高嶺土（Kaolin，China Clay），理論化學(xué)式為Al2 [Si2O5(OH)4]，也稱斑脫石、高嶺石、白陶土、觀音土、白鱔泥、甘土、皂土、陶土、白泥、白石脂，是一種非金屬礦產(chǎn)，是一種以高嶺石族粘土礦物為主的粘土或粘土巖，因最早發(fā)現(xiàn)于中國江西省景德鎮(zhèn)市高嶺村而得名。高嶺土的概念有兩個說法，一是高嶺土是由高嶺石族礦物為主組成的粘土巖；二是高嶺土是一種巖石，其特征是其中高嶺石族礦物達(dá)到有用的含量。法國傳教士Entrecolles在高嶺村得到了高嶺土，并將其送回法國，稱這種粘土為“高嶺土”，英文名稱Kaolin。
高嶺土多無光澤，質(zhì)純時顏白細(xì)膩，其顏色主要與所含的金屬氧化物或有機(jī)質(zhì)相關(guān)。具體而言，一般含 Fe?O?時呈玫瑰紅、褐黃色；含 Fe2?時呈淡藍(lán)、淡綠色；含 MnO?時呈淡褐色；若含有機(jī)質(zhì)則會呈現(xiàn)淡黃、灰、青、黑等色。其外觀可呈松散的土塊狀，也可呈致密狀態(tài)巖塊狀。其密度在2.54～2.60g/cm3之間，熔點約1785℃，莫氏硬度1-2.5。高嶺土具有較好的分散性、粘結(jié)性、電絕緣性、離子交換性和較高的耐火度。一般高嶺土的化學(xué)成分為：SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、（K2O+Na2O）等。
全世界探明的高嶺土儲量約262.66億噸，主要集中在亞洲、歐洲、南北美洲和大洋洲。高嶺土用途十分廣泛，主要用于造紙、陶瓷和耐火材料，其次用于涂料、橡膠填料、搪瓷釉料和白水泥原料，少量用于塑料、油漆、顏料、砂輪、鉛筆、日用化妝品、肥皂、農(nóng)藥、醫(yī)藥、紡織、石油、化工、建材、國防等工業(yè)部門。高嶺土采選對環(huán)境影響主要是粉塵、噪聲和破壞植被等。
名稱來源
高嶺土因首先發(fā)現(xiàn)于中國江西省景德鎮(zhèn)高嶺村而得名。1712年和1722年，法國傳教士Entrecolles以傳教為名，在景德鎮(zhèn)搜集制瓷的情報時，在高嶺村得到了高嶺土，并將其送回法國，稱這種粘土為“高嶺土”，英文名稱Kaolin。另一種說法為1769年，德國學(xué)者Richthofe在景德鎮(zhèn)考察時，得到了高嶺土，按照音譯成“Kaolin”，并將其介紹給歐洲礦物學(xué)界，因而高嶺土一詞才有了地質(zhì)學(xué)上的定義。
歷史
高嶺土的傳說
據(jù)傳古代高嶺村有一對姓盛的夫婦，靠挖野菜、挖紅薯為生。一天晚上，盛家夫妻在夢里見到一位老公公，老公公告訴他們松山頂上的土石可以用來制作值錢的瓷器。于是，他們和全村的窮人們來到松山頂，看到滿山都是銀光閃閃的土石，便按照老公公的囑咐開采這些土石，做成碗和杯的坯子后燒制，做出了像玉石一樣精美的瓷器。從此，高嶺村的窮人們在盛家夫妻的帶領(lǐng)下，改行挖土建窯燒瓷器了。
開采歷史
根據(jù)歷史文獻(xiàn)記載及考古發(fā)掘成果，可以推斷出景德鎮(zhèn)高嶺村的高嶺土最早發(fā)現(xiàn)于趙構(gòu)紹興年間，即1131-1162年。元、明兩朝，隨著景德鎮(zhèn)陶瓷業(yè)發(fā)展，高嶺土開采達(dá)到鼎盛，清朝時期高嶺村資源枯竭。
美國開采高嶺土的歷史已經(jīng)有200多年，產(chǎn)量一直穩(wěn)居世界首位。英國是歐洲開采高嶺土較早的國家，其開采高嶺土的歷史可以追溯到18世紀(jì)。德國、斯洛伐克、蘇聯(lián)、日本、印度、澳大利亞、墨西哥、阿根廷、巴西等國陸續(xù)建立了各自的高嶺土工業(yè)。
世界范圍內(nèi)傳播
明代宋應(yīng)星在《天工開物》中的《陶誕》篇章中記載了高嶺土的加工和使用方法。清朝時期，《天工開物》流傳到日本及歐美國家，用高嶺土隨之也為世界各國所認(rèn)識。
主要特征
礦物組成
高嶺土主要成分為高嶺石族粘土礦物，其主要化學(xué)成分為含水硅酸鋁。高嶺石族礦物有珍珠石(又稱珍珠陶土)、地開石(又稱迪開石、迪凱石)、高嶺石、埃洛石(舊稱多水高嶺石、敘永石)四種，均屬層狀硅酸鹽礦物，主要礦物成分是高嶺石。珍珠石、地開石、高嶺石的化學(xué)分子式均為：Al4[Si4O10](OH)8，它們是一種多邊形體。埃洛石是一種含層間水的高嶺石，其化學(xué)式為：Al4[Si4O10](OH)8.2H2O。一般高嶺土的化學(xué)成分為：SiO243%-77%、Al2O316%-39%、Fe2O30.06%-3.15%、TiO20.03%-0.7%、（K2O+Na2O）0.01%-7%，燒失量2.5%-18%。
物理特征
高嶺土多無光澤，質(zhì)純時顏白細(xì)膩，含雜質(zhì)時可帶有灰、黃、褐等顏色。高嶺土外觀受成因影響較大，可呈松散的土塊狀，也可呈致密狀態(tài)巖塊狀。其密度在2.54～2.60 g/cm3之間，熔點約1785℃，莫氏硬度1-2.5。高嶺土質(zhì)軟，易分散懸浮于水中，具有良好的粘結(jié)性、電絕緣性、離子交換性和較高的耐火度，并且具有較好的可塑性（高嶺土與水結(jié)合形成的泥料，在外力作用下能夠變形，外力除去后，仍能保持這種形變的性質(zhì)），濕土（含水量20-35%）能塑成各種形狀而不致破碎，并能長期保持不變。
結(jié)構(gòu)特征
電子顯微鏡下高嶺石呈假六方片狀，集合體呈書冊狀或蠕蟲狀；埃洛石為管狀。高嶺土的單位晶格有兩個原子層，其中一個是八面體配位氧化鋁層，另外一個為四面體配位二氧化硅層。八面體層的分子式為Al?(OH)6，其結(jié)構(gòu)與三水鋁礦相似，兩個羥基一高一低使鋁原子彼此分開。四面體層的硅原子與4個氧原子等距，四面體定向的尖端面向氧化鋁層，與之共用一個氧原子。下圖顯示了這個結(jié)構(gòu)。晶體是由連續(xù)層通過在一個四面體層的氧原子和下一個八面體層的羥基之間的氫鍵構(gòu)成。
當(dāng)高嶺土受熱至450-550℃時會發(fā)生脫水反應(yīng)，首先脫去的是位于八面體外側(cè)，結(jié)合力較弱的表面羥基，即首先脫去的是[Al2(OH)4]5-結(jié)構(gòu)單元中的兩個羥基，形成五配體，繼續(xù)脫羥基就會形成[AlO4]-四面體結(jié)構(gòu)，形成偏高領(lǐng)土。550℃、650℃煅燒時，由于溫度較低，脫羥基速度較慢，八面體結(jié)構(gòu)扭曲程度較低；當(dāng)溫度超過950℃，八面體晶體結(jié)構(gòu)崩塌。
形成原因
高嶺土礦床成因可歸納為以下類型：中低溫?zé)嵋何g變高嶺土礦床；風(fēng)化殘余型高嶺土礦床；風(fēng)化淋積型高嶺土礦床；沉積型高嶺土礦床。形成高嶺土礦床，一般要有一定的成礦原巖做物質(zhì)基礎(chǔ)，同時還要有適當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)條件和物理化學(xué)條件。
成礦原巖有兩類，其一是可以在原地轉(zhuǎn)變?yōu)楦邘X土礦床的巖石；其二是可以產(chǎn)生或已經(jīng)含有大量高嶺石族粘土的礦物，可以在異地形成高嶺土礦床的巖石。適宜高嶺土成礦的物理化學(xué)條件包括理想的溫度、壓力條件已經(jīng)pH值。形成高嶺土礦床的溫度不超過350℃，壓力要低于中等，如果溫度和壓力過高，會形成無水或少水的其他礦物。在酸性條件下，長石和云母分解，堿及堿土金屬溶解，適合高嶺土礦床的形成。高嶺土礦床的類型取決于所處的地質(zhì)環(huán)境和成礦條件
分布區(qū)域
世界上高嶺土資源極為豐富，五大洲60多個國家和地區(qū)均有分布，但主要集中在亞洲、歐洲、南北美洲和大洋洲，全世界探明的高嶺土儲量約262.66億噸。儲量較大的地區(qū)有美國佐治亞州、巴西的亞馬遜盆地、英國的康沃爾和德文郡、中國的東南部等。在所有國家中，美國的高嶺土儲量居世界首位，主要分布在佐治亞州、亞拉巴馬州、南卡羅來納州，加利福尼亞州，阿肯色州、佛羅里達(dá)州、北卡羅來納州及得克薩斯州等。其中佐治亞州-南卡羅來納州高嶺土礦帶為次生沉積礦床，是美國最大的高嶺土礦床和產(chǎn)區(qū)，儲量達(dá)79億噸。中國高嶺土礦產(chǎn)資源排名世界前列，已探明267處礦產(chǎn)地，探明儲量29.10億噸。英國的高嶺土儲量18.15億噸，主要集中分布在康沃爾半島。巴西的高嶺土儲量為13億噸，集中分布在亞馬遜平原盆地。以上四國也是世界高嶺土的主要出口國。
世界范圍內(nèi)，高嶺土生產(chǎn)相對集中，主要生產(chǎn)國有：中國、印度、烏茲別克斯坦、美國、捷克、伊朗、土耳其、巴西等。2022年，全球高嶺土產(chǎn)量4800萬噸，其中72.9%出自產(chǎn)量占全球前十一位的國家。高嶺土產(chǎn)量最高國家是中國與印度，各自產(chǎn)量約840萬噸。烏茲別克斯坦、美國、捷克、伊朗、土耳其、巴西等國產(chǎn)量也超過100萬噸。
運用領(lǐng)域
高嶺土可用于陶瓷、耐火材料、橡膠、造紙、油漆、水泥、石油、化工等方面。
陶瓷工業(yè)
高嶺土是陶瓷工業(yè)的主要原料，它不僅用于陶瓷胚料，還可用于陶瓷釉料。在日用瓷方面，高嶺土可用于制作杯、盤、碗、勺等；在建筑陶瓷方面，可以制作釉面磚、衛(wèi)生瓷等；在工業(yè)陶瓷方面，可用于制作高壓電瓷的瓷瓶、瓷串子等，低壓電瓷的接觸器開關(guān)、保險絲等。
耐火材料
高嶺土可用于冶金工業(yè)的耐火材料以及高級玻璃制造業(yè)的耐火材料。在冶金工業(yè)中，高嶺土可用于制作耐火磚、高鎂鋁磚、各種熔煉爐和熱風(fēng)爐的爐襯磚等，優(yōu)質(zhì)高嶺土還是制造莫來石耐火材料的原料。在高級玻璃制造業(yè)中，高嶺土可用于各種制造堝，以替代價格昂貴的金屬坩堝。
造紙工業(yè)
每年生成的高嶺土有相當(dāng)一部分用于造紙工業(yè)，它可用于紙張的填充和涂布。在用于填充時，高嶺土與纖維素纖維混合，形成紙張主體，并賦予紙張主體顏色、不透明度和印刷適性。在涂層中，高嶺土與粘合劑一起被涂在紙張表面，以提供光澤、顏色、高不透明度和更好的印刷適應(yīng)性。制備用于涂層的高嶺土顆粒的直徑小于兩微米。
橡膠、塑料工業(yè)
橡膠工業(yè)也要用到大量的高嶺土。片晶狀的、高白度、高細(xì)度的高嶺土可用于橡膠填充劑，以增強(qiáng)橡膠的性能，如機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性等。同時加入高嶺土還可降低橡膠成本，但是橡膠中高嶺土的含量必須恰當(dāng)，一般為10-12%。高嶺土用于塑料添加劑，可使塑料表面光滑，有利于拋光，耐化學(xué)腐蝕，使塑料更加經(jīng)久耐用。
水泥、石油、化工
自然白度中等，燒成白度80以上的高嶺土可用作白水泥的粘結(jié)劑、增白劑和填充劑。這種水泥可用于高級建筑物的室內(nèi)裝飾。高嶺土可用作石油鉆井泥漿的成分，還可用于人工制造分子篩。各種分子篩可廣泛用于化工、石油精煉、催化等方面。
化妝品、醫(yī)藥領(lǐng)域
煅燒高嶺土可用作化妝品添加劑，具有增強(qiáng)化妝品吸油和吸水性，改善化妝品與皮膚的親和力，增強(qiáng)化妝品潤膚能力的作用。高嶺土往往與滑石搭配應(yīng)用在化妝品中，它可以改善滑石的不足并增強(qiáng)其性能。高嶺土用于化妝粉可改善其吸收能力，從而消除皮膚反光；高嶺土因為具有較高的密度，還可以很好地控制化妝粉的膨脹性；與滑石相比，高嶺土可以提高化妝粉的皮膚附著力。但是由于高嶺土潤滑性不足，一般在化妝粉中的比例不會超過30%。高嶺土還可以摻入潤膚膏和美容面具中，增加舒適感。此外高嶺土還可用于潤膚清潔面膜和按摩香精油的載體。煅燒高嶺土應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域，主要是作為載體和藥劑成片的助劑，在中國這方面用量很少且主要是采用進(jìn)口品。
尖端工業(yè)及其他領(lǐng)域
優(yōu)質(zhì)高嶺土是尖端工業(yè)的重要原料。它可作為原料，用于制造原子反應(yīng)堆、噴氣式飛機(jī)燃燒室的耐高溫復(fù)合材料。另外，利用高嶺土可以透過紅外光，有較高的機(jī)械強(qiáng)度和抗熱沖擊性能等優(yōu)點，可講其用于制作各種紅外、遠(yuǎn)紅外輻射的陶瓷元件。
高嶺土也用作涂料中的擴(kuò)展劑和扁平劑。高嶺土是油墨、一些化妝品和許多其他產(chǎn)品的重要成分。此外高嶺土還可作為沉淀劑，來促進(jìn)葡萄酒的澄清。
礦物開采
高嶺土的開采方式可分為露天開采和地下開采兩種。露天開采通常采用，從地面將覆蓋在礦床上部的土或巖石剝離，露出礦體后采出。地下開采則是從地面開掘通往地下礦體的一系列井巷工程，并借助這些井巷將礦體采出。礦體厚度大，上部覆蓋層薄或礦體產(chǎn)狀與山坡地形傾向一致的礦床適用于露天開采，例如全球風(fēng)化殘積的高嶺土礦床基本上采取露天開采。而礦體厚度小，上部覆蓋層厚或礦體產(chǎn)狀與山坡地形傾向相反的礦床，適用于地下開采，如蘇州瓷土公司陽西礦區(qū)。
品質(zhì)鑒定
國家標(biāo)準(zhǔn)鑒定方法
品質(zhì)鑒定的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB/T14563-2020，高嶺土及其實驗方法。
產(chǎn)品外觀質(zhì)量
產(chǎn)品理化性能
以陶瓷工業(yè)用高嶺土和煅燒高嶺土產(chǎn)品理化性能要求為例。
產(chǎn)品水分
常用鑒定方法
依據(jù)特征鑒定
高嶺土的鑒定特征是：白色土狀塊體，用手捏易碎成粉，用水潮濕后性軟、粘舌，具可塑性。
其他方法
X射線分析法：因為X射線波長與高嶺石礦物晶格間距為同等數(shù)量級，可利用X射線衍射的特征譜線來鑒定高嶺土；
熱譜分析法：粘土礦物在加熱或冷卻過程中常伴有吸熱或者放熱現(xiàn)象，即熱效應(yīng)。粘土礦物在從室溫加熱到1200℃的過程中，可以發(fā)生一次或者數(shù)次熱效應(yīng)。熱譜分析就是利用這一特點來鑒定粘土礦物的方法。高嶺石類礦物的熱效應(yīng)有共同的特征，可作為鑒定依據(jù)。熱譜分析法又分為熱差分析法和熱重分析法。
人工優(yōu)化
自然界產(chǎn)出的高嶺土大多數(shù)不是由純粹的高嶺石組成，其中常含有石英、長石、云母等粗粒物質(zhì)，以及硫、鐵、鈦等雜質(zhì)礦物元素。為適應(yīng)陶瓷與其他工業(yè)的需求，必須將高嶺土進(jìn)行精制，以便將其中的雜質(zhì)除掉。高嶺土的精制是通過對高嶺土礦石進(jìn)行選礦來實現(xiàn)的。高嶺土選礦常用的方法是手選法、重力法、浮選法、磁選法和化學(xué)精選法。此外還有電滲電解精選法等不常用的方法。通過選礦可以有效去除上述雜質(zhì)，得到純度較高的可以滿足各類應(yīng)用需求的產(chǎn)品。
加工方式
就高嶺土當(dāng)前加工方式而言，有機(jī)械粉碎和氣流粉碎兩種方式。而機(jī)械粉碎一般粉碎到300目-1000目左右，但其粉碎加工為機(jī)械方式，因此粉碎細(xì)粉里有鐵含量增加與其他雜質(zhì)，對應(yīng)用純度要求較高行業(yè)而言，有缺陷；氣流粉碎由于采取物料與物料之間相互碰撞與剪切，沒有粉碎介質(zhì)參與，因而有效保障了物料的純度，從而滿足純度要求較高行業(yè)的應(yīng)用效率，同時氣流粉碎機(jī)的粉碎細(xì)度可達(dá)5000目（細(xì)度范圍可調(diào)1000目-5000目）。
環(huán)境影響
采、選礦對環(huán)境的影響分析
高嶺土礦山開采可分為露天開采和地下開采（洞采）兩種模式，其中地下開采對環(huán)境影響較小。采礦對環(huán)境的影響包括：粉塵對大氣環(huán)境影響；噪聲對環(huán)境的影響；固體廢棄物對環(huán)境的影響；對生態(tài)環(huán)境的影響。
礦山開采對大氣環(huán)境的影響，主要是車輛運輸產(chǎn)生的揚塵和采場爆破、挖掘的揚塵。采礦噪聲對環(huán)境影響較小。采礦固體廢棄物主要是廢石棄渣，它占用林地、破壞植被，雨季易引發(fā)泥石流等。采礦對生態(tài)環(huán)境的影響對象主要是礦山森林生態(tài)系統(tǒng)。
選礦過程對環(huán)境影響主要是在破碎、研磨和烘干過程中，產(chǎn)生大量粉塵和噪聲。
治理措施
在采場首先要在日常生產(chǎn)中做好綜合整治，其次做好采場截排水工作，第三按照“宜草則草、宜樹則樹”的原則及時進(jìn)行植被復(fù)墾。在選廠廢水經(jīng)攔沙壩分流后方可排出，在各工序裝除塵和除噪聲裝置。
參考資料 >
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Kaolin.pubchem.2023-05-29
Clays Statistics and Information.usgs.2023-07-31
GB_T14563-2020.道客巴巴.2023-05-31