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獨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)長期化學(xué)風(fēng)化后未經(jīng)自然力搬運而與母巖殘留在一起的高嶺土，中國南方地區(qū)所產(chǎn)高嶺土多屬這種類型；后者是指經(jīng)自然力搬運而沉積下來，同時在搬運和沉積過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�、夾矸或單獨形成礦層獨立存在，當(dāng)煤矸石中高嶺巖含量超過80%就稱為煤系高嶺土礦，屬于硬質(zhì)高嶺土，具有較高的利用價值，是中國獨具特色、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
我國煤系高嶺土儲量主要分布在山西、內(nèi)蒙古等地。近年來，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)引起了對煤系高嶺土資源開發(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5年將重點發(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、造紙涂布級、涂料級高嶺土新型煅燒工藝、關(guān)鍵設(shè)備開發(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》，提出要實施一批重大工程和項目、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，全面推動高質(zhì)量發(fā)展，并提出力爭二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，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、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，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、國防、化工等領(lǐng)域也有應(yīng)用。
來源：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50萬噸，消化煤矸石固廢60萬噸的能力，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/剝離是指通過機械物理作用、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，但無論利用哪種方法對高嶺土進(jìn)行插層都離不開插層劑的使用，同時需要結(jié)合外部機械力、微波、超聲波、煅燒等條件的變化而實現(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，尤其對拉伸強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物包覆兩種方式。此方法簡便易操作，同時可以大幅提升高嶺土的附加價值，擴展了高嶺土的應(yīng)用領(lǐng)域。如經(jīng)過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、氫氧化鈉對煅燒煤系高嶺土進(jìn)行改性，得出了吸油值最佳時所對應(yīng)的處理條件，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，這是因為煅燒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)一步開發(fā)利用迫在眉睫。通過煅燒、有機/無機/酸堿改性等手段對其進(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剛果紅吸附性能研究
史帥.硅烷改性煤系高嶺土及對廢水中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
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）
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