一、煤系高岭土资源的分布及赋存概况






我国各聚煤期的含煤地层中几乎都含有工业价值的高岭土矿产资源。其中山西大同、山西新汶、河北易县、陕西蒲白、内蒙古准格尔等地区属于优质硬质高岭土赋存区；河北唐山、山西介休等地区属于木节土赋存区；河南、山东、安徽两淮和江西萍乡等地区属于焦宝石型高岭岩赋存区；山西阳泉和河南焦作等地区为软质土赋存区；广东茂名、内蒙古东胜、青海大通等地区属于砂质高岭岩赋存区。


与煤系共伴生的高岭土矿床规模大、品味高。规模大都为数千万吨至数十亿吨以上的超大型矿床，且高岭石含量较高，如内蒙古的准格尔煤田，高岭土矿石储量达57亿吨之多；安徽淮北煤田的朔里煤矿，高岭土矿石储量在3000万吨以上。就品味质量而言，我国华北石炭二叠纪煤系中高岭土含量大多在90%以上，有些矿区如山西大同、陕西蒲白等，其高岭石含量近100%。我国煤系高岭土多属沉积形成，矿物成分单一，含有一定量的炭，颜色较深，为浅灰灰黑色优质高岭土，其中还有相当数量的优级土。煤系共伴生高岭土不仅资源可靠，同时还具有较大的经济价值优势。


二、煤系高岭土资源的深加工利用






高岭土在许多领域都有广泛的用途。煤系高岭土经过初选后可作为建筑材料，铸造型砂；经改性处理后可作为橡胶、塑料的填充料等；此外，煤系高岭土还可用来提炼金属铝、合成4A沸石，生成聚合氯化铝，白炭黑及其铜板纸涂料等。


1.合成4A沸石


目前，国内洗衣粉普遍使用三聚磷酸钠为助剂，由于该助剂对水的污染严重，并对人体有害，所以许多国家禁止使用。煤系燃烧高岭土生产的4A沸石可以替代三聚磷酸钠，燃烧后的高岭土有良好的活性，可溶于碱性介质，其反应如下：


2（Al2O3.2SiO2）+4NaOH+7H2O→2(Na2O.Al2O3.4.5H2O)（4A沸石）


4A沸石生产工艺流程为：


煤系高岭土→选矿、化学处理→煅烧、磨矿→合成分子筛4A沸石→过滤→洗涤→干燥→4A沸石成晶。


在成胶阶段中n（SiO2）：n（Al2O3）以及n（Na2O）:n（SiO2）的值对产品质量有较大的影响，在原矿选择及其药品配比时应加以控制。成胶过程的温度、时间以及搅拌情况对4A沸石的转化率影响较大，应通过实验确定。






2.生产聚合氯化铝和白炭黑


聚合氯化铝主要用作絮凝剂，在生活用水净化及工业废水处理中用量较大。白炭黑在橡胶、塑料工业中用作补强充填剂、涂料防沉剂、油墨增稠剂等。利用煤系高岭土生产聚合氯化铝的化学反应过程如下：


（1）高岭土或煅烧高岭土熟料与盐酸生成结晶氯化铝：


Al2O3.2SiO2.2H2O+HCl→2AlCl3.6H2O+2SiO2


（2）结晶氯化铝分解析出一定量的氯化氢气体和水，变成粉末状碱或氯化铝，作为生产聚合铝的单体物质：


2AlCl3.6H2O → Al2(OH)nCl(6-n) + nHCl


（3）碱式氯化铝加水聚合形成聚合氯化铝：


mAl2(OH)nCl(6-n)+ mx H2O → ［Al2(OH)n Cl(6-n).xH2O］m


将第一步反应过程中得到的残渣继续反应，同时加入一些助剂，促使反应完全，即得到副产品（胶体二氧化硅）。生产聚合氯化铝和白炭黑的工艺流程为：将焙烧土与工业盐酸按一定的比例（约为1:2.5）在配料池中配成浆料，然后把浆料输入反应釜，在80到100摄氏度下反应6到8个小时，再送入存储罐。将存储罐中反应的浆料导入板框压滤机进行固液分离。分离后的液体进入第一存储池，固体中加入一定量酸和反应助剂后，再返回反应釜进行反应。之后由板框压滤机进行第二次固液分离，液体进入第二存储池，固体经过洗涤、脱水、干燥、粉磨后即得白炭黑。将洗涤液在热解炉中热解，一定时间内便得到碱式氯化铝。将其加入到含有一定水的聚合釜中，均匀搅拌，至粘稠时放入池中固化，便得到聚合氯化铝。






3.高岭土制备特种陶瓷材料


氯化硅和塞隆是一种新型的高温强结构陶瓷材料，因具有许多优良的物理性能，在一些尖端部门得到广泛的应用。但该材料采用工业硅作为原材料，成本较高，因而需要寻找廉价的原材料来源。由于对原材料要求不是过分苛刻，煤系高岭土即成为制备这类特种陶瓷的有发展前途的原材料之一。其生产过程：首先将洗涤、煅烧后的高岭土粉碎到100网目以下，有过量正己烷存在的条件下，分别与炭黑混合，放在N2气氛中高温（1500度）烧结，高岭土起初被转化为方石英莫来石，然后被还原成Si3N4、β-Sialon和AlN。此外在反应中还可以形成SiC和α-Al2O3。