1、1,第七章 我国北方主要煤系中的共伴生矿产资源,15248082273 张涛 2014.04,2,目录,第一节、概述 第二节、高岭土矿 第三节、硅藻土 第四节、膨润土矿 第五节、石墨 第六节、山西式铁矿 第七节、铝土矿及硬质高岭土矿 第八节、粘土矿 第九节、黄铁矿 第十节、油页岩,3,第一节、概述,沉积矿产的形成，至少需要满足三个条件：第一，足够的物质来源；第二，一定的水动力条件；第三，适于该物质富集的地球化学条件。煤的形成是伴随高大植物的繁盛而开始的，在全球范围内，志留纪以前（约4.4亿年前）无煤存在，到石炭二叠纪（约3.5亿年后），地球上高大乔木空前繁盛。,4,因此，该时代成为全球范围内
2、的主要成煤时期，但也并非所有石炭二叠纪地层中均有煤的赋存，除了后期的构造挤压，火成岩侵入等后期破坏影响之外，第二、第三个条件是有煤无煤赋存的决定性因素。煤的赋存，水动力条件是非常重要的，水动力条件与地球化学条件关系十分密切。成煤物质堆积以后需要的水动力条件，是流速缓慢，水循环速度不过快，只有这样，堆积下来的成煤物质才不致被冲走，也能维持沉积区缺氧的地球化学条件。所有与煤共生在一起的沉积物包括一些重要的沉积矿产的形成，都与成煤时的水动力条件相适应。,第一节、概述,5,我国北方石炭二叠纪，由于经历了长达1亿年的沉积间断，这种特殊的 地质发展历史，又有一些与这种特殊地质发展过程相适应的沉积矿产伴生，
3、矿床学上称为与风化壳有关的残积一沉积型矿产，其中有铁矿、铝土矿、硬质高岭土矿床等。,第一节、概述,6,煤系伴生矿产的特点： 一、伴生矿产种类繁多 含煤岩系中赋存有多达数十种伴生矿产。除含有诸如煤层甲烷、煤成气和油页岩及石油等燃料矿产外,还含有众多的金属、特别是非金属矿产。例如,作为钢铁等冶金原料的黑色金属矿产,铁矿、锰矿、钒矿,有色金属矿产的铝土矿和贵金属矿产的金矿等。用于电子工业的稀有元素矿产有锗、稼和可供核工业用的放射性矿产铀矿等。随着我非金属矿工业的兴起和发展,煤系伴生的非金属矿产越来越多地被发现和利用,成为最引人注意的伴生矿产资源。,第一节、概述,7,例如,各种耐火粘土、高岭土、硅藻土
4、、膨润土、累托石、海泡石等多种粘土类矿产,还有硫铁矿、磷矿、石膏、沸石、珍珠岩、重晶石、石墨和石灰岩、大理岩以及种类繁多的硅质原料、建筑材料等等用于化工、建材、轻工等工业领域的矿产。众多的煤系伴生矿产资源,有的已较早认识和利用,也有的属于近年来的发现,随着经济环境改善、地质认识的提高和加工技术的进步,可供利用的煤系伴生矿产的种类还将增加。,第一节、概述,8,二、伴生资源潜力巨大 我国煤系伴生矿产不仅种类繁多,而且资源量雄厚,并不乏许多大型矿床。在伴生燃料矿产方面,抚顺、茂名煤盆地油页岩是储量丰富的著名大型矿床;我国煤成气资源潜力巨大也已被国家“六五”以来的煤成气研究成果所证明据有关资料,我国仅
5、赋存于煤层中的煤层甲烷(瓦斯),在埋深Z000m以上的煤层中便可回收28.5万亿m3,相当于全国探明天然气储量(1979年)的38.7倍。,第一节、概述,9,近年来已发明多个浅层、低压内储式煤层气藏。伴生的非燃料矿产资源更为丰富,有些矿种几乎全部共生或伴生在含煤建造中。例如,煤系中的铝土矿占总储量90%以上,我国石煤岩系中的钒资源量为世界现有储量的5倍。作为煤系伴生的非金属矿产,显示了更为明显的资源优势,如,众所周知的煤系耐火粘土,其资源超过全国总储量的97%。其中愈加受到各国重视的高铝耐火粘土,我国探明的储量居世界首位。再如,需求量逐年增长的高岭土,根据不完全资料统计,煤系高岭土探明远景及推
6、算储量为180.54亿万t,超过世界其它国家高岭土查明储量的总和。,第一节、概述,10,并且,我国大型、超大型优质高岭土矿床全部赋存于含煤岩系中,有的已成为我国造纸涂料高岭土的重要基地。另外,煤系硅藻土资源亦十分可观,仅作为全国三大硅藻土基地之一的云南省,其硅藻土几乎全部产于第三纪煤盆地,储量占全国的77%。其寻旬先锋煤盆地矿层平均厚度达260余m,储量超过一亿吨,实属世界罕见。,第一节、概述,11,被称为稀有非金属矿产的累托石,目前在世界上仅发现40多处矿点,而真正形成矿床的则是发育于我国湖北钟祥、南障等地的二叠纪煤系中的累托石矿,其可采储量达800余万t。除此之外,还有很多的煤系伴生矿产如
7、水泥原料、建筑材料、化工原料以及可回收利用的各种元素矿产等资源均相当雄厚。多年区域地质和资源调查、煤田地质勘探和矿产研究成果表明我国含煤岩系伴生矿产资源十分丰富,在国民经济中占有重要地位。,第一节、概述,12,三、伴生矿产分布广泛 我国不仅在地史上聚煤时间早、煤系时代齐全,而且煤系地层分布广泛,大小不等的煤田、煤盆地至少有4000余处分布于全国各省区,总面积远超过100万km,这无疑决定了煤系资源的分布特点。即在时间分布上表现为含矿层位多,如从早古生代石煤岩系到第四纪泥炭地层均有各种不同类型的伴生矿产分布。 在空间分布上则表现为广泛的区域性特点。尽管因不同时代、不同地区的含煤地层在沉积期和沉积
8、期后经历的地质背景不同和后生叠加成矿成因类型差别极大,伴生矿产的种类及分布相当复杂,但是,从宏观背景上煤系伴生矿产的分布也存在着一定的规律性。,第一节、概述,13,例如,早古生代石煤岩系富含某些金属元素及稀有元素矿产,晚古生代煤系伴生矿产以铝土矿、耐火粘土、高岭岩为明显特征;中新生代煤盆地及煤一火山岩盆地趋于种类多样化和复杂化。另外,如陆相煤系与近海煤系、构造变动强烈与微弱地区、有与无岩浆侵入的煤系、区域热力变质程度高与低的煤田等不同宏观背景中的伴生矿产的种类和分布各具一定特点。从更高级别构造背景上看,在不同的大地构造位置,伴生矿产分布具一定规律或构成不同的矿产系列,如我国东部中生代煤一火山岩
9、盆构造带为大量沸石、珍珠岩、膨润土、凹凸棒石等伴生矿产的重要成矿带。煤系伴生矿产的分布特点对各地区广泛而有选择地利用资源是个有利条件。加强煤系伴生资源分布规律的研究有助于提高找矿的预测性。,第一节、概述,14,四、矿产赋存方式多样 按照伴生矿层及矿体在含煤岩系中存在的宏观特征,将赋存方式分为: (1)岩层型式 指矿层以岩层型式赋存于含煤建造中。矿层或含矿层作为与含煤岩系同生的地质体构成建造的组成部分。按其岩石类别可进一步划分为碎屑岩层型式和火山岩层型式两种,前者指伴生矿产赋存于正常沉积岩层中,如耐火粘土矿,后者指赋存于与含煤建造同期形成的火山岩、火山凝灰岩及其夹层中或与这些异常岩层有关,如煤一
10、火山岩盆地中的沸石、珍珠岩、膨润土矿等。,第一节、概述,15,(2)煤层型式指伴生矿产赋存于煤层中,如煤中的伴生元素矿产、煤层高岭石夹研以及煤层甲烷等。 (3)界面型式指赋存于煤盆地充填序列中构造层序界面之上及附近,或与不整合面有关。其常见的伴生矿产有界面粘土矿、铁矿、铝土矿等。 (4)侵入型式指赋存于煤系的岩墙、岩床、岩脉等后期侵入体及其有关的矿产,如石墨、辉绿岩等矿。 含煤岩系伴生矿产的宏观赋存型式是重要的地质特征之一,反映了伴生资源形成的阶段性、地质条件和成矿作用。其研究有利于指导找矿。,第一节、概述,16,五、矿床类型复杂 矿床的形成是各种地质因素综合作用的结果。煤系众多的伴生矿产形成
11、于不同期次和不同地质条件,每一矿种均具各自的成因过程和地质特征,但同一矿种可形成于不同演化阶段和不同地质背景。 相同的演化阶段和地质背景亦可形成不同种类的伴生矿产。因此,从煤系伴生矿产的资源地质而言,其类型的复杂性是不言而喻的。 但是,从伴生矿产的成矿阶段及成矿基本地质条件等方面考查,可以划分为几种宏观成因类型:,第一节、概述,17,(1)同沉积型,即与含煤岩系同期沉积和充填的矿床,或称原生型矿床。岩层型式赋存的矿产大部分属于此类,特别是具重要地位的煤系典型沉积矿产。同沉积型伴生矿产的成矿聚积主要受控于原始聚煤盆地的物源物质、沉积古地理及沉积环境、古气侯和介质地球化学条件等。(2)古风化型,以
12、界面型式赋存的矿产多属于这种风化成因类型。古风化型矿床类型主要的成矿因素为古构造运动面的存在及其特征、先期沉积的矿源岩性质和古气候特征等。,第一节、概述,18,(3)岩浆型,属于后生型伴生矿床。包括侵入型式赋存的矿产以及区域岩浆热引起的煤系中、低温热液有关的矿床。此种类型决定于煤系后期构造变动和岩浆活动等因素。(4)复合型,即由原生到后生多次叠加成矿作用形成的伴生矿床,即复合成因型矿床。鉴于煤系伴生矿床类型的复杂性,在研究某种伴生矿产的地质特征和成因类型时,注意综合研究各种伴生矿产的共生组合规律和成因联具重要意义。,第一节、概述,19,六、矿产便于开发利用 在资源利用方面,煤系伴生矿产多数具易
13、采、易用和经济上见效快等特点。 含煤岩系一般埋藏较浅,其矿产不少适于露天开采,在现有煤矿山,不用增加很多设备可实现煤与其它矿产的综合开采。煤系有些伴生矿产采出后不用加工便可直接利用,煤层型式赋存的有关矿产在煤的洗选、加工和利用过程中可合理回收,一些大型煤矿对伴生资源的开发可充分利用已有矿山和物质条件。 在资源利用的组织形式上,除了有些需要国家投入、建设大型矿山和选矿加工厂外,更多的煤系伴生资源适合于机动灵活的小型开发,便于各地区根据其资源状况和市场需要作合理选择。这些都反映出煤系伴生资源具开发便利,投资少、投产快和易产生经济效益等特点。,第一节、概述,20,第二节、高岭土矿,高岭土是一种非金属
14、矿产，是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩。因江西省景德镇高岭村而得名。质纯的高岭土呈洁白细腻、松软土状，具有良好的可塑 性和耐火性等理化性质。其矿物成分主要由高岭石、埃洛石、水云母、伊利石、蒙脱石以及石英、长石等矿物组成。高岭土用途十分广泛，主要用于造纸、陶瓷和耐 火材料，其次用于涂料、橡胶填料、搪瓷釉料和白水泥原料，少量用于塑料、油漆、颜料、砂轮、铅笔、日用化妆品、肥皂、农药、医药、纺织、石油、化工、建 材、国防等工业部门。,21,一、高岭土物化性质 物化性质：多无光泽，质纯时颜白细腻，如含杂质时可带有灰、黄、褐等色。外观依成因不同可呈松散的土块状及致密状态岩块状。密度254-260
15、 g/cm3。熔点约1785。具有可塑性，湿土能塑成各种形状而不致破碎，并能长期保持不变。,第二节、高岭土矿,22,二、高岭土矿床成因类型 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。 1、风化型：又分为风化残积亚型和风化淋积亚型； 2、热液蚀变型：又分为热液蚀变亚型和现代热泉蚀变亚型； 3、沉积型：又分为沉积和沉积-风化亚型及含煤地层中高岭石粘土岩亚型。,第二节、高岭土矿,23,三、高岭土矿石工业类型 根据其质地、可塑性和砂质的质量分数分为三种类型：
16、 1、硬质高岭土：质硬，无可塑性，粉碎细磨后具可塑性。 2、软质高岭土：质软，可塑性较强，砂质质量分数50%。,第二节、高岭土矿,24,四、高岭土分布 目前我国高岭土矿点有700多处，对200处矿点探明储量为30亿吨，矿点较为分散。其中煤系高岭土16.7亿吨，主要分布在中国北方的东北、西北的石炭一二叠纪煤系中，以煤层中夹矸、顶底板或单独矿层形式存在。中国是产煤大国，基本上大型煤矿都伴生有煤系高岭土，因而煤系高岭土储量十分丰富。非煤系高岭土1996年探明工业储量14.32亿吨。,第二节、高岭土矿,25,与其它非金属资源相比，高岭土不属于中国的优势资源，如按人均算则更为短缺。而且中国高岭土资源的分
17、布比较分散，品位不高，大多数为煤系高岭土（国外很少），需要经过煅烧或改性，用于造纸涂布有天然的局限性。 而且煤系高岭土由于属于煤的伴生矿，难以大规模开采利用。在中国，非煤系高岭土与煤系高岭土储量相当，但绝大多数为管状高岭土，粘度大，不能用于造纸涂布。 据所了解资料，只有广东、广西、安徽、河北沙河的高岭土资源可以开发用于造纸涂料，因此资源十分宝贵。河北沙河在90年代中后期曾在国内造纸涂料市场与茂名高岭土有过激烈竞争，但已经由于资源不足，逐渐萎缩。,第二节、高岭土矿,26,五、高岭土工艺特性 （1）白度亮度 白度是高岭土工艺性能的主要参数之一，纯度高的高岭土为白色。高岭土白度分自然白度和煅烧后的白
18、度。对陶瓷原料来说，煅烧后的白度更为重要，煅烧白度越高则 质量越好。陶瓷工艺规定烘干105为自然白度的分级标准，煅烧1300为煅烧白度的分级标准。白度可用白度计测定。 高岭土的颜色主要与其所含的金属氧化物或有机质有关。一般含Fe2O3呈玫瑰红、褐黄色；含Fe2+呈淡蓝、淡绿色；含MnO2呈淡褐色；含有机质则呈淡黄、灰、青、黑等色。这些杂质存在，降低了高岭土的自然白度，其中铁、钛矿物还会影响煅烧白度，使瓷器出现色斑或熔疤。,第二节、高岭土矿,27,五、高岭土工艺特性 （2）粒度分布 粒度分布是指天然高岭土中的颗粒，在给定的连续的不同粒级（以毫米或微米筛孔的网目表示）范围内所占的比例（以百分含量表
19、示）。高岭土的粒度分布特征对矿石的可选性及工艺应用具有重要意义，其颗粒大小，对其可塑性、泥浆粘度、离子交换量、成型性能、干燥性能、烧成性能均有很大影响。高岭土矿都需要进行技术加工处理，是否易于加工到工艺所要求的细度，已成为评价矿石质量的标准之一。各工业部门对不同用途的高岭土都有具体的粒度和细度要求。如美国对用作涂料的高岭土要求小于2m的含量占9095%，造纸填料小于2m的占7880%。,第二节、高岭土矿,28,五、高岭土工艺特性 （3）可塑性 高岭土与水结合形成的泥料，在外力作用下能够变形，外力除去后，仍能保持这种形变的性质即为可塑性。可塑性是高岭土在陶瓷坯体中成型工艺的基础，也是主要的工艺技
20、术指标。通常用可塑性指数和可塑性指标来表示可塑性的大小。可塑性指数是指高岭土泥料的液限含水率减去塑限含水率， 以百分数表示，即W塑性指数=100(W液性限度-W塑性限度）。可塑性指标代表高岭土泥料的成型性能。高岭土的可塑性可分为四级。 强可塑性 中可塑性 弱可塑性 非可塑性,第二节、高岭土矿,29,五、高岭土工艺特性 （4）化学式Al2O3-2SiO2-2H2O,第二节、高岭土矿,30,五、高岭土工艺特性 （5）结合性 结合性指高岭土与非塑性原料相结合形成可塑性泥团并具有一定干燥强度的性能。结合能力的测定，是在高岭土中加入标准石英砂（其质量组成0.250.15粒级占70%，0.150.09mm
21、粒级占30%）。以其仍能保持可塑泥团时的最高含砂量及干燥后的抗折强度来判断其高低，掺入的砂越多，则说明这种高岭土结合能力就越强。通常凡可塑性强的高岭土结合能力也强。,第二节、高岭土矿,31,五、高岭土工艺特性 （6）粘性和触变性 粘性是指流体内部由于内摩擦作用而阻碍其相对流动的一种特征，以粘度来表示其大小（作用于1单位面积的内摩擦力），单位是Pas。粘度的测定，一般采用旋转粘度计，以在含70%固含量的高岭土泥浆中的转速来衡量。在生产工艺中，粘度具有重要意义，它不仅是陶瓷工业的重要参数，对造纸工业影响也很大。据资料表明，国外用高岭土作涂料，在低速涂布时要求粘度约0.5Pas，高速涂布时要求小于1
22、.5Pas。 触变性指已经稠化成凝胶状不再流动的泥浆受力后变为流体，静止后又逐渐稠化成原状的特性。以厚化系数表示其大小，采用流出粘度计和毛细管粘度计测定。 粘性和触变性与泥浆中矿物成分，粒度及阳离子类型有关，一般，蒙脱石含量多的，颗粒细的，交换性阳离子以钠为主的，其粘度和厚化系数高。因此工艺上常用添加可塑性强的粘土、提高细度等方法提高其粘性和触变性，用增加稀释电解质和水分等方法降低之。,第二节、高岭土矿,32,五、高岭土工艺特性 （7）烧结性 烧结性是指将成型的固体粉状高岭土坯体加热至接近其熔点（一般超过1000）时，物质自发地充填粒间隙而致密化的性能。气孔率下降到最低值，密度达到最大值的状态
23、，称为烧结状态，相应的温度称为烧结温度。继续加热时，试样中的液相不断增加，试样开始变形，此时温度即称转化温度。烧结温度与转化温度的间隔称烧结范围。烧结温度和烧结范围在陶瓷工业中是决定坯料配方、选择窑炉类型的重要参数。试料以烧结温度低、烧结范围宽（100150）为宜，工艺上可以用掺配助熔原料及将不同类型的高岭土按比例掺配的方法控制烧结温度及烧结范围。,第二节、高岭土矿,33,五、高岭土工艺特性 （8）烧成收缩 烧成收缩性是指已干燥的高岭土坯料在烧成过程中，发生一系列物理化学变化（脱水作用、分解作用、生成莫来石，易熔杂质熔化生成玻璃相充填于质点间的空隙等），而导致制品收缩的性能，也分为线收缩和体收
24、缩两种。同干燥收缩一样，烧成收缩太大，容易导致坯体开裂。另外，焙烧时，坯料中若混有大量的石英，它将发生晶型转化(三方六方），使其体积膨胀，也会产生反收缩。,第二节、高岭土矿,34,五、高岭土工艺特性 （9）耐火性 耐火性是指高岭土抵抗高温不致熔化的能力。在高温作业下发生软化并开始熔融时温度称耐火度。其可采用标准测温锥或高温显微直接测定，也可用MA别兹别洛道夫经验公式进行计算。 耐火度t（）=360+Al2O3-R2O/0.228 式中：Al2O3为SiO2和Al2O3分析结果之和为100时其中Al2O3所占的质量百分比；R2O为SiO2和Al2O3分析结果之和为100时其它氧化物所占的质量百分
25、比。 通过此公式计算耐火度的误差在50以内。 耐火度与高岭土的化学组成有关，纯的高岭土的耐火度一般在1700左右，当水云母、长石含量多，钾、钠、铁含量高时，耐火度降低，高岭土的耐火度最低不小于1500。工业部门规定耐火材料的R2O含量小于1.52%，Fe2O3小于3%。,第二节、高岭土矿,35,五、高岭土工艺特性 （10）悬浮性 悬浮性和分散性指高岭土分散于水中难于沉淀的性能。又称反絮凝性。一般粒度越细小，悬浮性就越好。用于搪瓷工业的高岭土要求有良好的悬浮性。一般据分散于水中的样品经一定时间的沉降速度来确定其悬浮性能的好坏。,第二节、高岭土矿,36,五、高岭土工艺特性 （11）可选性 可选性是
26、指高岭土矿石经手工挑选，机械加工和化学处理，以除去有害杂质，使质量达到工业要求的性能。高岭土的可选性取决于有害杂质的矿物成分、赋存状态、颗粒大小等。石英、长石、云母、铁、钛矿物等均属有害杂质。高岭土选矿主要包括除砂、除铁、除硫等项目。,第二节、高岭土矿,37,五、高岭土工艺特性 （12）吸附性 高岭土具有从周围介质中吸附各种离子及杂质的性能，并且在溶液中具较弱的离子交换性质。这些性能的优劣主要取决于高岭土的主要矿物成分。,第二节、高岭土矿,38,五、高岭土工艺特性 （13）化学稳定 高岭土具有强的耐酸性能，但其耐碱性能差。利用这一性质可用它合成分子筛。 （14）电绝缘性 优质高岭土具有良好的电
27、绝缘性，利用这一性质可用之制作高频瓷、无线电瓷。电绝缘性能的高低可以用它的抗电击穿能力来衡量。,第二节、高岭土矿,39,六、煤系伴生高岭土的赋存方式 煤系伴生资源中，高岭土大量存在，它们赋存的方式有： （一）作为夹矸存在，这些资源质优，易开采，虽然厚度不大，但因夹在煤层中间不需专门开采，拣选就可获得效益。这些层位的高岭土资源可以深加工提高附加值。 （二）煤层底板或两层中间的煤系夹层，是存在最普通的一种赋存形式。这些高岭土资源一般厚度大，分布稳定，虽然其质量比高岭石泥岩夹矸稍差，但也往往出现质量高的层段，如与底板同时开采，可能提高工作面高度，从而改善井下劳动条件。 (三）在煤系地层中距煤层较远，
28、均是优质高岭土资源。由于距煤层远，不适于采煤过程中开发。,第二节、高岭土矿,40,七、高岭土的质量评价方法 高岭石族的矿物成员包括高岭石、多水高岭石、变水高岭石、迪开石、珍珠陶土等，其化学通式为Al2Si2O5（OH）4nH2O。 高岭石、迪开石及珍珠陶土以不含结晶水为特征，即n=0。多水高岭石含两个结晶水。变水高岭石介于二者之间。理论上，高岭石族的化学成分差异仅仅是含水量的不同。在高岭石族矿物的分子式中，理论上克分子比应符合Al2O3：SiO2=1：2。如果不符合这个比例，则说明高岭土中含有其它杂质。一般高岭土中除了SiO2、Al2O3、H2O三种主要成分外常含有少量的Fe2O3、TiO2、
29、CaO、MgO、K2O、Na2O等氧化物，还可能发现硫酐（SO3）、CO2、MnO2、P2O5 及其它氧化物。常规的高岭土化学分析，就包括上述氧化物。根据上述氧化物及烧失量（I、L)的分析结果，足以判断高岭土的质量。,第二节、高岭土矿,41,七、高岭土的质量评价方法烧失量（Loss on ignition，缩写为LOI），即将在105110烘干的原料在10001100灼烧后失去的重量百分比。原料烧失量的分析有其特殊意义。它表征原料加热分解的气态产物（如H2O，CO2等）和有机质含量的多少，从而可以判断原料在使用时是否需要预先对其进行煅烧，使原料体积稳定。按照化学分析所得到的成分，可以判断原料的
30、纯度，大致计算出其耐火性能，借助有关相图也可大致计算出其矿物组成。 高岭土中往往还含有一些吸咐元素，这些元素多是在地壳中高度分散、含量甚微的微量组分，一般情况下对高岭土质量影响不大，用常规分析方法难以发现它们的存在，特殊情况下它们可以富集，甚至具有工业意义。,第二节、高岭土矿,42,七、高岭土的质量评价方法 烧失量（IL)主要指高岭石矿物加热时，参加矿物相的结构水脱失，即参与晶格配位的羟基以水的形式脱失；其次指有机质混入物以植物纤维、沥青、固体碳及腐植酸形式存在时，加热过程中以水的形式的脱失。通常纯高岭土的烧失量在12-15%(理论上高岭石烧失量为13.96%）。如含大量石英或长石杂质时，其烧
31、失量明显降低。伊利石和绢云母类粘土矿物的存在，也相应降低烧失量。如果高岭土的烧失量增高，说明含有多水高岭石、富铝矿物。当烧失量超过理论值很大时，可以推测高岭土中含碳酸盐或硫酸盐矿物。如果原矿外貌呈灰、黑或褐色，则可能含有机质。对于不含有机质及硫酐之类的高岭土，根据Al2O3的含量可以初步判断其烧失量的大小。一般是高岭土越纯，含量越高，烧失量也越大。它们之间的对应关系如下：,第二节、高岭土矿,43,七、高岭土的质量评价方法,第二节、高岭土矿,44,七、高岭土的质量评价方法 SiO2是高岭土中含量最高的组分，通常纯高岭土中SiO2含量介于45%-55%之间（高岭石的SiO2理论值为46.54%,)
32、 ，如果在分析结果中，SiO2含量明显偏高，则说明高岭土中有游离石英存在，这在残积或沉积型高岭土矿床中是常见的。游离石英的存在，使高岭土品位下降。同时，游离石英的分布往往不均匀，粒径大小也不一致，这就影响到利用高岭土的生产工艺的稳定性。石英颗粒混入陶瓷坯料中，可降低可塑性，使陶瓷制品出现釉裂、炸裂、剥釉等；混 入耐火材料，在石英与Al2O3含量成一定比例时，形成低共熔物，降低耐火度；用于造纸工业时，降低纸张表面的光滑度，出现砂眼，甚至磨损刮刀和造纸机等。因此对高岭土中SiO2的含量均有一定要求，通常纯的或精选过的高岭土，SiO2的含量控制在48-51%.,第二节、高岭土矿,45,七、高岭土的质
33、量评价方法 Al2O3是高岭土中仅次于SiO2的氧化物，高岭石矿物的Al2O3理论值是39.5%，在高岭土中Al2O3的含量与SiO2是互为消长的。如 果 高岭土中含游离石英，则Al2O3的含量将会降低。如果高岭土中Al2O3的含量超过理论值，说明原矿中含有富铝矿物，通常为一水硬铝石、一水软铝石、三水铝石、刚玉等。Al2O3在高岭土中是有益成分，一般高岭土的精制加工，常是杂质成分（主要是SiO2）降低，Al2O3富集提高的过程。高岭土中Al2O3的含量高，可以提高高岭土的耐火度、烧结温度、粘结性与细度等。在优质高岭土中，Al2O3/ SiO2含量比值一理论般在之间。高岭石矿物Al2O3/ Si
34、O2理论值为0.85。该比值0.85 ，说明有富铝矿物存在，会提高耐火度。而0.70时，说明有游离石英存在，耐火度会降低。,第二节、高岭土矿,46,七、高岭土的质量评价方法 Fe2O3和TiO2是高岭土的主要染色物质。微量的铁和钛杂质的混入，即能影响高岭土的白度。铁钛杂质的混入，还会使高岭土的耐火度明显降低。若用于电瓷生产，能降低电瓷制品的绝缘性能；用于填料，可使橡胶、塑料制品发泡过早老化。因此，各工业部门对高岭土中的铁、钛含量均有具体规定。,第二节、高岭土矿,47,七、高岭土的质量评价方法 在高岭石矿物的层状结晶格架中，Si4+可被少量Fe3+或Al3+或Mn2+所置换，这是Fe3+参加高岭
35、土结晶格架的一种存在形式，对高岭石矿物来说微不足道。在高岭土中，大量的铁杂质是以含水氧化铁Fe(OH)3nH2O或细分散黄铁矿（FeS2）的形式混入。在煤系中，后者比前者更重要。煤系高岭土铁是影响质量的重要有害组分。钛的地球化学性质与铁很相近，两者经常共生在一起。特别在沉积型的次生高岭土中，更是普遍存在。通常TiO2含量为 0.5%-1.2%，高者可达2%以上。钛在高岭土中的含量与分布相对比较稳定。一般在评价高岭土的质量时Fe2O3+TiO21%，为上品。,第二节、高岭土矿,48,七、高岭土的质量评价方法 K2O、Na2O、CaO、MgO都是低熔点成分，它们的存在会影响高岭土的烧结温度，降低耐
36、火度。这些组分的存在也会影响高岭土的质量评价。在高岭土的原始母质中，钙、镁多来自长石和其它暗色矿物，例如黑云母、角闪石等。纯高岭土的钙和镁含量很少，一般都以杂质状态出现。如果高岭土中钙、镁含量明显偏多，说明原岩高岭土的转化不彻底，高岭土的质量很差。K2O和Na2O大量存在于长石中。此外，一些粘土矿物。如伊利石、绢云母中也含一定的K2O和Na2O。溶液中的K+、Na+很易被粘土矿吸咐。长石未彻底分解，其钾、钠多存在于粗粒组分中。细粒粘土物质中的钾、钠，可能是高岭土中混有伊利石、绢云母之类的粘土矿物或呈吸咐状态之故。有时在陶瓷工业中故意掺入一些钾、钠。陶瓷釉料配方中含有钾和钠，可以降低熔点，但含量
37、应严格控制在一定范围内，以保持制品在生产过程中的稳定。,第二节、高岭土矿,49,七、高岭土的质量评价方法 硫酐（SO3）也是高岭土 中常见的杂质组分。风化残积或沉积型的高岭土中可能混有明矾石、石膏。在煤系的高岭土中，硫化铁（FeS2）更是常见组分，其含量甚至可达1%-10%。当SO3以硫化物分解后的产物混入高岭土中时，分解产物的可熔性盐类主要是硫酸盐。在陶瓷工业中，硫是极为有害的成分。硫与铁在一起，焙烧时铁以低价氧化物形式留在坯体内，生成含铁硅酸盐，不仅使坯体颜色变黑，还可能造成坯体内部或表面的黑色熔洞。在陶瓷生产中，对硫酐的控制是很严格的，一般要求SO3含量1%。,第二节、高岭土矿,50,八
38、、高岭土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,自然界产出的高岭土，不论属何种成因，大多数不是由纯粹的高岭石矿物组成，原矿中常含石英、长石、云母及岩屑等粗粒物质和硫、铁、钛等多种杂质。为了使矿石质量提高，以适用于多种工业用途，目前很多部门在悉心研究高岭土的提纯精制技术。随着对高岭土需求量的增加，优质高岭土矿山的资源量已日渐枯竭。自70年代以来 ，国内外在提纯高岭土技术方面取得了很大进展。由于高岭土原矿的成因、形成时代和经历的地质历史的差别，原矿物理性质、分布特征及混入物成分的千差万别，使用部门对高岭土质量要求的不尽一致，目前还难有一种标准的精选设备适用于所有场合。现在，精选高岭土大致采 用的方法不
39、外下面几种：手选法，重力法， 浮选法， 磁选法，化学法。,51,八、高岭土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,除上述几种精选方法外，还有电渗电解精选法及其它不常用的方法。选择精制高岭土的方法，主要考虑矿床的地质产状、原矿的物理化学性质、所含混入物的性质、提纯效果及不同部门对纯度的要求而定，可采用一种或多种精选方法。目前我国大部分矿山以手选与重力法为主，其它方法仅限于少量大型矿山及有关科研单位试验性生产，尚未广泛应用于所有矿山。,52,八、高岭土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,一、手选法 这是一种最原始的古老选矿方法，迄今仍被许多中小矿山广泛采用。此法是把开采出来的矿石运至堆场，由工人凭原矿
40、外观质量分级拣出，分别堆放。这种选矿方式能除去外观可见杂质，如非矿石的岩石成分、较大的黄铁矿等。拣选后的矿石成分可稳定在一定范围内。但此法效率低，对看不见的杂质成分难以除去，更无法进一步纯化原料。新汶矿区在运输皮带及矸石山上拣选11煤夹矸即采用此法。此法不需设备，技术含量低，较原始。,53,八、高岭土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,二、重力法 借助高岭土与其所含杂质的相对密度不同、粒度不等、粘度不一致等物理性质差别，以及二者在液体中悬浮性能及沉降速率不同的特性，选用一些比较简单的设备，使有用矿物和混入的杂质分离，即重力法。该法在软质和半软质粘土的选矿中效果较好。硬质粘土选矿时，先将硬质粘土
41、破碎为一定大小（如破至120目），通常需要淘洗池、耙式水选机、浮槽水选机、摇床、离心沉淀机、水力旋流器等设备。,54,八、高岭土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,（一）淘洗法：也称水簸法。此法根据细粒高岭土与粗粒杂质悬浮水中时，具有不同的沉降速度来实现选矿的。若在空气中进行簸选，称为风筛法。淘洗系统一般由粉碎机、搅拌机、除砂机沉淀池与压滤机等组成，淘洗按下列步骤进行。 1淘洗操作前，对在水中不能自行崩解的泥块或矿石进行粉碎。若原矿混有块状杂质，宜进行一次粗筛。,55,八、高岭土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,2将粉碎的原矿或软质、半软质粘土与水混合，以获得悬浮体。这道工序可在带有搅拌器的
42、捣浆池中进行。 3沉淀粗粒杂质时，可使上述悬浮泥浆由捣浆池中流入除砂槽。经过一定距离的流动，悬浮泥浆中的粗粒杂质在除砂槽中沉淀，有用的泥浆流至沉淀池。泥浆流至沉淀池前通过筛网，以除去残留粗粒杂质及树皮、木屑、杂草等混入物。 4悬浮泥浆在沉淀池中静置一定时间后泥浆发生沉淀，排去上部的清水，即剩下较稠的粘土与水的混合物。 5浓缩后的泥浆用泵送至压滤机脱水后成为泥饼，再干燥成块状，即可得到精选矿。 淘洗法操作方便，设备简单，使用较广泛。膨润土的精选也可采用此法。其缺点是占地面积较大，劳动强度高，而且生产效率低。此法又能分离出 50um以上的机械混合物，几个微米的杂质无法使用此法分离。,56,八、高岭
43、土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,水力旋流器：水力旋流器结构简单，投资小，无转动部件，维修方便，分离精度高，产量波动范围也大，在国内外高岭土精制加工中一直被广泛采用。不同的原矿与旋流分离器的型号应搭配得当，这点至关重要。,57,八、高岭土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,水力旋流器的结构与旋风分离器相似；但尺寸小得多。工作时，将原矿料浆配好，沿切线方向在一定压力下注入旋流器上方（粗端）。在离心力作用下，粗和重的物料被抛向旋流器内壁，沿着内壁边缘向下滑行至圆锥体底部。圆锥体最底端有排砂口，粗粒杂质排出，细粒料浆通过圆锥体顶端（上部）的溢流管流出。,58,八、高岭土的精选和加工工艺,第二节、
44、高岭土矿,59,八、高岭土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,衡量水力旋流器精选质量的主要指标之一是边界粒度（即分离粒度），即由上端溢流管中溢流出的料浆最大粒度。大于这个粒度的物料由排砂口排出。边界粒度、水力旋流器的结构参数和工艺参数可由下式表示：,60,八、高岭土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,精选高岭土时，边界粒度宜选在30um左右，并以此来选择水力旋流器的尺寸与工艺控制。水力旋流器最大圆筒直径的选择，主要决定于对生产能力与边界粒度的要求。当生产能力要求高，边界粒度大时，宜选用直径较大的水力旋流器。当生产能力要求大而边界粒度小时，宜选用小直径的水力旋流器并联组合使用。在陶瓷工业部门精选
45、高岭土时，通常选用最大圆筒直径为75-200mm的水力旋流器。从上式可知，为了取得更细的边界粒度（ 20um以下），提高进口压力的效果比 减少旋流器直径要差得多。所以，通常采用维持恒定的进口压力。如用泵供浆，当进口压力较低、压力波动很大时，可将料浆打入高位稳压池中，由稳压池自流供浆。水力旋流器的进口压力一般为49-96kpa。要获得较细的 边界粒度时，进口压力需要维持在147-196kpa。,61,八、高岭土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,当进口压力一定时，增大溢流管直径可以提高生产能力，但要获得良好的分级作用，宜使溢流管直径为0.2-0.4m。增加溢流管在水力旋流器中的沉没深度，也会造成
46、边界粒度的增大。给浆管直径减少，则水力旋流器的生产能力降低，溢流管的边界粒度变小，排砂管中的细粒物料相应减少。增大旋流器的锥体角度，会降低设备高度，增大边界粒度。一般用于精选高岭土的水力旋流器的锥角约为10-20C。,62,八、高岭土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,在其他条件不变时，供给料浆的颗粒愈粗，浓度愈大，其边界粒度也愈粗。料浆过浓会使排砂管超负荷，部分沉砂将进入溢流管。在精制高岭土中，要获得细的边界粒度，其料浆浓度一般控制在 10%左右。通常，水力旋流器给浆管中供分离的料浆细度要求小于1mm。当需处理粗粒料浆而又要获得细的溢流粒度时，可以将多级水力旋流于器串联使用。一般随着处理后的
47、高 岭土产品粒度变细，高岭土含量增加，化学品位中SiO2含量降低， Al2O3含量相应升高，Fe2O3、SO3等杂质的含量相应也降低，高岭土质量提高，这是因为高岭土主要赋存于细颗粒之中。 水力旋流器除了分离高岭土中长石、石英等砂粒外，还能除去一部分粗黄铁矿、菱铁矿及其它岩屑颗粒，因而水力旋流器在高岭土精制提纯工艺中广为采用。,63,八、高岭土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,三、浮选法不同矿物表面被水浸润的性质有差别，亲水矿物可在水中沉淀，疏水矿物易于浮起。根据这一原理设计的精选方法就是浮选法。,64,八、高岭土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,（一）浮选剂法：为了提高浮选效果，一般要采用
48、与被选矿物相适应的浮选剂（或称捕集剂）。在这些浮选剂中被选矿物易于浮起，从而达到杂质清除的目的。捕集剂在料浆中呈离子状态存在，因而它能有选择地被疏水矿物吸附，并靠液气、气固各界面的吸附作用使疏水矿物附着在捕集剂形成的泡沫上，并随泡沫浮起。,65,八、高岭土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,浮选剂法适用于精选含铁含钛矿物、明矾石及有机质、碳屑等，且一般只适用于粒度在20-70um左右的颗粒。对于平均粒径小于1um的高岭土颗粒，往往达不到提纯的目的。据国内外先进经验介绍，对此可采用超细度浮选、双液层浮选及氨浸法浮选等方法来选择性地除去各种杂质矿物，达到高岭土提纯的效果。河北邯郸陶瓷研究所及陶瓷公
49、司，利用浮选剂法处理煤矸石中的硬质高岭土，除铁效果甚好，矿石铁含量经浮选，处理后由1.43%降至0.35%除铁率高达82.54%。,66,八、高岭土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,TSO3为黄铁矿与明矾石的总硫酐。,同时，基本上除尽了夹杂的煤屑等有机质，使一次性浮选处理的硬质高岭土达到了优质土的质量要求。江苏省地质矿产局实验室与江苏省陶瓷研究所等单位，对含高矾硫的苏州土采用优先浮选流程，在常温或加温下处理，也收到了明显效果。,67,八、高岭土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,（二）超细度浮选法：此法能处理小于3um（其中小于0.5um占50%）的矿物。如高岭土中含锐钛 矿比较普遍，其粒径
50、大多小于1um因此必须采用此法清除。,68,八、高岭土的精选和加工工艺,第二节、高岭土矿,超细度浮选是用矿物载体（中间载体）来捕集要分离的微细矿物杂质，常用的矿物载体有石灰石、方解石、萤石、硅石、重晶石及硫 等，一般需磨至320目（小于50um）。在浮选高岭土时，先使载体矿物吸附捕收锐钛矿的捕集剂，再利用这种药剂化的载体矿物吸附极细的钛矿物杂质。由于载体矿物较粗且被吸附在气泡上，由载体携带的杂质矿物也上升到泡沫层，排除泡沫杂质后即达到提纯高岭土的目的。此法的浮选药剂可用油酸作捕集剂，松油作起泡剂，还用一种可溶性碱土金属当作浮选辅助剂加入矿浆，用氢氧化钠把pH值调节到 9，这样能有效地提高浮选效果。,
