哈萨克斯坦某高岭土矿的特征研究

管俊芳，程飞飞，张 帆，李小帆，高惠民

(1．武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430070；2．矿物资源加工与环境 湖北省重点实验室，湖北 武汉 430070)

哈萨克斯坦某高岭土矿的特征研究

管俊芳1，2，程飞飞1，张 帆1，李小帆1，高惠民1，2

(1．武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430070；2．矿物资源加工与环境 湖北省重点实验室，湖北 武汉 430070)

以哈萨克斯坦某高岭土矿为研究对象，通过偏光显微镜、XRD、化学成分和扫描电镜(SEM)等测试手段对该矿进行了系统研究。结果表明：该矿主要由高岭石、石英和白云母(水化白云母)组成，高岭石结晶度较高，主要富集在细粒级；高岭石叠片间结构松散，单片较多；淘洗率较高，-5μm和-2μm粒级的淘洗率分别达到了29.06%和18.33%，仅仅通过简单的分级，-20μm各粒级就可达到橡塑、搪瓷、陶瓷和涂料等工业用二级以上标准；该矿石总体质量较好，经加工提纯后有望在造纸行业上应用。

高岭土；分级；特征

近年来，高岭土在造纸、陶瓷、搪瓷、橡胶、塑料、耐火材料、医学、纺织、化工等领域的应用越来越广泛[1-3]。然而高质量的高岭土矿资源越来越少，大多数的高岭土矿中除主要的高岭石族矿物外，常伴生有石英、白云母、长石、方解石等粘土矿物和褐铁矿、钛铁矿、金红石、赤铁矿有害杂质，这些杂质矿物的存在很程度上影响了高岭土的应用[4-8]。本文以哈萨克斯坦某高岭土矿为研究对象，系统研究了矿石的白度、粒度、化学成分、矿物组成、粘浓度、高岭石的形貌特征等，目的是为矿石的加工应用提供指导作用。

1 矿石性质

原矿为砂质高岭土，化学成分(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；烧失量 7.54。与理论值(SiO246.5%，Al2O339.5%)相比，SiO2含量较高，Al2O3含量较低。杂质元素中K2O含量较高，TFe2O3、TiO2含量较高，其他杂质元素含量较低。

2 测试仪器与药剂

D/Max-IIIA型X射线衍射仪，日本理学公司；JSM-5610LV型扫描电子显微镜，日本电子株式会社；YQ-Z-48A白度仪，杭州轻通仪器开发公司。

六偏磷酸钠，天津纵横兴工贸有限公司。

3 高岭土的特征研究

3.1 分级高岭土的产率

将高岭土矿在浓度65%、六偏磷酸钠0.2%的矿浆中捣浆10min后淘洗分级，各粒级的产率见表1。

由表1可知，各粒级高岭土产率不同，+74μm的产率为52.60%，其中-1500+560μm粒级产率最高，为25.19%，其次是+1500μm粒级，产率为14.90%，-560+400μm和-400+150μm产率分别为5.17%和4.14%，产率最少的是-150+74μm，为2.6%；-74μm产率为47.42%，其中产率最高的是-2μm粒级，达到了18.33%，其次是-5+2μm粒级，产率为10.73%，-74+5μm之间的五个粒级的产率均较低，从1.83%～6.54%不等；各分级高岭土的产率呈现两头大的趋势，粗粒级+1500μm、-1500+560μm和细粒级-5+2μm、-2μm的产率都超过10%，四个粒级产率之和达到69.15%。

表1 分级高岭土的产率和矿物组成

3.2 分级高岭土的矿物组成

由图1原矿和分级高岭土的XRD图谱可知，该高岭土的主要矿物为高岭石、石英和白云母，少量的长石和方解石。高岭石在细粒级中富集，而石英和云母主要在粗粒级富集。

图1 原矿和分级高岭土的XRD图谱

根据显微镜观察、XRD分析，并结合化学成分分析，原矿和分级高岭土的矿物组成见表1。由表1可知，高岭石在-150+74μm粒级开始富集，在-45+30μm粒级大量富集，在-5μm粒级含量达到80%左右；石英在+45μm中含量较高，主要在+560μm富集，而在-10μm中含量较低；白云母，由于有部分蚀变为水云母(伊利石)，其在-560μm的各粒级中都有分布，且含量较高，在-2μm粒级中仍含13%左右。暗色矿物主要分布在-400+30μm粒级中，以铁、钛矿物为主。铁矿物主要是赤铁矿和褐铁矿，少量为磁铁矿，钛矿物为金红石。

由产率和矿物组成综合考虑，由于-30+20μm和-45+30μm两个粒级产率较低，并且性质相似，矿物组成相近，可以合并为-45+20μm；同理可以将-10+5μm和-10+20μm合并为-20+5μm。由于高岭石主要存在于-45μm粒级中，因此，将-45μm分为-45+20μm、-20+5μm、-5+2μm和-2μm四个粒级进行以下的分析和研究。

3.3 高岭石的结晶特征

3.4 分级高岭土的化学成分

由表3原矿和四个粒级的分级高岭土的化学成分可知，SiO2在四个细粒级中的含量都较低，且随着粒度的降低，含量逐渐降低，由原矿的70.55%减少到45.96%；Al2O3的含量随着粒度的降低，含量逐渐增加，从原矿的19.56%逐渐增加到36.80%；K2O也在细粒级中富集，含量最高的是-20+5μm粒级，达到了2.18%，最低的是-2μm粒级，为1.72%；Fe2O3在细粒级中明显富集，由0.25%富集到0.52%～0.68%；TiO2在-45+20μm粒级富集较多，为1.03%，在-20+5μm和-5+2μm粒级分别为0.69%和0.39%，-2μm粒级含量较少，为0.21%；其他化学成分含量都较低，且与粒度关系不明显。

由表3分析可知，这四个粒级高岭土中化学成分主要为SiO2和Al2O3，含有少量K2O、Fe2O3和TiO2。SiO2含量随着粒度的变细而降低，而Al2O3含量随着粒度的变细而增加；K2O、Fe2O3和TiO2都有不同程度富集，主要富集在-45+20μm和-20+5μm粒级中。这和3.2节中分级高岭土的矿物组成分析结果一致。

3.5 高岭石的形貌分析

由图2四个粒级的扫描电镜(SEM)照片可知，-45+20μm和-20+5μm粒级中高岭石主要为蠕虫状，片层堆积较紧密，保留了长石颗粒的轮廓，说明这两个粒级长石风化不完全；-5+2μm粒级高岭石多为书册状，片层间结构较松散，单片高岭石较多，粒径在3μm左右；-2μm粒级高岭石多为单片，片层间结构较松散，边缘较平直，少量颗粒可见假六边形状，粒径在1.5μm左右。结合3.1节中-45+20μm和-20+5μm粒级产率很少，而-5+2μm和-2μm粒级产率较多，说明高岭石风化较理想，不用剥片，仅分级就可获得淘洗率为29.06%的-5μm粒级和18.33%的-2μm粒级的高岭土。

表2 分级高岭石的衍射特征

表3 高岭土的化学成分/wt%

注：化学成分为中国地质大学国家重点实验室化分室测试。

图2 -45μm粒级高岭土的SEM照片

3.6 分级高岭土的白度

由表4可知，四个粒级高岭土自然白度从-45+20μm的60.94%提高到-5+2μm的83.26%，其中-2μm粒级的白度为83.05%。1200℃煅烧后，各粒级白度明显提高，分别提高到68.15%～90.18%。尤其是-5+2μm和-2μm粒级，煅烧白度分别提高到89.69%和90.81%，白度较高，说明该粒级高岭土品质较优。煅烧白度的不同，与各粒级矿物组成和含量有关。

3.7 分级高岭土的粘度

由表5中-2μm高岭土的粘浓度测试结果可知，当粘度达332MPa.s时，其分散浓度仅为62%，未达到造纸用高岭土要求(粘度500MPa.s时，浓度≥60%)，其原因可能是高岭土中水化水云母含量较高(13%)，导致高岭土的粘浓度过低，未达到造纸用国家标准[10]。

表4 分级高岭土的白度

表5 -2μm粒级高岭土的粘度

4 分级高岭土的应用分析

+45μm粒级中石英含量较多。可以作为建筑用砂或造型用砂；-45+20μm粒级高岭土粒度太大，经过磨剥以后可作为橡塑和陶瓷工业原料；

根据国标[10]GB/T14563-2008，-20+5μm粒级高岭土达到橡塑工业用一级(XT-1)和搪瓷工业用二级(TT-2)标准；-5μm粒级达到搪瓷工业用一级(TT-1)、橡塑工业用优级(XT-0)、陶瓷工业用二级(TC-2)和涂料工业用二级(TL-2)标准；-2μm粒级高岭土因粘度较低不适宜工业造纸用，经煅烧后，可达到橡塑工业用煅烧高岭土优级(XT-(D)0)和涂料工业用煅烧高岭土一级(TL-(D)1)标准。

5 结论

1)该高岭土原矿的主要组成矿物是高岭石、石英和白云母(水化白云母)，高岭石结晶有序度较高；分级后，细粒级-5+2μm、-2μm的各粒级产率超过了10%；高岭石富集在细粒级，-5μm粒级中含量80%左右；石英富集在粗粒级，在+560μm粒级中含量达到了95%左右；白云母在各粒级均有一定的含量，在-560μm的各粒级中含量为13%～33%。

2)原矿淘洗率较高，-5μm和-2μm两个粒级的淘洗率分别达到了29.06%和18.33%。高岭石多为单片状，少量叠片状，单体粒度较小；-45+20μm粒级经过磨剥以后可作为橡塑和陶瓷工业原料；-20μm各粒级能满足橡塑、搪瓷、陶瓷和涂料等工业用二级以上标准。

3)该高岭土矿总体质量较高，其-2μm粒级高岭土可以与茂名高岭土、美国KCS土、英国SPS土等相媲美[11]。但水化白云母的存在影响了高岭土的应用，可通过提纯、增白等手段，使该高岭土能在造纸行业上应用，或进一步扩大其应用范围。

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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

中央高校基本科研业务费专项资金资助(145208004)

管俊芳(1965-)，女，山西闻喜人，副教授，博士，主要从事矿物材料应用研究。E-mail：guanjfang@163.com。

程飞飞(1990-)，男，安徽休宁人，硕士在读，主要从事矿物材料应用研究。E-mail：583464234@qq.com。

P575

A

1004-4051(2015)08-0128-05