崔同湘，陳紹霖

（廣西梧州市發(fā)展和改革委員會，梧州 543003）

綜述與評述

梧州高嶺土的性能特點、應用及產(chǎn)業(yè)轉型升級的建議

崔同湘，陳紹霖

（廣西梧州市發(fā)展和改革委員會，梧州 543003）

高嶺土是一種重要的非金屬礦產(chǎn)資源，梧州市依托豐富的高嶺土資源大力發(fā)展陶瓷產(chǎn)業(yè)，高嶺土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對梧州產(chǎn)業(yè)轉型升級有重要的推動作用。本文分析了高嶺土的應用領域，結合高嶺土產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向和梧州的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，提出梧州市高嶺土產(chǎn)業(yè)轉型升級的建議。

高嶺土；應用領域；轉型升級；發(fā)展建議

1 前言

礦產(chǎn)資源是經(jīng)濟社會發(fā)展的物質(zhì)基礎，礦產(chǎn)資源主要分為能源、金屬和非金屬三類[1]。高嶺土與云母、石英和碳酸鈣并稱為四大非金屬礦產(chǎn)資源。高嶺土俗稱瓷土，首先發(fā)現(xiàn)于景德鎮(zhèn)浮梁縣高嶺村，遂沿用村名“高嶺”而命名為高嶺土。高嶺土的晶體結構是由一層Si-O四面體和Al-O八面體堆疊而成，理想結構式為Al4[Si4O10](OH)8，理論化學組成為Al2O3·2SiO2·2H2O，各組分的理論含量為Al2O339.5%、SiO246.54%、H2O 13.96%。高嶺土在元代被景德鎮(zhèn)作為制瓷原料大量使用，由于高嶺土具有耐火度高（達1700℃），能夠提高陶瓷燒結的溫度，改善瓷器的物理性能等優(yōu)勢，使得景德鎮(zhèn)瓷器由低火度的軟質(zhì)瓷提升為高火度的硬質(zhì)瓷，所以才成就了景德鎮(zhèn)舉世聞名的瓷都地位[2]。高嶺土在陶瓷原料配方中所占的比例為20%～30%，添加高嶺土使陶瓷中Al2O3的含量增加，促進了莫來石的生成，提高了陶瓷的穩(wěn)定性和燒結強度，使得陶瓷坯體不容易變形，并且可提高陶瓷的白度[3]。

陶瓷制品是高嶺土的重要應用領域。梧州高嶺土資源豐富，初步探明的高嶺土資源覆蓋面積達23平方公里，礦藏深度為100 m，儲量達6.7億t。煅燒后Al2O3含量達到45%，SiO2含量達到52%，F(xiàn)e2O3含量小于0.5%，TiO2含量小于1%，白度達90。從2008年起，梧州抓住佛山陶瓷產(chǎn)業(yè)往西部轉移的契機，以資源換產(chǎn)業(yè)，大力發(fā)展建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)，隨著開采量的增大，高嶺土年稅收收入已突破2000萬元。梧州規(guī)模以上陶瓷企業(yè)已達14家，2014年規(guī)模以上陶瓷工業(yè)總產(chǎn)值達103億元，為梧州經(jīng)濟社會發(fā)展做出了積極貢獻。雖然高嶺土的應用領域非常廣泛，但梧州的高嶺土主要用在陶瓷行業(yè)。陶瓷行業(yè)屬于高污染、高耗能的產(chǎn)業(yè)，在全國環(huán)境保護壓力持續(xù)增大的宏觀形勢下，推進產(chǎn)業(yè)向高附加值和低能耗、低排放升級對梧州的科學發(fā)展非常重要。本文概述了高嶺土產(chǎn)業(yè)的應用領域和最新技術進展，提出了梧州高嶺土產(chǎn)業(yè)轉型升級的建議。

2 高嶺土的應用

高嶺土具有可塑性、黏結性、分散性、吸附性和化學穩(wěn)定性等優(yōu)異的性能，廣泛應用于造紙、陶瓷、環(huán)保、橡膠、耐火材料、化工、農(nóng)藥等領域[1]。本文著重論述高嶺土在環(huán)保、催化劑、塑料、橡膠等領域的應用以及納米高嶺土的優(yōu)異性能。

2.1 高嶺土在環(huán)保領域中的應用

高嶺土有獨特的層狀結構和較大的比表面積，具有良好的吸附性和離子交換能力，在廢水處理方面具有廣闊的應用前景。鄭敏等人用硫酸鋁和活性炭對高嶺土進行煅燒改性處理，在高嶺土中增加孔隙，提高其吸附性能，對柴油廢水中柴油的去除率高達99%[4]。翟由濤用Al3+和Mg2+對高嶺土進行改性處理，對含磷廢水中的磷有很好的吸附作用，磷的去除率達80%；高嶺土是土壤的組成部分，吸附磷后可作為農(nóng)肥使用[5]。紡織品印染廠排放的印染廢水，具有污染物種類多、濃度高、難降解、COD（Chemical Oxygen Demand，化學耗氧量）高等特點。馬萬征等人用無極絮凝劑硫酸亞鐵對高嶺土進行改性處理，發(fā)現(xiàn)當硫酸亞鐵與高嶺土滿足1:7時，對廢水的處理效果最好，COD降低68.75%[6]。苯胺是染料、農(nóng)藥和醫(yī)藥生產(chǎn)的重要原料，具有很強的毒性，列入了“中國環(huán)境優(yōu)先污染物黑名單”。劉云云等人用100℃烘干和煅燒處理過的高嶺土為原料吸附廢水中的苯胺，對苯胺的去除率達79.82%[7]。蔡明琴等人，以天然高嶺土為原料去除水中的Pb2+、Cd2+、Ni2+和Cu2+等重金屬離子，發(fā)現(xiàn)高嶺土對重金屬離子有較好的吸附效果，特別是對Pb2+有最好的吸附效果，且四種重金屬離子均不易從高嶺土表面解吸[8]。

2.2 高嶺土在催化劑領域中的應用

高嶺土是制備催化劑的基質(zhì)材料，主要用來制備光催化催化劑和催化裂化催化劑。TiO2和ZnO是凈化環(huán)境的重要催化劑，但用納米TiO2和ZnO進行光催化時，由于顆粒小，不易沉淀，催化劑難以回收，再生和再利用時活性成分損失大，對TiO2和ZnO進行固化處理，不僅可以解決催化劑的分離回收問題，還可克服其穩(wěn)定性差和容易中毒的缺點[9、10]。張旭等人用溶膠-凝膠法制備的鈦溶膠負載到硫鐵礦尾礦上，采用一步煅燒法制備負載鈦偏高嶺土，對亞甲基藍的光催化降解率達93.5%[9]。胡志彪等人用共沉淀法制備納米ZnO/高嶺土復合材料，對甲基橙的光催化降解率達95.37%[10]。鄧中文等以高嶺土/甲醇插層復合物為前驅(qū)體，與十六烷基三甲基氯化銨反應制備管狀高嶺土，采用溶膠-凝膠法，制備負載有TiO2的管狀高嶺土光催化劑，對甲基橙的光降解效率比純TiO2提高30%[11]。提高重油轉化率是煉油廠面臨的迫切問題，解決問題的核心是提高催化裂化催化劑的效率。高嶺土是制備催化裂化催化劑的主要基質(zhì)材料，占催化劑40%左右的組分，具有價格低廉，性能優(yōu)越，重油大分子預裂化和負載活性組分等作用[1,12]。王棟等人用NaOH和HCl分別對高嶺土進行堿和酸改性處理，提高催化劑的抗重金屬能力和重油轉化能力[12]。Jorge RAMIREZ—ORTIZ等人對高嶺土進行熱活化處理制備的催化劑，可將餐廚廢油和甲醇轉化為柴油，轉化效率達95%[13]。

2.3 高嶺土在塑料領域中的應用

高嶺土作為塑料工業(yè)的填料，作用是使塑料制品外表平整，尺寸精確，抵抗化學腐蝕、減少熱收縮和熱裂變，有利于拋光打磨過程的進行，在塑料中的一般用量為15%～60%[3,14]。覃綠梅等人用煅燒超細活性高嶺土加入PVC（聚氯乙烯）中，提高PVC電纜的絕緣性能[15]。高嶺土是無機材料，與有機分子相容性較差。為增強高嶺土和塑料聚合物的相容性，需要對高嶺土進行改性處理。張作才等人用γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑對高嶺土進行表面改性，與PP（聚丙烯）制備復合材料，提高PP的拉伸強度、缺口沖擊強度和熱穩(wěn)定性[16]。李國喜等人用大分子表面處理劑對納米高嶺土進行表面處理，與PE（聚乙烯）熔融共混制備納米高嶺土/PE復合材料，用作食品包裝膜，熱學性能、熱封性能、摩擦因數(shù)均優(yōu)于PE膜，復合膜的水蒸氣透過量降低46.4%，氧氣透過量降低31.7%[17]。

2.4 高嶺土在橡膠領域的應用

高嶺土作為填料可降低其它原材料在橡膠中的用量，降低橡膠生產(chǎn)成本。高嶺土可增強橡膠的耐磨性、化學穩(wěn)定性和機械強度，延長其老化時間，提高制品的粘稠度，防止其塌軟、變形，同時可提高橡膠通透性、防水性、化學活性、防火抗燃性等性能[3,14]。王金合等人用高嶺土填充硅橡膠制備可瓷化硅橡膠耐火復合材料，提高耐火電纜的耐火性能[18]。陳巧等人采用稀土鹽和乳酸鉀水溶液對高嶺土進行表面摻雜改性，然后與天然膠乳混合，用凝聚共沉淀法制備稀土摻雜高嶺土/天然橡膠復合材料，稀土摻雜高嶺土在天然橡膠中有良好的分散性，二者構成的界面結合牢固，提高天然橡膠的拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度[19]。

2.5 納米高嶺土的優(yōu)異性能

高嶺土是由Si-O四面體和Al-O八面體層連接而成，單元層之間通過氫鍵相互連接，氫鍵的結合力相對較弱，因而高嶺土容易加工粉碎成粉末。當加工的高嶺土顆粒尺寸小到納米量級（1～100 nm）時，就制得納米高嶺土。制備納米高嶺土的方法主要有機械粉碎法、化學合成法和插層法三種，其中插層法是目前制備納米級高嶺土最有效的方法[20]。納米高嶺土具有表面效應、量子尺寸效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應等納米材料的基本特性，使得納米高嶺土出現(xiàn)了奇異的物理和化學性質(zhì)，提高高嶺土的應用性能[1,20]。如用納米高嶺土作為原料可使陶瓷具有更致密結構和更高硬度，使得陶瓷產(chǎn)品具有好的韌性和延展性，不易破碎[20]。納米高嶺土用于食品保鮮包裝時，可延長食品保質(zhì)期；用作塑料填充劑時，可使得塑料制品擁有良好的阻燃性能；納米高嶺土還可提高對磷、氮、鉀的吸附量，應用前景非常廣闊[21]。

3 梧州市高嶺土產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

3.1 提升陶瓷用高嶺土的品質(zhì)

高嶺土的應用非常廣泛，陶瓷行業(yè)只是高嶺土應用的一個領域，加大宣傳力度，促使陶瓷行業(yè)節(jié)約集約使用高嶺土資源。加大科技研發(fā)投入，研究對高嶺土原料進行深加工和改性處理，提高建筑陶瓷質(zhì)量的工藝路線以及制備無線電陶瓷（如：高頻陶瓷、電容器件、電阻器件和高頻振蕩元件等）、工業(yè)陶瓷和特種工業(yè)陶瓷的可行性，延伸梧州陶瓷的產(chǎn)業(yè)鏈，提升陶瓷產(chǎn)品的附加值和競爭力。3.2引進和培育專業(yè)化高嶺土開發(fā)企業(yè)

企業(yè)是創(chuàng)新主體，產(chǎn)品的技術升級和產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展需要龍頭企業(yè)的帶動。中國高嶺土有限公司位于蘇州市，是全國成立最早、規(guī)模最大的高嶺土專業(yè)企業(yè)[1]，建有高嶺土功能材料工程技術研究中心，大規(guī)模銷售耐火、砂輪、磁性材料工業(yè)用高嶺土，橡膠工業(yè)用高嶺土，造紙用高嶺土，煅燒超細高嶺土，工程塑料專用改性高嶺土，化妝品專用高嶺土等系列產(chǎn)品。福建龍巖、廣東茂名、安徽淮北等地也建有大型高嶺土專業(yè)企業(yè)，推動了當?shù)馗邘X土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。梧州還沒有規(guī)模以上高嶺土專業(yè)企業(yè)，成為制約高嶺土產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。高嶺土產(chǎn)業(yè)是新材料產(chǎn)業(yè)，屬于國家和廣西自治區(qū)鼓勵發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。梧州要抓住戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的契機，積極引進和培育大型高嶺土專業(yè)企業(yè)。依托企業(yè)開展技術創(chuàng)新，對高嶺土進行深加工，提高高嶺土附加值。同時要依托大企業(yè)技術優(yōu)勢，對高嶺土尾礦進行綜合利用，變廢為寶，促進經(jīng)濟建設和環(huán)境保護協(xié)同發(fā)展。

3.3 注重高嶺土產(chǎn)業(yè)與現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)鏈的融合

加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)是改善環(huán)境質(zhì)量，保障民生，加快建設生態(tài)文明社會的迫切需求，節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?，正在形成新的?jīng)濟增長點。梧州是全國循環(huán)經(jīng)濟示范城市，也是打造珠江-西江經(jīng)濟帶生態(tài)走廊的重要屏障，發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)是梧州的必然選擇。高嶺土在節(jié)能環(huán)保領域應用前景非常值得期待，梧州要抓住粵桂合作特別試驗區(qū)加快建設的契機，在試驗區(qū)集聚發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)，抓好中節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)園以及中國—東盟環(huán)保技術和產(chǎn)業(yè)合作交流示范基地等項目；做好節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)鏈的招商工作，實現(xiàn)高嶺土產(chǎn)業(yè)和節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的融合協(xié)調(diào)發(fā)展。梧州進口再生資源加工園區(qū)是國家“城市礦產(chǎn)”示范基地，圍繞再生銅、再生鋁、再生不銹鋼和再生塑料等構建循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈。梧州國龍投資集團即將在梧州進口再生資源加工園區(qū)上馬年產(chǎn)5萬噸PET項目，梧州塑料產(chǎn)業(yè)鏈將不斷完善。高嶺土是塑料制品的重要填充材料，要在再生塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中，注重結合高嶺土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進梧州產(chǎn)業(yè)之間的互補和融合。

4 結語

高嶺土是重要的非金屬礦產(chǎn)資源，應用廣泛，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展和科技的不斷進步，高嶺土的應用范圍將不斷擴大，各領域?qū)Ω邘X土的需求量也將穩(wěn)定增長，不過對高嶺土的品質(zhì)也提出了更高要求。改性處理是提高高嶺土品質(zhì)的重要手段，梧州要引進和培育大型高嶺土專業(yè)企業(yè)，加大科技研發(fā)投入，注重上下游產(chǎn)業(yè)鏈的結合，將高嶺土資源優(yōu)勢轉化為經(jīng)濟發(fā)展優(yōu)勢。

[1]姜桂蘭,薛兵.高嶺土加工與應用[M].北京:化學工業(yè)出版社，2013.10.

[2]郭來喜,楊靜榮.瓷器之根—高嶺土[J].科學之友，2011,7,11.

[3]陳專,蔡廣超,馬馳,等.高嶺土的性質(zhì)及應用[J].大眾科技，2013,7,90-93.

[4]鄭敏,金曉英,王清萍,等.改性高嶺土處理含油廢水的實驗研究[J].非金屬礦,2009,32,59-61.

[5]翟由濤.改性高嶺土對水中磷的吸附行為研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2010,38,15784-15785.

[6]馬萬征,劉丹丹,鄭洪倩,等.改性高嶺土對印染廢水處理的研究[J].山東理工大學學報,2013,1,34-37.

[7]劉云云,王銀葉.高嶺土對苯胺吸附效果的初步研究[J].應用化工,2013,11,2021-2023.

[8]蔣明琴,金曉英,王淸萍,等.天然高嶺土對Pb2+，Cd2+，Ni2+，Cu2+的吸附及解吸性能研究[J].福建師范大學學報（自然科學版）, 2009,2,55-59.

[9]張旭,嚴云,謝斐琳,等.高嶺土負載鈦制備具有光催化活性礦物摻合料的研究[J].功能材料,2013,44,293-297.

[10]胡志彪，周云龍，張巧玲,等.納米ZnO/高嶺土復合材料的制備及性能研究[J].功能材料，2014,45,05024-05026.

[11]鄧中文,鄭玉嬰,龍海,等.TiO2負載管狀高嶺土光催化劑的制備及其表征[J].功能材料，2013,44,874-877.

[12]王棟,唐玉龍,劉濤,等.改性高嶺土性能的研究[J].工業(yè)催化，2014,22,128-131.

[13]Jorge RAMIREZ-ORTIZ,Merced MARTINEZ,Horacio FLORES Metakaolinite as a catalyst for biodiesel production from waste cooking oil[J].Frontiers of Chemical Science and Engineering, 2012,6,403-409.

[14]蔡廣超,馬馳,黃科林,等.高嶺土綜合利用技術研究進展[J].大眾科技，2013,15,111-115.

[15]覃綠梅.PVC塑料電纜料用煅燒超細活性高嶺土的研究報告.科技創(chuàng)新與應用，2013,20,54.

[16]張作才，夏玥，石晶晶等.PP-g—MAH／改性高嶺土復合材料的制備與性能.工程塑料應用，2014,42,25-29.

[17]李國喜，宋海南，章于川等.納米高嶺土／PE的制備及其在食品包裝膜中的應用.現(xiàn)代塑料加工應用，2011,23,34-37.

[18]王合金，曾廷環(huán)，魯永林等.高嶺土填充硅橡膠可瓷化耐火復合材料研究.應用方法論，2012,22,92-93.

[19]陳巧，王芳，曹秀華等.凝聚共沉法稀土摻雜高嶺土／天然橡膠復合材料的性能研究.橡膠工業(yè)，2012,59,325-330.

[20]殷海榮，武麗華，陳福等.納米高嶺土的研究與應用.材料導報，2006,20,196-199.

[21]唐志陽.納米高嶺土的特性及應用.陶瓷，2013，3，17-19.

陳紹霖（1964.12-），男，壯族，在職研究生學歷，現(xiàn)擔任梧州市發(fā)展改革委員會主任，主要從事經(jīng)濟發(fā)展，產(chǎn)業(yè)轉型升級等方面的研究。