的產品和加工生產庫存量外，其實際可供量為150萬t左右。 長期以來，世界一些發(fā)達國家高嶺土的消費主要集中在造紙、陶瓷、油漆和塑料四大領域。80年代以來，世界高嶺土消費量穩(wěn)定增長，目前已達2 000萬t左右。其中，造紙消費量占總消費量的50％以上，產品供不應求，尤其是造紙?zhí)盍霞壐邘X土在世界范圍內短缺。但由于各國資源條件及工業(yè)發(fā)達程度的差異，其高嶺土的應用結構區(qū)別較大，如英、美、日等國家50％以上高嶺土都用于造紙工業(yè)。 中國約80％的高嶺土主要應用在陶瓷業(yè)，造紙工業(yè)用高嶺土所占比例較小。1996年中國高嶺土的消費量超過100萬t，其消費結構大致是：陶瓷和耐火材料工業(yè)占80％；造紙工業(yè)占10％；橡膠工業(yè)占3％；其他行業(yè)占7％。從高嶺土可供數(shù)量看，供求基本平衡或略有剩余；但從品種上看，優(yōu)質高嶺土供不應求，特別是造紙用涂布級高嶺土尚有缺口，每年仍需從國外進口。 目前，高嶺土的世界貿易量為650萬t左右，約占世界總產量的30％。主要出口國為英國、美國、巴西、中國等。英、美兩國高嶺土的出口量分別占世界貿易量的45％和30％左右，且多年來一直控制著國際市場。英國高嶺土主要出口到德國、芬蘭、意大利和法國等，近年來，英國高嶺土出口量隨著產量下降有所減少；相反，美國高嶺土出口量卻有所上升。英、美兩國高嶺土出口產品主要為剝片土、煅燒土和改性土。 世界高嶺土主要進口國是日本、意大利、加拿大、芬蘭、法國等。其中，日本是世界最大的高嶺土進口國，年進口量占世界貿易總量的1/6左右。 自80年代后期以來，中國高嶺土對外進出口業(yè)務日益擴大。1989年首次超過10萬t；1991年出口量達到31.49萬t；1992年上升到37.70萬t；1996年出口量為88.22萬t，創(chuàng)匯額為1 927萬美元，較1995年分別增長100.5％和11.58％，出口平均價為21.84美元/t；1996年中國進口高嶺土3.72萬t，用匯959萬美元，較1995年分別增長20.78％和26.68％；進口平均價為257.80美元/t。中國高嶺土出口產品主要是陶瓷級高嶺土；進口產品主要是造紙級優(yōu)質高嶺土。中國高嶺土產品的進出口貿易是高進低出，因此經(jīng)濟效益較差。中國高嶺土產品出口的主要流向是：香港、日本、韓國、臺灣以及澳門等國家和地區(qū)。中國高嶺土的主要進口國是：美國、新西蘭等國家。1991～1996年中國高嶺土進出口情況見表4.22.28。表4.22.28 1991～1996年中國高嶺土進出口情況 t4-22-28.jpg四、 展 望
近年來，中國陶瓷級高嶺土產品自給有余，出口量雖有所增加，但仍有少量積壓；而造紙涂料級高嶺土尚不能滿足需求，仍需進口解決。中國目前正在廣東、福建、江蘇、湖南、河南等省加速興建高嶺土精選廠，待這些選廠建成后，中國造紙涂料級高嶺土不僅能滿足國內需求，而且還將會有部分出口。據(jù)預測，世界高嶺土的需求將持續(xù)增長，高嶺土的產量也將同時增大。展望未來，高嶺土市場將面臨碳酸鈣、滑石和石膏等白色礦物的激烈競爭。此外，造紙用高嶺土的消耗量將受到新技術開發(fā)的威脅，如化學熱機械紙漿的出現(xiàn)，再循環(huán)紙的應用，以及世界范圍內日益健全的環(huán)境保護問題等，都有可能導致造紙用高嶺土消耗量的減少。其次，高嶺土在陶瓷、耐火材料、建筑、涂料、橡膠、塑料、農業(yè)和化學工業(yè)方面的應用將緩慢遞增，估計在上述領域中的用量占高嶺土總用量的15％左右。 中國高嶺土的消費將由傳統(tǒng)的陶瓷和普通耐火材料領域轉向造紙工業(yè)。目前，中國造紙工業(yè)每年以9.6％的速度遞增，而造紙用高嶺土人均消費量僅17kg，遠遠低于世界年人均消費量44.8kg及亞洲19.8kg的水平，可見，中國造紙用高嶺土市場潛力極大。1995年中國高嶺土需求量為118萬t，據(jù)預測，到2000年將增至150萬t，其中：刮刀涂布級高嶺土30萬t，電瓷工業(yè)65萬t，橡膠工業(yè)15萬t，石油工業(yè)7萬t。 中國高嶺土的資源潛力很大，除已保有的豐富儲量外，在石炭紀到侏羅紀以及第三紀煤系地層中，還蘊藏著豐富的沉積型高嶺土礦，其資源遠景十分可觀。據(jù)有關資料統(tǒng)計，內蒙古東勝煤田的高嶺土原礦平均2～3t可選出高嶺土1t，而廣東茂名的高嶺土原礦則需5～6t才可選出高嶺土1t，可見煤系高嶺土開發(fā)前景很好。 今后若干年內，世界高嶺土市場將保持發(fā)展趨勢，生產量呈不斷增長趨勢，尤其是優(yōu)質土。因而，中國高嶺土工業(yè)應著眼于國內外兩個市場，把豐富的資源同引進外資、引進技術相結合，立足于深加工，開發(fā)新產品，把高嶺土工業(yè)辦成既滿足國內需求，又力爭出口創(chuàng)匯的產業(yè)。
