梧州高岭土的性能特点、应用及产业转型升级的建议
崔同湘 陈绍霖
摘 要：高岭土是一种重要的非金属矿产资源，梧州市依托丰富的高岭土资源大力发展陶瓷产业，高岭土产业的发展对梧州产业转型升级有重要的推动作用。本文分析了高岭土的应用领域，结合高岭土产业发展的方向和梧州的产业规划，提出梧州市高岭土产业转型升级的建议。
关键词：高岭土；应用领域；转型升级；发展建议
1 前言
矿产资源是经济社会发展的物质基础，矿产资源主要分为能源、金属和非金属三类[1]。高岭土与云母、石英和碳酸钙并称为四大非金属矿产资源。高岭土俗称瓷土，首先发现于景德镇浮梁县高岭村，遂沿用村名“高岭”而命名为高岭土。高岭土的晶体结构是由一层Si-O四面体和Al-O八面体堆叠而成，理想结构式为Al4[Si4O10]（OH）8，理论化学组成为Al2O3·2SiO2·2H2O，各组分的理论含量为Al2O3 39.5%、SiO2 46.54%、H2O 13.96%。高岭土在元代被景德镇作为制瓷原料大量使用，由于高岭土具有耐火度高（达1700 ℃），能够提高陶瓷烧结的温度，改善瓷器的物理性能等优势，使得景德镇瓷器由低火度的软质瓷提升为高火度的硬质瓷，所以才成就了景德镇举世闻名的瓷都地位[2]。高岭土在陶瓷原料配方中所占的比例为20%～30%，添加高岭土使陶瓷中Al2O3的含量增加，促进了莫来石的生成，提高了陶瓷的稳定性和烧结强度，使得陶瓷坯体不容易变形，并且可提高陶瓷的白度[3]。
陶瓷制品是高岭土的重要应用领域。梧州高岭土资源丰富，初步探明的高岭土资源覆盖面积达23平方公里，矿藏深度为100 m，储量达6.7亿t。煅烧后Al2O3含量达到45%，SiO2含量达到52%，Fe2O3含量小于0.5%，TiO2含量小于1%，白度达90。从2008年起，梧州抓住佛山陶瓷产业往西部转移的契机，以资源换产业，大力发展建筑陶瓷产业，随着开采量的增大，高岭土年税收收入已突破2000万元。梧州规模以上陶瓷企业已达14家，2014年规模以上陶瓷工业总产值达103亿元，为梧州经济社会发展做出了积极贡献。虽然高岭土的应用领域非常广泛，但梧州的高岭土主要用在陶瓷行业。陶瓷行业属于高污染、高耗能的产业，在全国环境保护压力持续增大的宏观形势下，推进产业向高附加值和低能耗、低排放升级对梧州的科学发展非常重要。本文概述了高岭土产业的应用领域和最新技术进展，提出了梧州高岭土产业转型升级的建议。
2 高岭土的应用
高岭土具有可塑性、黏结性、分散性、吸附性和化学稳定性等优异的性能，广泛应用于造纸、陶瓷、环保、橡胶、耐火材料、化工、农药等领域[1]。本文着重论述高岭土在环保、催化剂、塑料、橡胶等领域的应用以及纳米高岭土的优异性能。
2.1 高岭土在环保领域中的应用
高岭土有独特的层状结构和较大的比表面积，具有良好的吸附性和离子交换能力，在废水处理方面具有广阔的应用前景。郑敏等人用硫酸铝和活性炭对高岭土进行煅烧改性处理，在高岭土中增加孔隙，提高其吸附性能，对柴油废水中柴油的去除率高达99%[4]。翟由涛用Al3+和Mg2+对高岭土进行改性处理，对含磷废水中的磷有很好的吸附作用，磷的去除率达80%；高岭土是土壤的组成部分，吸附磷后可作为农肥使用[5]。纺织品印染厂排放的印染废水，具有污染物种类多、浓度高、难降解、COD（Chemical Oxygen Demand，化学耗氧量）高等特点。马万征等人用无极絮凝剂硫酸亚铁对高岭土进行改性处理，发现当硫酸亚铁与高岭土满足1：7时，对废水的处理效果最好，COD降低68.75%[6]。苯胺是染料、农药和医药生产的重要原料，具有很强的毒性，列入了“中国环境优先污染物黑名单”。刘云云等人用100 ℃烘干和煅烧处理过的高岭土为原料吸附废水中的苯胺，对苯胺的去除率达79.82%[7]。蔡明琴等人，以天然高岭土为原料去除水中的Pb2+、Cd2+、Ni2+和Cu2+等重金属离子，发现高岭土对重金属离子有较好的吸附效果，特别是对Pb2+有最好的吸附效果，且四种重金属离子均不易从高岭土表面解吸[8]。
2.2 高岭土在催化剂领域中的应用
高岭土是制备催化剂的基质材料，主要用来制备光催化催化剂和催化裂化催化剂。TiO2和ZnO是净化环境的重要催化剂，但用纳米TiO2和ZnO进行光催化时，由于颗粒小，不易沉淀，催化剂难以回收，再生和再利用时活性成分损失大，对TiO2和ZnO进行固化处理，不仅可以解决催化剂的分离回收问题，还可克服其稳定性差和容易中毒的缺点[9、10]。张旭等人用溶胶-凝胶法制备的钛溶胶负载到硫铁矿尾矿上，采用一步煅烧法制备负载钛偏高岭土，对亚甲基蓝的光催化降解率达93.5%[9]。胡志彪等人用共沉淀法制备纳米ZnO/高岭土复合材料，对甲基橙的光催化降解率达95.37%[10]。邓中文等以高岭土/甲醇插层复合物为前驱体，与十六烷基三甲基氯化铵反应制备管状高岭土，采用溶胶-凝胶法，制备负载有TiO2的管状高岭土光催化剂，对甲基橙的光降解效率比纯TiO2提高30%[11]。提高重油转化率是炼油厂面临的迫切问题，解决问题的核心是提高催化裂化催化剂的效率。高岭土是制备催化裂化催化剂的主要基质材料，占催化剂40%左右的组分，具有价格低廉，性能优越，重油大分子预裂化和负载活性组分等作用[1，12]。王栋等人用NaOH和HCl分别对高岭土进行碱和酸改性处理，提高催化剂的抗重金属能力和重油转化能力[12]。Jorge RAMIREZ—ORTIZ等人对高岭土进行热活化处理制备的催化剂，可将餐厨废油和甲醇转化为柴油，转化效率达95%[13]。
2.3 高岭土在塑料领域中的应用
高岭土作为塑料工业的填料，作用是使塑料制品外表平整，尺寸精确，抵抗化学腐蚀、减少热收缩和热裂变，有利于抛光打磨过程的进行，在塑料中的一般用量为15%～60%[3，14]。覃绿梅等人用煅烧超细活性高岭土加入PVC（聚氯乙烯）中，提高PVC电缆的绝缘性能[15]。高岭土是无机材料，与有机分子相容性较差。为增强高岭土和塑料聚合物的相容性，需要对高岭土进行改性处理。张作才等人用γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂对高岭土进行表面改性，与PP（聚丙烯）制备复合材料，提高PP的拉伸强度、缺口冲击强度和热稳定性[16]。李国喜等人用大分子表面处理剂对纳米高岭土进行表面处理，与PE（聚乙烯）熔融共混制备纳米高岭土/PE复合材料，用作食品包装膜，热学性能、热封性能、摩擦因数均优于PE膜，复合膜的水蒸气透过量降低46.4%，氧气透过量降低31.7%[17]。
2.4 高岭土在橡胶领域的应用
高岭土作为填料可降低其它原材料在橡胶中的用量，降低橡胶生产成本。高岭土可增强橡胶的耐磨性、化学稳定性和机械强度，延长其老化时间，提高制品的粘稠度，防止其塌软、变形，同时可提高橡胶通透性、防水性、化学活性、防火抗燃性等性能[3，14]。王金合等人用高岭土填充硅橡胶制备可瓷化硅橡胶耐火复合材料，提高耐火电缆的耐火性能[18]。陈巧等人采用稀土盐和乳酸钾水溶液对高岭土进行表面掺杂改性，然后与天然胶乳混合，用凝聚共沉淀法制备稀土掺杂高岭土/天然橡胶复合材料，稀土掺杂高岭土在天然橡胶中有良好的分散性，二者构成的界面结合牢固，提高天然橡胶的拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度[19]。
2.5 纳米高岭土的优异性能
高岭土是由Si-O四面体和Al-O八面体层连接而成，单元层之间通过氢键相互连接，氢键的结合力相对较弱，因而高岭土容易加工粉碎成粉末。当加工的高岭土颗粒尺寸小到纳米量级（1～100 nm）时，就制得纳米高岭土。制备纳米高岭土的方法主要有机械粉碎法、化学合成法和插层法三种，其中插层法是目前制备纳米级高岭土最有效的方法[20]。纳米高岭土具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等纳米材料的基本特性，使得纳米高岭土出现了奇异的物理和化学性质，提高高岭土的应用性能[1，20]。如用纳米高岭土作为原料可使陶瓷具有更致密结构和更高硬度，使得陶瓷产品具有好的韧性和延展性，不易破碎[20]。纳米高岭土用于食品保鲜包装时，可延长食品保质期；用作塑料填充剂时，可使得塑料制品拥有良好的阻燃性能；纳米高岭土还可提高对磷、氮、钾的吸附量，应用前景非常广阔[21]。
3 梧州市高岭土产业发展建议
3.1 提升陶瓷用高岭土的品质
高岭土的应用非常广泛，陶瓷行业只是高岭土应用的一个领域，加大宣传力度，促使陶瓷行业节约集约使用高岭土资源。加大科技研发投入，研究对高岭土原料进行深加工和改性处理，提高建筑陶瓷质量的工艺路线以及制备无线电陶瓷（如：高频陶瓷、电容器件、电阻器件和高频振荡元件等）、工业陶瓷和特种工业陶瓷的可行性，延伸梧州陶瓷的产业链，提升陶瓷产品的附加值和竞争力。
3.2 引进和培育专业化高岭土开发企业
企业是创新主体，产品的技术升级和产业集聚发展需要龙头企业的带动。中国高岭土有限公司位于苏州市，是全国成立最早、规模最大的高岭土专业企业[1]，建有高岭土功能材料工程技术研究中心，大规模销售耐火、砂轮、磁性材料工业用高岭土，橡胶工业用高岭土，造纸用高岭土，煅烧超细高岭土，工程塑料专用改性高岭土，化妆品专用高岭土等系列产品。福建龙岩、广东茂名、安徽淮北等地也建有大型高岭土专业企业，推动了当地高岭土产业的发展[1]。梧州还没有规模以上高岭土专业企业，成为制约高岭土产业发展的瓶颈。高岭土产业是新材料产业，属于国家和广西自治区鼓励发展的战略性新兴产业。梧州要抓住战略性新兴产业发展的契机，积极引进和培育大型高岭土专业企业。依托企业开展技术创新，对高岭土进行深加工，提高高岭土附加值。同时要依托大企业技术优势，对高岭土尾矿进行综合利用，变废为宝，促进经济建设和环境保护协同发展。
3.3 注重高岭土产业与现有产业链的融合
加快发展节能环保产业是改善环境质量，保障民生，加快建设生态文明社会的迫切需求，节能环保产业发展潜力巨大，正在形成新的经济增长点。梧州是全国循环经济示范城市，也是打造珠江-西江经济带生态走廊的重要屏障，发展节能环保产业是梧州的必然选择。高岭土在节能环保领域应用前景非常值得期待，梧州要抓住粤桂合作特别试验区加快建设的契机，在试验区集聚发展节能环保产业，抓好中节能环保产业园以及中国—东盟环保技术和产业合作交流示范基地等项目；做好节能环保产业链的招商工作，实现高岭土产业和节能环保产业的融合协调发展。梧州进口再生资源加工园区是国家“城市矿产”示范基地，围绕再生铜、再生铝、再生不锈钢和再生塑料等构建循环经济产业链。梧州国龙投资集团即将在梧州进口再生资源加工园区上马年产5万吨PET项目，梧州塑料产业链将不断完善。高岭土是塑料制品的重要填充材料，要在再生塑料产业发展的过程中，注重结合高岭土产业的发展，促进梧州产业之间的互补和融合。
4 结语
高岭土是重要的非金属矿产资源，应用广泛，随着经济社会的发展和科技的不断进步，高岭土的应用范围将不断扩大，各领域对高岭土的需求量也将稳定增长，不过对高岭土的品质也提出了更高要求。改性处理是提高高岭土品质的重要手段，梧州要引进和培育大型高岭土专业企业，加大科技研发投入，注重上下游产业链的结合，将高岭土资源优势转化为经济发展优势。
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