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高岭土
22.1 高岭土矿资源概述 “高岭土(Kaolin)”一词来源于中国江西景德镇高岭村产的一种可以制瓷的白色粘土而得名。高岭土矿是高岭石亚族粘土矿物达到可利用含量的粘土或粘土岩。 高岭土因具有许多优良的工艺性能，广泛用于造纸、陶瓷、橡胶、塑料、耐火材料，化工、农药、医药、纺织、石油、建材及国防等部门。随着工业技术的发展和科技迅速提高，陶瓷制品的种类愈来愈多，它不仅与人们日常生活密切相关，而且在国防尖端技术的应用也很广泛，如电气、原子能、喷气式飞机、火箭、人造卫星、半导体、微波技术、集成电路、广播、电视及雷达等方面几乎都需要陶瓷制品。可见高岭土矿产在国民经济和国防建设中所占的重要地位。
一、 矿物原料特点
高岭土的岩石学特征与矿物学特征相同，具有松散土状和坚硬岩石状两种外貌，其矿物成分、化学成分和粒度变化都较大。 高岭土的矿物成分由粘土矿物和非粘土矿物组成，前者主要包括高岭石、迪开石、珍珠陶土、变高岭石(1.0nm和0.7nm埃洛石)、水云母和蒙脱石；后者主要是石英、长石、云母等碎屑矿物，少量的重矿物及一些自生和次生的矿物，如磁铁矿、金红石、褐(针)铁矿、明矾石、三水铝石、一水硬铝石和一水软铝石等(表4.22.1)。 高岭石及其多型矿物迪开石和珍珠陶土同属1∶1型二八面体的层状硅酸盐，结构单元层完全相同，单位构造高度为0.7nm，层间以氢键相联结， 无水分子和离子。 它们的理想结构式为Al4［Si4O10］(OH)8，理论化学成分为SiO2 46.54%、Al2O3 39.50%、H2O 13.96%，它们之间区别在于单元层间堆叠方式不同。高岭石为三斜晶系，一般为无色至白色的细小鳞片，单晶呈假六方板状或书册状，平行连生的集合体往往呈蠕虫状或手风琴状，粒径以0.5～2nm为主，个别蠕虫状可达数毫米。自然界高岭土中高岭石常见，迪开石少见，珍珠陶土罕见。 变高岭石(也称埃洛石)包括1.0nm和0.7nm两种。1.0nm埃洛石的结构特征是结构单元层与高岭石相同，但层间有一层水分子。 结构单元层高度为1.6nm， 结构式为Al4［Si4O10］(OH)8·4H2O，其形态为小于几微米的管状和球粒状。1.0nm埃洛石不稳定，层间水在室温下就可脱出，结构单元层高度减为0.76～0.73nm，而且这种变化是不可逆的。失水后形成0.7nm埃洛石，在自然界比较稳定。由于失水管状和球粒状被破坏，呈破裂管状和球粒状。高岭石亚族成分特征见表4.22.1。 水云母：基本结构与白云母相似，为二八面体2∶1型层状硅酸盐，矿物结构单元层高度为1.0nm左右。与白云母不同的是颗粒细小，层间阳离子钾和钠减少，层间水增加，四面体中铝代硅减少，结构无序程度高，其形态呈不规则薄片或长条状，粒径一般比高岭石大。 表4.22.1高岭石亚族矿物典型特征  t4-22-1.jpg蒙脱石在高岭土中常有少量存在，易与埃洛石共生，晶粒极细小，具有很强的膨胀性和吸水性。 绿泥石和叶蜡石在蜡石型高岭土矿床中有时出现。常为铝绿泥石。 水铝英石为非晶质粘土矿物，是氧化铝和氧化硅的凝胶体，一般为球粒状，不稳定。 高岭土的化学成分主要是SiO2、Al2O3和H2O，纯净的高岭土成分接近于高岭石或埃洛石的理论成分，由于各种杂质的影响，因此往往含有害组分Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3等。有害组分Fe2O3、TiO2一般在沉积矿床较高，其次是风化型高岭土，蚀变型矿床中铁质最少。高岭土的K2O、Na2O含量在风化型矿床中较多，一般在2%～7%，随深度增加而增加。另外，含明矾石的高岭土矿床中SO3含量相当可观，也属有害杂质。 高岭土的粒度成分以粘土级和粉砂级的颗粒最多。据粒度成分，可将高岭土划分为：土状高岭土，绝大部分由小于10μm的泥粒组成；含砂高岭土，含5%～25%的砂和粉砂级颗粒组成。 高岭土中常见的结构有凝胶状结构，颗粒极细而致密；泥质结构，矿石中小于0.01mm以下颗粒占绝大多数；粉砂泥质或砂泥质结构，指矿石中含25%～50%的砂或粉砂；植物泥质结构，指矿石中含有机质植物残体等；变余结构，指蚀变高岭土中常有变余凝灰或变余斑状等结构。高岭土中常见的构造有皱纹状或条纹状构造、角砾状和斑点构造等。 质纯的高岭土具有白度高，质软易分散悬浮于水中，良好的可塑性和高的粘结性，优良的电绝缘性能，具有良好的抗酸溶性、很低的阳离子交换量，较高的耐火度等物理化学性能，见表4.22.2。 表4.22.2高岭土的物理化学性能  t4-22-2.jpg高岭土的矿石类型可根据高岭土矿石的质地、可塑性和砂质的含量划分为硬质高岭土、软质高岭土和砂质高岭土三种类型： 硬质高岭土质硬，无可塑性，粉碎、细磨后具可塑性； 软质高岭土质软，可塑性一般较强，砂质含量小于50％； 砂质高岭土质松散，可塑性一般较弱，除砂后较强，砂质含量大于50％。 根据影响工业利用的有害杂质种类，冠“含”字(其含量允许小于5％)划分亚类型。如：含黄铁矿硬质高岭土，含有机质软质高岭土，含褐铁矿砂质高岭土等。
二、 用途与技术经济指标
高岭土的应用领域不同，对其质量要求截然不同。按工业用途可分为造纸工业用高岭土、搪瓷工业用高岭土、橡胶工业用高岭土和陶瓷工业用高岭土等。在化学成分方面，对造纸涂料、无线电瓷、耐火坩埚等要求高岭土的Al2O3和SiO2接近高岭石的理论值，日用陶瓷，建筑卫生陶瓷、白水泥原料、橡胶和塑料的填充剂对高岭土的Al2O3含量要求可适当放低，SiO2含量可酌情高些。对Fe2O3、TiO2、SO3等有害成分，亦有不同允许含量。对CaO、MgO、K2O、Na2O含量的允许值，不同的用途中也不相同。在工艺性能方面，各应用领域要求的侧重点更为明显。如造纸涂料主要要求高的白度、低的粘浓度及细的粒度；陶瓷工业要求有良好的可塑性、成型性能和烧成白度；耐火材料要求有高的耐火度；搪瓷工业要求有良好的悬浮性等。这就决定了高岭土产品规格、牌号的多样性。工业应用高岭土质量的要求按国家标准(GB/T14563-93)执行，见表4.22.3～4.22.9。 表4.22.3产品类别、代号及主要用途  t4-22-3.jpg表4.22.4各级产品外观质量要求  t4-22-4.jpg表4.22.5造纸工业用高岭土各级产品化学成分和物理性能  t4-22-5.jpg表4.22.6搪瓷工业用高岭土各级产品化学成分和物理性能要求  t4-22-6.jpg表4.22.7橡胶工业用高岭土粉各级产品化学成分和物理性能要求  t4-22-7.jpg表4.22.8陶瓷工业用高岭土各级产品化学成分和物理性能要求  t4-22-8.jpg表4.22.9各类产品水分要求  t4-22-9.jpg
三、 矿 业 简 史
中国是世界上最早发现和利用高岭土制瓷的国家。早在殷商时代，在安阳出土的印纹白陶就是由高岭土烧制的，到了元代，景德镇地区开始在坯料中掺入一定量的高岭土，用高岭石、瓷石二元配方烧制瓷器，使瓷器质量有很大改善，创造出“白如玉、明如镜、薄如纸、声如罄”的精美瓷器，使景瓷驰名中外。 虽然中国的高岭土开发利用历史悠久，但矿山地质工作在中华人民共和国成立前仅限于地质调查，如候德封(1931)对河北彭城镇粘土的调查，郁国城(1940)、李悦(1941)对四川叙永粘土的调查等。高岭土矿的地质工作得以发展是中华人民共和国成立以后，尤其是70年代后，地质勘探工作发展迅速，到1980年止，全国保有高岭土矿产地达160处，其中详查勘探矿区近80处。保有矿石储量8亿t。到1996年止，保有矿产地208处，保有矿石储量为14.32亿t。有关地质研究工作也随着整个地质工作的开展而日益深入。出版了有关高岭土矿物学、矿床学的专著。 22.2 高岭土矿资源
一、 资 源 状 况
中国是世界上高岭土资源丰富的国家之一，截止1996年底，保有高岭土矿产地208处，保有矿石储量143 169万t，其中B+C级34 497万t(表4.22.10)。矿石储量大于100万t的大、中型矿区有97处，保有储量为134 410.2万t(B+C级30 230.7万t)，占总储量的94%，小型矿区111处，保有储量为8 759万t (B+C级4 266.3万t)，占总储量的6%。 此外，中国还发现600多个高岭土矿点，据地质矿产部《矿产资源战略分析》(1984)，估计中国高岭土的资源量在12亿t以上。另据近期煤炭部门报道对中国北方石炭纪—侏罗纪、第三纪煤系地层中沉积型高岭土的预测其远景资源可达180亿t，由此可见，中国高岭土的资源总量有可能超过190亿t，仅次于美国、原苏联、英国，居世界第4位。
二、 地 理 分 布
中国高岭土分布广泛，遍布全国六大区21个省(市、区)，见表4.22.10。但又相对集中，广东省是探明高岭土储量最多的省，1996年底保有矿石储量为44 215万t(B+C级11 791万t)。占全国总量30.9%，其次为陕西、福建、江西、广西、湖南和江苏等省，保有储量分别占总储量的26.75%、11%、7.7%、7.64%和3.73%，其他有高岭土储量的省区有河北、山西、内蒙古、辽宁、吉林、浙江、安徽、山东、河南、湖北、海南、四川、贵州和云南。高岭土矿产分布见图4.22.1和表4.22.11。 表4.22.10高岭土矿石储量  t4-22-10.jpg表4.22.11中国高岭土矿产地索引表  t4-22-11.jpg t4-22-11-A.jpg t4-22-11-B.jpg t4-22-11-C.jpg 图 4.22.1中国高岭土矿分布图  m4-22-1.jpg
三、 资 源 特 点
中国高岭土的矿石类型以砂质高岭土为主，大约占总储量的60%以上；软质高岭土和硬质高岭土占总储量分别为6%和5%左右；其它未划分类型的高岭土占总储量的27%左右。 从矿石质量来看，中国高岭土矿石大多为陶瓷用土，Al2O3含量(品位)一般为20%左右，最高可达38%以上，最低不低于10%。过去，中国造纸涂料和填料级的高岭土比较短缺，1989年新探明的广东茂名高岭土矿，不仅储量巨大，而且矿石质地优良，达刮刀涂布级质量标准。它的发现，使中国进入拥有优质高岭土资源的大国之列。在全国高岭土储量中，造纸级高岭土占41.06%，陶瓷级高岭土占48.35%，其它如白水泥级，橡胶级和电瓷用高岭土合计仅占10.59%。 中国高岭土矿床以中小型为主。在保有的208个矿产地中，据《高岭土矿地质勘探规范》矿床规模划分标准，矿石储量大于2 000万t的特大型矿有江苏吴县观山矿(3 421.1万t)、福建龙岩东宫下西矿区(5 172万t)、江西贵溪县上祝矿(2 843.7万t)、江西兴国县上垄矿(2 167.4万t)、广东茂名山阁矿(28 633.3万t)、广东茂名大同矿(5 661万t)、广西合浦县十字路北风塘矿(5 294.1万t)、广西十字路区庞屋矿(2 578.1万t)和陕西府谷县海则庙段寨矿(35 105万t)、陕西府谷县沙川沟矿(2 012.7万t)共10处；矿石储量为2 000～500万t的大型矿有25处；矿石储量为500万t至100万t的中型矿有62处；矿石储量小于100万t的小型矿有111处。在大型矿床中已进行勘探地质工作的有10处，详查的有16处，普查的有9处；中型矿床中进行勘探工作有9处，详查的有29处，普查的有24处；小型矿床中进行勘探工作的有9处，详查的有53处，普查的有42处。 据地质矿产部、国家建材局《我国建材非金属矿产资源对2010年国民经济建设保证程度论证报告》(1995年)，1992～2000年全国高岭土矿石累计需求量与可采储量之比为1∶6.9，1992年～2020年矿石累计需求量与可采储量之比为1∶3.7。表明在2010年前中国高岭土储量可以充分保证需要，到2020年仍可满足需要。 中国高岭土矿以单一矿产为主，共生矿产有明矾石、黄铁矿、叶蜡石、膨润土、钾长石、瓷石、石英岩、铝土矿、煤、贵金属、稀有分散元素等，在选矿中尽可能回收利用伴生矿物(如用振动筛回收云母、综合利用明矾石)和选矿后的尾砂(石英砂、长石石英砂、钾长石砂)以及尾矿中的副矿物(如铌铁矿、锆石、磷灰石)，以增加矿山经济效益。 22.3 高岭土矿资源的地质特征
一、 矿床时空分布及成矿规律
中国高岭土矿床类型多，其中风化淋积亚型、热泉蚀变亚型、高岭石粘土岩亚型都能形成规模大而质地优良的高岭土矿，这在世界上是比较少见的，是中国高岭土矿床的特点。各类型高岭土矿床时空分布及成矿规律如下。
(一) 风化残积亚型高岭土矿床
该类型矿床与大面积中生代(燕山期)花岗岩及有关脉岩分布区相吻合，在中国南方广泛分布。中国南方大部分地区属于热带和亚热带气候区，年平均温度为15～25℃，年平均降雨量为1 000～2 000mm，干湿气候为母岩的风化淋滤带来良好的条件。从地形上看，风化残积矿床往往保存在丘陵、台地或山间盆地的残丘上，风化深度一般为50m左右，深者可达100m以上。 热带和亚热带气候虽然是酸性、中酸性岩强烈风化的非常重要条件，但当仔细研究高岭土矿和岩体的关系时，往往会发现只在岩体边部或在断裂带发育的地区，特别是经过花岗岩自身后期的气化-热液作用下所产生的自变质，或受后期伟晶岩脉及其他脉岩穿插的部位；或发现有绢云母化、纳长石化、硅化或其他热液蚀变作用影响的地带，加上有利风化的气候、雨量、构造、地形等条件，才是寻找该类矿床最有利的地带，也就是说，先期的蚀变作用叠加了后期的风化作用才是最有利的成矿条件。
(二) 风化淋积亚型高岭土矿床
在川、黔、滇交界处该类型的高岭土矿俗称“叙永石”，产于二叠系乐平统龙潭煤系和早二叠世阳新统茅口灰岩的岩溶侵蚀面间。山西阳泉高岭土矿产于上石炭统本溪组和中奥陶统马家沟灰岩的岩溶发育面之间。苏州阳东淋滤型高岭土矿产于下二叠统栖霞组大理岩化灰岩的岩溶溶洞内。就现有资料看，中国西南各省，特别是川、黔、滇交界处，二叠纪煤系发育地区有广泛分布，也是寻找该矿床的有利地带。 该类矿床的上部都有遭受风化的富含黄铁矿的高岭石粘土岩的层位存在，由于地表水及地下水的淋滤活动，以及黄铁矿氧化所形成的酸性水溶液作用于铝硅酸盐矿物(母岩)生成硅和铝的氧化物溶胶。这些溶胶向下运移，灰岩溶洞部位形成管状的1.0nm埃洛石沉淀。因此，首先必须有黄铁矿，而且必须遭受风化，矿体之上残留的蜂窝状、炉渣状多孔岩层，即黄铁矿风化后流失的证据，矿层之上有时可见有褐铁矿硬壳(铁盘)，而且矿层底部灰岩形成岩溶溶洞。使黄铁矿风化和灰岩发育岩溶的有利条件是地层隆起形成背斜。
(三) 热液蚀变亚型高岭土矿床
该类矿床在中国东部主要与中生代中—晚期火山活动有关。大多数矿床赋存于侏罗系上统的火山岩中。该类型矿床在中国分布较广，主要沿中国东部环太平洋西带和华北地台北缘侏罗纪—白垩纪火山岩带分布。较著名的矿床有江苏苏州观山、浙江瑞安仙岩和松阳峰洞岩、福建德化金竹坑、吉林长白马鹿沟、河北宣化沙岭子等高岭土矿。 该类矿床大多赋存于中生代火山岩发育地区，断裂构造和较多的岩脉穿插是有利的成矿因素。蚀变分带明显，坚硬的次生石英岩在地形上形成突起的陡崖。迪开石作为较高温度的蚀变矿物，有时出现在矿床之中；有时高岭土矿与叶蜡石矿、明矾石矿相伴生；有时作为内生金属矿床的外蚀变带存在。中国东部从粤、闽直至辽、吉，以及华北地台北缘是寻找该类矿床的有利地区。
(四) 热泉蚀变亚型高岭土矿床
该类矿床多与第四纪火山活动及地热活动有关，并多沿断裂带分布，现代火山及地热活动带西起新疆、西藏边陲，沿狮泉河—雅鲁藏布江两侧展布，到日喀则以东向东北方面扩展，再沿怒江、澜沧江、金沙江转向东南。整个青藏高原及横断山区有大量水热区分布(廖志杰等，1985；张知非，1985)。典型矿床有云南腾冲和西藏羊八井高岭土矿。 该类矿床的蚀变分带由强至弱。由热泉出露点向两侧依次为：硅化、明矾石化、高岭土化和泥化(泥化即以蒙脱石、绿泥石等粘土矿物为主的蚀变带)。热泉周围形成了厚层的以硅华为主的泉华。硫质喷气孔周围有较多的明矾石沉淀。以花岗质砂砾岩为母岩，在热水作用下所进行的碱质淋滤作用，要比常温下风化作用快得多。高岭土及硫、锂、铯、硼皆可为找矿标志。
(五) 沉积和沉积风化亚型高岭土矿床
该类高岭土矿床多属第三纪或第四纪河、湖、海湾沉积，它们多沉积于断陷盆地、河谷洼地或邻近海湾，时代较老的如第三系吉林水曲柳矿床，沉积于松辽拗陷中部舒兰盆地。时代较新的如广东清远高岭土矿床，沉积于北江下游。福建同安、莆田等地的高岭土，沉积于现代河口、海湾地区。有的属现代沉积，有的属早、晚更新世沉积。 这类矿床的物质来源，大多为沉积盆地周围的花岗岩石，遭受风化剥蚀，搬运距离不远，剖面上见水平层理或交错层理，石英颗粒磨圆度低，分选性差，矿石矿物以石英、高岭石类矿物为主，它的找矿标志是花岗岩风化壳附近的沉积盆地。因此，东南沿海各省花岗岩类岩浆岩广泛分布，风化强烈，河谷海湾众多，是找矿有利地带。
(六) 含煤地层中的高岭石粘土岩亚型高岭土矿床
该类矿床的分布有一定层位，常位于沉积旋回的上部，有明显的沉积韵律。中国北方石炭纪—二叠纪煤系中夹有许多层高岭石粘土岩，在山西雁北地区一般厚30～45cm，在内蒙古准格尔旗煤田中厚者可达数米。在山西大同、浑源、怀仁、山阴、朔县；内蒙古乌达、海渤湾；山东新沱；陕西铜川等地石炭纪—二叠纪煤系中都发现了可供工业利用的高岭土岩。过去它们只用作耐火材料，通过最近工艺实验研究，该类高岭土矿床是熔制光学玻璃坩埚的高级耐火材料，在熔模精铸工业中可逐步代替电熔刚玉等昂贵的壳型材料、人工合成莫来石的主要原料。这种高岭石粘土岩(硬质粘土)常见到的都很薄，厚仅数厘米至10cm，达数米的比较少见，大都用作含煤地层中煤层和岩层的对比体系。 在中国北方，凡是石炭纪—二叠纪煤系分布的地区，都有找到高岭石粘土岩型(“高岭岩”)矿床的可能。据成矿条件，对侏罗纪和第三纪煤系也有必要进行地质找矿工作。 表4.22.12高岭土矿床类型  t4-22-12.jpg
二、矿 床 类 型
以高岭土矿床成因为基础，根据不同成矿作用所体现的成矿地质、地理条件、矿床规模、矿体形态和赋存特征、矿石物质组分等方面的差异，《高岭土矿地质勘探规范》将中国高岭土矿床划分为三种类型、六种亚类型(表4.22.12)。
三、 典 型 矿 床
(一) 风化残积亚型高岭土矿床
该类矿床在中国南方广泛分布，是中国目前陶瓷原料的主要来源。 湖南衡阳界牌高岭土矿床是该类型的典型矿床，是中国著名的制瓷用高岭土产地之一。该矿床处在衡阳县与衡山县交界地区，由衡山县的望峰、东湖、马迹，衡阳县的界牌、国清、温家坳、坪田丘、小台岭、大力湾、大鹅山、大排岭、江柏堰等一系列矿床组成。这些矿床是沿一条大的断裂带分布，位于燕山早期白石峰二云母花岗岩与前震旦系板溪群五强组凝灰质板岩、泥质粉砂岩的接触带上，在这里见有条纹条带状钠化混合岩、绢云母斜长片麻岩、白云母片岩、石英钠长岩，并有伟晶岩脉穿插，这些遭受了蚀变的岩石，又遭受了强烈的风化，具有明显的风化壳垂直分带，形成了巨大的高岭土矿床。 根据方邺森等研究资料(1988)，条纹条带状钠化混合岩的主要矿物成分是钠长石、钾长石、石英、白云母、并含有少量黑云母，微量副矿物有磷灰石、锆石等。石英钠长岩的主要矿物组分是石英、钠长石、白云母、黑云母，微量副矿物有磷灰石、锆石、石榴子石、电气石。高岭土主要是母岩中各种长石经风化的高岭土化的产物，部分是由白云母转化而成。矿物成分以高岭石、埃洛石、伊利石为主。矿体呈似层状产出，走向北东，倾向北西，倾角30°～40°。矿体厚度上部为25～30m，沿倾向延伸70～150m。逐渐呈楔形尖灭。底板为钠化混合岩，顶板为石英岩(图4.22.2)。矿体内常见板岩、千枚岩、片岩等残留体。优质界牌高岭土的化学成分见表4.22.13。 根据高介伍的研究资料(1987)，界牌高岭土的成矿母岩应为五强溪组变质形成。后期Na、K交代将原岩中的硅质(SiO2)大量析离带出，Al2O3含量相应提高，给高岭土矿的形成创造了物质前提。后期热液蚀变-云英岩化、黄铁矿化、绢云母化、高岭土化普遍发育，尤其在硅化岩发育地段更为明显，因此，该区高岭土矿成因应为热液蚀变-风化双重作用的结果。 图4.22.2湖南衡阳界牌高岭土矿地质剖面图① 1.第四系；2.白垩系上统戴家坪组砂砾岩；3.混合岩；4.石英钠长岩；5.硅化构造角砾岩； 6.高岭土矿体；7.级外高岭土；8.废高岭土；9.石英岩矿；10.推测断层及编号；11.地质界线；12.详勘钻孔及编号；13.补勘钻孔及编号；①据全国矿产储量委员会《高岭土矿地质勘探规范》  m4-22-2.jpg表4.22.13优质界牌高岭土化学成分(%)  t4-22-13.jpg
(二) 风化淋积亚型高岭土矿床
四川叙永埃洛石矿床分布在四川台向斜南缘的叙永台凹内，矿体产于龙潭煤系与茅口灰岩之间的不整合面上，如图4.22.3所示。 图4.22.3四川叙永大树埃洛石矿床剖面示意图① (郑直等,1987) 1.茅口灰岩；2.埃洛石矿体；3.淋滤氧化带中的含褐铁矿高岭石粘土岩；4.薄煤层；5.风化的含黄铁矿高岭石粘土岩  m4-22-3.jpg矿区内及其周围的构造主要以平缓的复式背斜为主。埃洛石矿主要分布在背斜轴部和翼部的抬升部位，常出现在海拔较高的山腰。单个矿体为巢状、鸡窝状、漏斗状等，形态复杂。底面受下伏茅口灰岩岩溶溶洞的影响和限制；顶面和龙潭煤系的黄灰、黄棕色含褐铁矿的风化高岭石粘土岩相接触，两者呈渐变关系，向上过渡至半风化的含黄铁矿高岭石粘土岩，单个矿体面积一般为数平方米或数10平方米，厚度变化大，一般0～3m。 龙潭组含黄铁矿高岭石粘土岩是叙永式埃洛石矿的主要成矿物质来源。新鲜的含黄铁矿高岭石粘土岩为灰到深灰色，质地致密，顶部常有煤层或煤线。薄煤层下部为灰黑至深褐色的煤矸石，向下为含黄铁矿高岭石粘土岩。新鲜的黄铁矿呈星散状、树枝状、团块状等各种形态。分布在高岭土粘土岩中，分布极不均匀。常局部富集，有时含量高达30%～40%。在黄铁矿周围，常含有一些淡绿色的迪开石和高岭石混合的蜡状物。同时还含有少量伊利石、蒙脱石的规则和不规则混层矿物。 埃洛石主要分布在风化淋积剖面的下部，矿石在外观上呈各种颜色，主要为白色。其次为浅蓝色、黄白色、黄棕色及杂色。空间分布上，黄棕色矿石主要分布在矿体上部，白色或浅蓝色在下部，常呈似层状，矿体底部常为黑色或黑白相间。 各种矿石的主要矿物成分为1.0nm埃洛石，其次有三水铝石、伊利石、石膏、方解石、水锆石英和石英，有时见三羟铝石。 叙永式埃洛石矿床的风化淋积剖面，自上而下可划分为五个带： (1)弱风化淋滤带该带 一般出露于地表，呈平缓残丘状。高岭石粘土岩经地表水淋洗发生退色而呈灰白色。黄铁矿部分氧化，粘土岩出现褐斑。高岭石矿物的结晶度降低。 (2)淋滤氧化带 粘土岩疏松，黄铁矿消失，出现较多的褐铁矿，有些形成铁盘，高岭石已部分解体。 (3)淋滤淀积带 为叙永式埃洛石的主矿体粘土岩中高岭石消失，该带的埃洛石不是由高岭石转变而成，而是通过中间的铝、硅胶体凝聚而成。 (4)淋滤脱硅带 形成了三水铝石或三羟铝石，埃洛石脱硅所排出的SiO2在附近沉淀，形成了次生石英和玉髓。 (5)灰岩风化溶蚀带 该带位于岩溶发育面上。它是由含强酸性硫酸溶液的地下水长期对灰岩侵蚀的结果，残留的方解石碎块和粘土物质组成了这层薄的风化残积带，粘土矿物以高岭石、埃洛石、三水铝石和伊利石/蒙脱石混层矿物为特征。该带发育程度控制了埃洛石矿体的形态和厚度。 这种埃洛石矿体不规则，埋藏深，不便开采，但质地纯净，常为比较纯的10nm埃洛石，可用于高压电瓷、高档陶瓷和石油催化等。
(三) 热液蚀变亚型高岭土矿床
江苏苏州高岭土矿是中国规模最大的高岭土生产基地。主要包括阳西、阳东、观山三大矿区，其中观山高岭土矿床规模又居首位。苏州高岭土矿成矿作用复杂，从而导致提出各种不同的成因观点。现以观山高岭土矿床为例，讨论热液蚀变的成矿作用。 观山高岭土矿床位于扬子拗陷太湖隆起湖州—苏州断块东缘、木犊短向斜与谭东—光福—通安断裂北东延伸交界处。区内出露地层有：二叠系孤峰(堰桥)龙潭组砂页岩，二叠系长兴组—三叠系青龙群灰岩和侏罗系龙王山组火山岩和青龙群—长兴组灰岩及孤峰—龙潭组砂页岩的接触部位。 矿区发育北北东、北东向和北西向成矿前断裂，其间普遍有火成岩脉穿插，矿体主要受印支期剥蚀面构造所控制，呈北西向倾斜。 矿区内中生代燕山期岩浆活动强烈、频繁，晚侏罗世发育一套以次石英安粗质凝灰岩和凝灰熔岩为主的火山岩，呈岩技状的石英安粗岩在矿区发育，同时石英二长岩和二长花岗岩在矿区局部地区有侵入。侏罗纪以后，又有多期酸性、基性岩脉侵入(图4.22.4及图4.22.5)。 图4.22.4江苏苏州观山高岭土矿床地质略图① 1.侏罗系上统龙王山组；2.三叠系青龙群；3.二叠系下统孤峰组；4.石英二长斑岩；5.次石英安粗岩；6.花岗斑岩；7.辉绿玢岩；8.不整合界线；9.大理化灰岩；10.高岭土矿；①据江苏省地矿局第四地质大队资料  m4-22-4.jpg图4.22.5江苏苏州阳西高岭土矿床地质剖面图① 1.第四系；2.二叠系下统栖霞组大理岩；3.泥盆系中下统茅山群石英砂岩、砂岩、粉砂岩；4.角砾岩；5.石英闪长玢岩；6.流纹斑岩；7.夕卡岩；8.赤铁矿；9.高岭土矿体及编号；10.劣质高岭土；11.高岭土玉髓褐铁矿岩；12.地质界线；13.钻孔及编号；14.浅井及编号；15.溶洞；①据全国矿产储量委员会《高岭土矿地质勘探规范》  m4-22-5.jpg 矿区内中、低温热液蚀变活动普遍，主要与火山活动后期热液活动有关，晚期岩脉侵入又有叠加蚀变作用。形成各种蚀变矿物组合，蚀变分带特征简述于下。 (1)大理岩化带位于矿体下部，多为矿体的底板，在剥蚀面或破碎带附近常为硅化大理岩。 (2)菱铁矿化带呈孤立透镜体断续产于大理岩化带与高岭土化带之间，有时直接为矿体的底板，含少量黄铁矿、菱锰矿、闪锌矿、方解石和石英等。地表处常为褐铁矿。 (3)高岭土化带呈不规则似层状、透镜状或脉状产出，厚度平均为20m。主要矿物为高岭石和埃洛石，少量绢云母、明矾石、黄铁矿、石英。下部因淋滤改造作用形成较多的1.0nm埃洛石和三水铝石。高岭石有序度较高，常为完好的六方片状，大多在1μm左右，也有较大的蠕虫状叠片。在富水条件下，易生成1.0nm埃洛石。 (4)明矾石化带常呈继续似层状或透镜状，厚度变化不一，有时与高岭土化带呈互层或合并，主要矿物为明矾石，含高岭石、埃洛石、黄铁矿和石英。 (5)绢云母、硅化带该带为矿体顶板，矿物以次生石英为主，绢云母次之，伴有少量黄铁矿、明矾石。局部有少量氯黄晶。该带下部绢云母有所增多，并有少量高岭石。 不同蚀变带中，主要特征蚀变矿物分布则具有明显的指带意义。 明矾石在高岭土和火山岩中均大量出现，常呈自形菱形晶体，大小在15～20μm之间，以钾明矾石为主，K2O含量可达9.28%，在高岭土中呈团块状或条带状。另一种则呈细粒状产出。
(四) 现代热泉蚀变亚型高岭土矿床
本亚型矿床典型代表为云南腾冲和西藏羊八井矿。蚀变温度一般不超过200℃，矿石成分常以高岭石、埃洛石、明矾石、蛋白石、石英为主。 云南腾冲高岭土矿床位于腾冲地热区以热泉为中心约100km2区域内。主要包括硫磺塘、澡塘河、黄瓜菁、襄宋热水塘等数十个泉群，区内出露的地层自下而上为：下古生界高黎贡山群绢云母千枚岩、片岩、片麻岩等变质岩。石炭系勐洪群的泥岩、板岩、含砾杂砂岩、角岩和白云岩组合。上第三系分两个组：南林组为花岗质砂砾岩，砂页岩夹少量煤层，为主要含矿层；芒棒组为灰黑色致密状玄武岩直覆于南林组之上。第四系以火山堆积和河湖相堆积为主(图4.22.6)。 图4.22.6云南腾冲地热区黄瓜菁—硫磺塘热泉地质图① 1.晚更新世早期玄武岩；2.早更新世安山岩；3.早更新世粗玄岩；4.新第三系花岗质砂砾岩；5.燕山期花岗岩；6.断层；7.地热显示处；①据云南腾冲地热地质队资料  m4-22-6.jpg 地热区内岩浆活动频繁，持续时间长，从燕山期至近代的整个地史时期，形成了一套由深成—中深成—浅成侵入直至喷出的岩浆旋回。尤其是新生代以来强烈的基性—中性的火山喷发，形成了宏伟壮观的火山地貌和千姿百态的地热景观。 区内基底岩石由燕山期花岗岩组成。被南北断裂带切割，以硫磺塘—魁阁坡断裂和杏塘—热水塘断裂为主，近南北向分布。地热区内分布着许多低温、中温、中高温和高温热泉、沸泉、喷气孔等。大都呈东西向和南北向，与区域构造方向一致。热水区水热蚀变强烈，岩石发生硅化、高岭土化和泥化作用，出现了以高岭土矿物为主的一系列中、低温蚀变矿物。其特征见表4.22.14所示。 除上述表中所列的蚀变矿物外，还出现一些石膏、磷钙铝石、菱磷铝锶石和磷铝铈矿及沸石类矿物。 上述蚀变矿物中能指示水热溶液化学性质的(主要是pH)有以下几种：氧化硅矿物、明矾石、高岭石和迪开石，2∶1型粘土矿物(主要为蒙脱石和绿泥石)及规则混层矿物。 表4.22.14云南腾冲地热区水热蚀变分带  t4-22-14.jpg
(五) 沉积和沉积-风化亚型高岭土矿床
该类矿床其矿石呈泥沙状块体，松软而未压实板结。 矿石类型分为软质粘土和砂性高岭土，前者含砂量低，有较多无序高岭石，晶片呈破裂状，矿层透水性差，铁质不易淋滤迁移。一般含铁、钛较高，如广东清源、吉林水曲柳的高岭土矿床属此类，大部作耐火粘土使用。后者大都是含高岭土的长石、石英砂层或砂砾层。透水性好，沉积于盆地之后，又遭受进一步风化淋滤。若有腐殖质造成的酸性还原环境，则可生成结晶度好的片状高岭石，含铁、钛低，白度高，是优质造纸涂料。如广东茂名、广西合浦的高岭土矿床属此类。现以广东茂名高岭土矿床为例叙述如下。 广东茂名高岭土矿位于茂名市北郊金塘、山阁、羊角一带。高岭土产于第三纪盆地内。盆地总体为不对称向斜构造，走向北西，盆地下部为下第三系油柑窝组，为一套砂砾岩、砂岩和油页岩沉积，夹褐煤和泥质薄层。厚度为26～116m。其上为上第三系中新统黄牛岭组，为一套砂砾岩、砂岩、砂质粘土夹泥岩沉积。其下部是主要的高岭土含矿层。黄牛岭组厚75～157m。再上为中新统老虎岭组，是一套砂砾岩、泥岩和粘土沉积，其下部含高岭土矿层。这组总厚为450m。 高岭土矿层呈层状、似层状产出。出露面积约30km2，含矿层岩性均匀，为含砾长石石英砂岩，长石大部分已转变为高岭石。矿石结构松散、经过淘洗，高岭石很易富集。 茂名高岭土矿物以石英和高岭石为主，仅含少量伊利石，不含埃洛石和蒙脱石。原矿中高岭石含量较低，占20%～40%，石英含量约占50%～80%。经过精选，得到小于2μm精土后，石英含量可降至1%以下。淘出精矿中铁、钛含量小于1%，有机质含量一般为0.02%～0.03%。茂名高岭土原矿化学成分见表4.22.15。 表4.22.15广东茂名高岭土原矿化学成分(%)  t4-22-15.jpg精矿经化学漂白处理，白度可达83%～88%。高岭石粒度细小，自然解理好，叠片状和书册状集合体少见。在-320目的粗精矿中小于2μm 粒级片状高岭土含量可达54%～55%。茂名高岭土矿床的成矿物质来源是盆地周围的片麻岩、混合岩、花岗岩及酸性火山岩。它们在第三纪湿热气候条件下，遭受强烈风化。石英、微斜长石、白云母以及花岗质岩。 图4.22.7山西大同煤田“高岭岩”赋存层位柱状示意图① ①据山西省地质局211队及常青资料  m4-22-7.jpg屑的风化和半风化物质，经河流的短距离搬运，在盆地中沉积下来。这种以长石、石英为主要成分的砂砾层，透水性良好，砂砾层中常夹有煤线和含黄铁矿。砂砾层之上下皆有油页岩、褐煤层。综合来看，是一个富含有机质的酸性还原沉积环境，有机酸有利于铁质的淋滤。这些成矿作用的叠加，就形成粒度细、纯度高，含铁低的片状高岭石的巨大、优质涂布级高岭土矿床。
(六) 含煤地层中的高岭石粘土岩亚型矿床
典型例子为大同含煤建造沉积型高岭土矿床，为沉积成岩所形成的硬质高岭土(又称高岭岩)矿床，也是我国北方瓷用和耐火材料用高岭土的重要基地。矿区与大同煤矿一致，位于山西省大同市西南，呈北东-南西向分布，横跨云岗、怀仁、浑源、山阴、平鲁、朔县等地，面积约2 000km2，构造位置属云岗—平鲁构造盆地。结晶基底为太古宇桑干群的变质岩系，上覆自古生代到新生代以来的大部分地层。含矿岩系与含煤岩系完全一致，主要是石炭系上统的太原组，其次是二叠系下统山西组。高岭石矿层与煤层紧密共生(图4.22.7)，一般为煤层夹矸，并有产于顶底板中者。太原组分布着九层煤，其间夹有11层高岭土。其中：4号矿层在北部的同家梁、口泉一带最为发育，矿层有时分叉和合并，单层厚度一般近1m，最大的厚度可达2m，矿石为粗晶和细晶高岭岩，层位稳定，质量好；5号矿层在煤田中部峙峰山至鹅毛口一带发育，平均厚度2.25m，矿石为深灰到黑色的胶状高岭岩，常含少量一水软铝石，故烧失量和Al2O3含量偏高，而SiO2偏低；6号矿层质量好，层位、厚度稳定，分布面积广，从山阴、马营、怀仁、峙峰山、吴家窑直至大同口泉一带均有发现，为本区主要的制瓷高岭土矿层，矿层分两层，上层为细晶高岭石岩(俗称黄瓜石)，下层为粗晶高岭岩(俗称砂石、黑砂石)，单层厚度为0.2～0.5m；8号矿层广泛分布全区，矿石为胶状高岭石平均厚度0.34m，矿石质量好；其余矿层经济意义不大。 本区矿石自然类型可分粗晶高岭岩、细晶高岭岩、隐晶质及隐晶质含一水铝石的高岭岩、碎屑状高岭岩等四种。矿石化学成分为硅低铝高型，矿石化学成分见表4.22.16。其中6号矿层的矿石最接近高岭石的理论值。 大同煤田中的高岭土矿，烧成白度高，热稳定性及结合性好，已被许多厂、矿用来生产日用瓷和面砖。雁北陶瓷研究所还用怀仁县峙峰山的粗晶高岭石矿配以石英、长石、滑石、软质粘土，试验生产白度为85%高白瓷。其中高岭石矿石用量坯料为40%，釉料7%～9%。
表4.22.16山西大同煤系地层中高岭土的化学成分(%)  t4-22-16.jpg22.4 高岭土矿资源的开发阶段
一、 地 质 勘 查
根据矿床规模(延展面积、矿石储量)、矿体形态复杂程度(矿体形态及其平面、剖面形态的变化程度)、矿体内部结构复杂程度(矿石质量稳定程度、矿体中夹石、夹层的含量)、构造复杂程度(断层、褶皱、风化侵蚀切割、岩溶等构造和岩脉对矿体的影响破坏程度)，《高岭土矿地质勘探规范》将高岭土矿床分为四个勘探类型。 (1) 第一勘探类型 主要矿体形态规则，内部结构和构造简单的特大—大型矿床。 (2) 第二勘探类型 主要矿体形态规则—较规则，内部结构和构造简单—中等的中型矿床和不属于第一勘探类型的特大—大型矿床。属于本类型的有湖南界牌、江西砂子岭、广东清远、辽宁东沟、江苏观山等高岭土矿床。 (3) 第三勘探类型 主要矿体形态规则—不规则，内部结构简单—中等的小型矿床。主要矿体形态不规则或内部结构、构造复杂的大、中型矿床。属于本类型的有江苏阳东、阳西、砂墩头、湖南干冲、黄茅园、江西星子、福建高山、大布林、浙江大贤寺等高岭土矿床。 (4) 第四勘探类型 形态极不规则或内部结构和构造复杂的小型矿床。属于本类型的有四川叙永、古蔺、威远、大小柏园、贵州习水等高岭土矿床。 高岭土的勘探一般以钻探为主，以探槽、浅井(包括小圆井和带岔浅井)、小平硐等轻型坑探工程为辅，对某些埋藏深、厚度不大的矿体，当经济可行时可以以浅井为主要探矿手段。对露天采场、老硐和矿山坑道资料应充分利用。探求B级、C级储量的勘探工程间距见表4.22.17。 表4.22.17探求B、C级储量勘探工程间距  t4-22-17.jpg中国高岭土矿床勘探一般工业指标见表4.22.18。 表4.22.18高岭土矿床一般工业指标  t4-22-18.jpg按造纸涂料要求评价高岭土矿床一般工业指标见表4.22.19。 表4.22.19按造纸涂料要求评价高岭土矿床一般工业指标  t4-22-19.jpg
二、 矿 山 开 采
中国所产高岭土70%～80%用于陶瓷及耐火材料，大部分直接利用原矿，低档的作耐火材料。江苏苏州高岭土矿为软质高岭土，品位高，可直接在工业上利用，其手选１号泥比手选４号泥价格高10多倍，因此开采时要求保护优质土，保护原矿的纯度并使其不变成碎屑状，过去多在回采工作面进行人工选别回采，现在开采规模大了，但为与手选厂的衔接，仍然要注意选别回采。高岭土的原矿价格相差较大，例如：苏州中国高岭土原矿价为230元／t，福建龙岩高岭土公司原矿价为90元／t，吴县青山白泥矿原矿价为203.5元／t，原矿售价影响采矿方法和开采工艺的选择。广东茂名高岭土为砂性高岭土，水采水运，主要生产造纸涂料级高岭土，不存在原矿出售问题，其低档产品作陶瓷用、填料用。近年来煅烧高岭土在国内外市场很受欢迎，国内一般是煤系硬质高岭岩(土)经深加工处理而得，硬质高岭岩(土)由于是和煤共伴生，其开采是按煤的开采情况及其本身的赋存情况来定，现由煤炭部综合利用部门管理，国内尚未单独开采，以下将不述及。
(一) 开采方法和开采规模的划分
高岭土矿的开采方法有露天开采和地下开采。风化残积型高岭土矿多露天开采，如茂名的砂性高岭土。其他热液蚀变型和沉积型矿床浅部用露天开采，深部用地下开采。 采用露天开采的矿点多，但多数是中小型矿山，大型的有福建龙岩高岭土公司、广东茂名高岭土公司、广东茂名南方高岭土公司。原苏州中国高岭土公司所属阳西矿区、阳东矿区都曾用过露天开采。地下开采规模较大的有：江苏苏州阳西竖井、观山竖井、阳东的白善岭矿和吴县青山白泥矿等。 开采规模的划分，采用二种办法：一是按矿石量计；二是按精矿量计，见表4.22.20。 表4.22.20高岭土矿开采规模划分表(万ｔ/a)  t4-22-20.jpg
(二) 开 拓 运 输
高岭土矿露天开采的开拓运输用得较多的有3种：一为铁路窄轨开拓，用7t，或10t，或14t电机车牵引1m3矿车。原苏州中国高岭土公司所属阳东、阳西的露天开采都曾用过。二是配合水枪开采用砂泵进行水力输送，将矿浆从设于矿块中的集浆池用砂泵输送至精选厂，如广东茂名高岭土公司和广东茂名南方高岭土公司。三是公路开拓汽车运输，如福建龙岩高岭土矿，是风化残积型高岭土矿砂性高岭土，但由于水资源不丰富，因此仍用一般露天开采方法公路开拓，用17t自卸汽车将矿石由回采工作面运至选矿厂。又如广东潮州飞天燕瓷土矿也是用公路开拓汽车运输。 地下开采的开拓运输按主要开拓巷道的类型来划分：一是竖井开拓，如苏州中国高岭土公司所属阳西竖井是采用下盘竖井，正在建设中的观山矿是采用上盘竖井；吴县青山白泥矿的深部开采是采用下盘竖井。二是斜井开拓如苏州中国高岭土公司原阳西主斜井工程采用底盘斜井开拓；吴县青山白泥矿的浅部开采也用底盘斜井。三是联合开拓，如苏州中国高岭土公司所属阳东白善领矿采用平硐-盲斜井联合开拓。 地下开采主运输巷道通常设于底板内，离矿体20～40m，矿体边部设通风斜井，形成对角式通风系统，阶段高度一般为25～40m。 地下开采的井巷工程高岭土矿山有很大的特殊性，矿石坚固性系数ｆ＝1～2，软松易碎，具有可塑性，自然状态时塑性指数较大，遇水后有吸水性和膨胀性，同时还具有隔水性，是典型的塑性介质，属塑性体。地下开采活动基本上是在塑性区和似塑性区范围内进行。矿体中巷道开掘后的地压特征。 1)围岩变形量大，有流变性。例如，苏州中国高岭土公司所属地下矿，采场采用间隔木棚支护，断面1.6m×1.8m，木棚间距0.6～0.8m，7～12d顶板下沉量达50～60cm，差不多7～15d就需翻修一次。要求巷道开掘后立即支护。 2) 在变形活动中，还伴随着由于高岭土的吸水性能而引起的体积膨胀。随着其含水量的不断增加，又引起其物态变化，由固态到半固态而纷纷片落，因此，除塑性外又有“松”的特点。 3) 高岭土矿体有的含蒙脱石，而蒙脱石吸水后容易膨胀，在高岭土的变形中也有蒙脱石吸水膨胀的影响，应该重视蒙脱石的含量。 4) 采场动压对下部采准巷道的影响可以不考虑。动压的局部作用往往消耗于高岭土的变形，而没有传递下去。 脉内巷道应采取封闭支护。按弹塑性理论，在塑性区内侧压与顶压相等，这种情况从最佳受力性能的角度出发，应当采取圆形支护。但是实测证明塑性介质中侧压一般是略小于顶压的，设计成椭圆形或似椭圆形巷道是可以的。 采区中分层巷道，由于采场地压特别大，采用一种柔性的圆形料石支护在苏州中国高岭土公司的矿山应用得较成功，料石支护时不用砂浆，料石间垫以1～1.5cm厚的木板块，支护后由于木块的可压缩性使地压峰值消耗在支护的变形能上，从而使地压稳定下来，国内外，在地压特别大的区域也有用这种柔性支护的，但不是用料石而是用混凝土预制块或钢筋混凝土的装配式预制件。
(三) 开 采 工 艺
露天开采矿山规模小的多用手镐或风镐挖掘，工作面运输用窄轨铁路，由于矿车车帮矮，可用人工装车，剥离仍用凿岩爆破进行，原苏州中国高岭土公司所属阳东、阳西矿区的浅部开采都曾用过。大型矿山矿石直接用挖掘机挖掘，例如福建龙岩矿用WK-2型挖掘机，湛江山岱矿用WY-32型电动液压挖掘机。挖后装入自卸汽车送至选矿厂，例如福建龙岩矿用17t的自卸汽车，湛江山岱矿用10t自卸汽车。硬性岩石剥离用凿岩爆破法，例如福建龙岩矿用CLQ-80A型履带式潜孔凿岩机凿岩，硝铵炸药爆破，然后用挖掘机装上自卸汽车外运至排土场。表土层的剥离，有用挖掘机反铲挖掘及装车也有用推土机先集堆，再用挖掘机装车的。 砂质高岭土可利用矿石松软含砂率高遇水易崩解的特点采用水采水运，例如广东茂名高岭土公司和广东茂名南方高岭土公司，鉴于当地无冰冻期，水资源又丰富，都采用水采水送。矿石经水枪冲采，矿浆通过冲矿沟至集浆池。集浆池布置在矿块中部，一个矿块一个。矿浆输送用碴浆泵通过直径为250mm塑料管输送至粗选厂。水枪技术性能见表4.22.21。高岭土矿的水采水运在英国用的也较多，它的主要优点：开采工艺简单，设备简单，劳动生产率高，将选矿厂的制浆工序提前进行，采选一体化。其上部覆盖物的剥离是采用干剥干运。 表4.22.21水枪技术性能表  t4-22-21.jpg图4.22.8江苏苏州中国高岭土公司分层崩落法图 1.下盘沿脉运输巷道；2.穿脉运输巷道；3.天井；4.分层巷道；5.回采进路；6.竹笆假顶；7.顶柱；8.间柱  m4-22-8.jpg地下开采矿山如苏州中国高岭土公司所属各矿和吴县青山白泥矿，按松软厚矿体的特点，多年来一直采用分层崩落法，每一分层由顶板向底板、由采区边界或矿块边界向放矿天井布置进路后退回采，矿块面积控制在800～1 000ｍ２，每分层开采时间为3～4个月，这样可减少巷道的维修量。分层采完后，考虑再生顶板的形成，要停1～2个月再开采下一分层，见图4.22.8。回采时不用爆破方法而是用风镐及手镐，国外有用沿进路自动前进的刮刀采装联合机进行回采的。高岭土矿底板大理岩中含有纯氮气，在天井掘进时会从裂隙中喷出，所以在风量计算中要考虑稀释氮气问题，要采取预防措施，快速确定工作面的空气成分并设自动报警装置，选择效果好的混合通风方式。关于崩落问题，与一般采用分层崩落法的矿山相比也有特殊性。一般使用分层崩落法的矿山，地表形成陷坑，积聚雨水和地面水，回采工作面是水淋淋的，高岭土矿山地表也形成陷坑并积水，但回采后遗留的残积矿物所产生的再生顶遇水膨胀能起隔水作用，一般回采工作面很少有水。但有时放矿使再生顶松动，下沉不均匀，会使上部积水呈泥浆状冲出，这种事故屡有发生。因此高岭土矿山必须对地表的塌陷坑采取综合性的防水措施，并注意崩落放顶问题。
三、 选矿与加工
(一)选矿加工方法
为分离高岭土中的石英、长石、云母、铁矿物、钛矿物等非粘土矿物及有机质，生产出能满足各工业领域需求的高岭土产品，除了采用重选、浮选、磁选等对高岭土进行提纯除杂外，有时还要采用化学漂白、超细剥片、煅烧、表面改性等深加工方法对高岭土进行处理。 1.水力分级 水力分级包括螺旋分级(分离＋1mm粗砂)、沉淀池分级(分离＋0.053mm细砂)、水力旋流器分级(分离-0.053mm细砂)、离心分级机或小直径水力旋流器分级(用于0.002～0.010mm超细粒度分级)。 2.高梯度磁选 利用聚磁介质产生1 600kA/m以上的磁场强度，除去高岭土中的Fe2O3和TiO2，生产造纸涂料和高级陶瓷原料。 3.选择性絮凝 通过加入絮凝剂，选择性分离出细粒石英、黄铁矿、明矾石等杂质，生产刮刀涂布级高岭土。常用絮凝剂有六偏磷酸钠、聚丙烯酰铵、水玻璃等。 4.化学漂白 加入保险粉等漂白剂使高岭土中褐铁矿、赤铁矿的高价铁还原为可溶性亚铁，或加入氧化剂氧化黄铁矿和染色杂质，提高高岭土白度。 5.剥片 在剥片机中采用搅拌细介质球产生磨剥作用，使高岭土集合体颗粒分离成薄片晶体，生产粒度小于2μm含量达90%以上的刮刀涂布级高岭土。 6.煅烧 在800～1 000℃下煅烧时，高岭土失水，物相转化，同时部分杂质挥发，提高高岭土白度和绝缘性，生产电缆和橡胶塑料填料。煅烧是煤系(硬质)高岭土必需的加工方法。 7.表面改性 将高岭土用偶联剂等进行包敷处理，提高其在塑料橡胶中的添加量，用于处理橡胶塑料用高岭土填料。
(二) 工 艺 流 程
高岭土的选矿加工分为干法和湿法两种工艺。 干法一般是将采出的原矿经过破碎机破碎至25mm左右，给入笼式破碎机中，使粒度减小至6mm左右。吹入到笼式破碎机内的热空气将高岭土的水分由采出时的20%左右降至10%左右。 碎后的矿石再经配有离心分离机和旋风除尘器的吹气式雷蒙磨进一步磨细。该工艺可将大部分砂石除去，适用于加工那些原矿白度高、砂石含量低、粒度分布适宜的矿石。干法加工生产成本低，产品通常用于橡胶、塑料及造纸等工业的低价填料。 湿法加工工艺包括泥料的分散、分级、杂质分选和产品处理等几个阶段。一般原则流程为：原矿→破碎→捣浆→除砂→旋流器分级→剥片→离心机分级→磁选(或漂白)→浓缩→压滤→干燥→陶瓷级或造纸涂料级产品。 煤系(硬质)高岭土加工的一般原则流程为：原矿→粉碎→捣浆→旋流器分级→剥片→离心分级→浓缩→压滤→内蒸干燥→煅烧→解聚→填料级或造纸涂料级高岭土。
(三) 选 矿 实 践
1.中国高岭土公司观山选矿厂 中国高岭土公司观山选矿厂的高岭土原矿来源于苏州市西郊的阳西、阳东两个矿区，属软质和砂质高岭土。矿石主要成分为高岭石、埃洛石，其次为蒙脱石，另含少量石英、黄铁矿、明矾石及有机杂质。选矿工艺流程如图4.22.9所示。捣浆用双轴立式捣浆机，产品处理采用沉淀池浓缩、压滤机脱水、链板干燥机烘干。采用水簸及漂白作业时，可生产刮刀涂布级高岭土。 图4.22.9中国高岭土公司观山选矿厂工艺流程  m4-22-9.jpg 观山选矿厂设计生产能力为每年50 000t，原矿最大粒度300mm，入捣浆机最大粒度50mm，入选最大粒度0.5mm，原矿品位Al2O3 26%～35%，原矿水分20%～23%，尾矿品位Al2O3 20%～24%，选矿回收率61.97%。 2.湛江市高岭土联合开发公司 该公司选矿厂位于湛江市，原矿来自湛江市山岱高岭土矿区，属风化残积型砂质高岭土矿。主要矿物为高岭石、埃洛石和水云母，其次为长石、石英、白云母，少量有害杂质为赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、白钛矿、钛铁矿和金红石。选矿厂工艺流程如图4.22.10所示。选矿厂设计能力为每年43 500t，入选矿石粒度为30mm，水分24%～25%，选矿回收率81.5%。主要产品为造纸涂料级、填料级和陶瓷级高岭土。 图4.22.10湛江高岭土开发公司选矿工艺流程  m4-22-10.jpg 3.山西金洋煅烧高岭土有限公司 该公司位于山西省忻州市，原矿来自大同市吴家窑石炭系太原组4号煤层的夹层，属煤系高岭土。矿石中高岭石含量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%。矿石质量好，资源丰富。选矿厂工艺流程见图4.22.11。选矿厂设计生产能力10 000t/a，品质量见表4.22.22及表4.22.23。产品中 -2μm粒级含量92%，白度大于93%，pH值6.7～7.6，水分小于0.5%，粘浓度74(500mPa·S固含量)。质量达到美国造纸涂布级煅烧高岭土的标准。 图4.22.11山西金洋煅烧高岭土有限公司煅烧高岭土工艺流程图  m4-22-11.jpg入选矿石最大粒度350mm，经手选、洗矿、颚式破碎至 -35mm，经4R3216雷蒙磨粉碎至 -325目，加水制浆，进入BP80剥片机湿磨至625目，料浆直接喷雾干燥，进入英国进口间接加热回转窑煅烧，烧后经过美国进口打散机解聚，再用德国进口分级机分级，分级产品包装待运。 表4.22.22山西金洋煅烧高岭土有限公司产品化学成分  t4-22-22.jpg表4.22.23山西金洋煅烧高岭土有限公司产品性能  t4-22-23.jpg22.5 高岭土矿资源的供需形势
一、 生 产 现 状
中国目前有县以上高岭土矿山企业100余个，乡镇企业或采矿点700余个。中国高岭土生产能力估计超过300万t，选矿能力50余万t。中国高岭土主要产区在江苏、广东、广西、福建和江西等省(区)。年产10万t高岭土原矿的矿山企业有：江苏苏州中国高岭土公司；广东湛江高岭土公司、茂名市南山阁瓷土公司、茂名高岭土公司、茂名石化矿业公司；福建龙岩高岭土公司。机选能力在10万t以上的矿山企业有：江苏苏州中国高岭土公司和广东湛江高岭土公司。 此外，中国现有煤系高岭土企业20余个，年产能力约30万t。目前在建和拟建的煤系高岭土矿山企业10余个，年设计能力20余万t。 世界上有60多个国家和地区生产高岭土。根据1996年美国“Mineral Commadity Summaries”资料看，1995年世界高岭土总产量为1 903.7万t，比1994年增长5％。美国、英国、乌克兰、中国、巴西是世界主要的高岭土生产国，其产量合计占世界总产量的78％。美国是世界最大的高岭土生产国，1995年高岭土产量达949万t，占世界高岭土总产量的50％左右；英国是欧洲高岭土的最大生产国，1995年高岭土产量达265万t，其ECC国际有限公司是英国乃至世界上最大的高岭土生产公司，其产量占全英高岭土产量的90％以上，年生产能力为250万t，若加上在美国和巴西等地的分公司产量，ECC公司年产高岭土可达500万t左右；中国是世界上第三大高岭土生产国，1995年高岭土产量为147.93万t，1996年为235.35万t。1990～1996年中国高岭土产量和中国部分省区高岭土产量见表4.22.24、4.22.25。 表4.22.24 1990～1996年中国高岭土产量(万t)  t4-22-24.jpg表4.22.25 1990～1996年中国部分省区高岭土产量(万ｔ)  t4-22-25.jpg
二、 生 产 布 局
中国高岭土生产矿山及煤系高岭土加工企业的分布见附图4.22.12，表4.22.26。从图中可见，中国高岭土产地分布地域较广，但主要集中在湖南、广东、江西、福建和江苏五省(区)。1996年湖南省高岭土产量居中国之首，占中国高岭土总产量的21.24％；广东省居第2位，占20.40％；江西省居第3位占16.31％。煤系高岭土加工企业主要集中在山西、内蒙古、陕西、山东、河北等省(区)。主要煤系高岭土加工企业生产情况见表4.22.27。 表4.22.26中国主要高岭土矿煤系高岭土加工企业  t4-22-26.jpg表4.22.27中国主要煤系高岭土加工企业生产情况  t4-22-27.jpg t4-22-27-A.jpg 图 4.22.12中国高岭土矿及煤系高岭土加工企业分布图  m4-22-12.jpg
三、 供 需 形 势
80年代以来，世界上高岭土总产量一直稳定在2 000万t左右。1996年中国高岭土产量为235 ．35万t，若扣除部分乡镇企业质量不合格的产品和加工生产库存量外，其实际可供量为150万t左右。 长期以来，世界一些发达国家高岭土的消费主要集中在造纸、陶瓷、油漆和塑料四大领域。80年代以来，世界高岭土消费量稳定增长，目前已达2 000万t左右。其中，造纸消费量占总消费量的50％以上，产品供不应求，尤其是造纸填料级高岭土在世界范围内短缺。但由于各国资源条件及工业发达程度的差异，其高岭土的应用结构区别较大，如英、美、日等国家50％以上高岭土都用于造纸工业。 中国约80％的高岭土主要应用在陶瓷业，造纸工业用高岭土所占比例较小。1996年中国高岭土的消费量超过100万t，其消费结构大致是：陶瓷和耐火材料工业占80％；造纸工业占10％；橡胶工业占3％；其他行业占7％。从高岭土可供数量看，供求基本平衡或略有剩余；但从品种上看，优质高岭土供不应求，特别是造纸用涂布级高岭土尚有缺口，每年仍需从国外进口。 目前，高岭土的世界贸易量为650万t左右，约占世界总产量的30％。主要出口国为英国、美国、巴西、中国等。英、美两国高岭土的出口量分别占世界贸易量的45％和30％左右，且多年来一直控制着国际市场。英国高岭土主要出口到德国、芬兰、意大利和法国等，近年来，英国高岭土出口量随着产量下降有所减少；相反，美国高岭土出口量却有所上升。英、美两国高岭土出口产品主要为剥片土、煅烧土和改性土。 世界高岭土主要进口国是日本、意大利、加拿大、芬兰、法国等。其中，日本是世界最大的高岭土进口国，年进口量占世界贸易总量的1/6左右。 自80年代后期以来，中国高岭土对外进出口业务日益扩大。1989年首次超过10万t；1991年出口量达到31.49万t；1992年上升到37.70万t；1996年出口量为88.22万t，创汇额为1 927万美元，较1995年分别增长100.5％和11.58％，出口平均价为21.84美元/t；1996年中国进口高岭土3.72万t，用汇959万美元，较1995年分别增长20.78％和26.68％；进口平均价为257.80美元/t。中国高岭土出口产品主要是陶瓷级高岭土；进口产品主要是造纸级优质高岭土。中国高岭土产品的进出口贸易是高进低出，因此经济效益较差。中国高岭土产品出口的主要流向是：香港、日本、韩国、台湾以及澳门等国家和地区。中国高岭土的主要进口国是：美国、新西兰等国家。1991～1996年中国高岭土进出口情况见表4.22.28。 表4.22.28 1991～1996年中国高岭土进出口情况  t4-22-28.jpg
四、 展 望
近年来，中国陶瓷级高岭土产品自给有余，出口量虽有所增加，但仍有少量积压；而造纸涂料级高岭土尚不能满足需求，仍需进口解决。中国目前正在广东、福建、江苏、湖南、河南等省加速兴建高岭土精选厂，待这些选厂建成后，中国造纸涂料级高岭土不仅能满足国内需求，而且还将会有部分出口。据预测，世界高岭土的需求将持续增长，高岭土的产量也将同时增大。展望未来，高岭土市场将面临碳酸钙、滑石和石膏等白色矿物的激烈竞争。此外，造纸用高岭土的消耗量将受到新技术开发的威胁，如化学热机械纸浆的出现，再循环纸的应用，以及世界范围内日益健全的环境保护问题等，都有可能导致造纸用高岭土消耗量的减少。其次，高岭土在陶瓷、耐火材料、建筑、涂料、橡胶、塑料、农业和化学工业方面的应用将缓慢递增，估计在上述领域中的用量占高岭土总用量的15％左右。 中国高岭土的消费将由传统的陶瓷和普通耐火材料领域转向造纸工业。目前，中国造纸工业每年以9.6％的速度递增，而造纸用高岭土人均消费量仅17kg，远远低于世界年人均消费量44.8kg及亚洲19.8kg的水平，可见，中国造纸用高岭土市场潜力极大。1995年中国高岭土需求量为118万t，据预测，到2000年将增至150万t，其中：刮刀涂布级高岭土30万t，电瓷工业65万t，橡胶工业15万t，石油工业7万t。 中国高岭土的资源潜力很大，除已保有的丰富储量外，在石炭纪到侏罗纪以及第三纪煤系地层中，还蕴藏着丰富的沉积型高岭土矿，其资源远景十分可观。据有关资料统计，内蒙古东胜煤田的高岭土原矿平均2～3t可选出高岭土1t，而广东茂名的高岭土原矿则需5～6t才可选出高岭土1t，可见煤系高岭土开发前景很好。 今后若干年内，世界高岭土市场将保持发展趋势，生产量呈不断增长趋势，尤其是优质土。因而，中国高岭土工业应着眼于国内外两个市场，把丰富的资源同引进外资、引进技术相结合，立足于深加工，开发新产品，把高岭土工业办成既满足国内需求，又力争出口创汇的产业。 |
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