我國(guó)的高嶺土工業(yè)起步于20 世紀(jì)80 年代,，其資源遠(yuǎn)景儲(chǔ)量位于全球前列且礦床分布極具特征，其中我國(guó)煤系高嶺土的遠(yuǎn)景儲(chǔ)量在170 億t 以上,，相當(dāng)于世界軟質(zhì)高嶺土儲(chǔ)量的總和,。高嶺土經(jīng)煅燒去除揮發(fā)性雜質(zhì)后，所得高嶺土熟料不僅具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性,，而且其潔白度高,、密度小、比表面積大,。即使是某些純度稍低的高嶺土熟料,，不能用于陶瓷和造紙，也可作為耐火材料行業(yè)的優(yōu)質(zhì)原料,，因此耐火材料是綜合應(yīng)用高嶺土熟料的重要市場(chǎng),。為此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外耐火材料領(lǐng)域研究學(xué)者針對(duì)高嶺土熟料的應(yīng)用開(kāi)展了大量卓有成效的工作,，如制備耐火原料,、硅酸鋁纖維、多孔陶瓷和不定形耐火材料,。

 

　　我國(guó)高嶺土的消耗結(jié)構(gòu)圖( 2020 年)

　　煤矸石是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣,，包括巖石巷道掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的掘進(jìn)矸石，采煤過(guò)程中從頂板,、底板和夾在煤層中的巖石夾層里采選出來(lái)的矸石,，以及洗煤廠生產(chǎn)過(guò)程中排出的干基灰分＞ 50% ( w) 的洗矸石。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB /T 29162—2012,，煤矸石按灰分分類可分為鋁硅型( Al2O3-SiO2 ) 煤矸石和鈣鎂型( CaO-MgO) 煤矸石,。由于煤矸石中鋁硅型煤矸石居多,，許多行業(yè)習(xí)慣把鋁硅型煤矸石稱為煤矸石。有人定義煤炭生產(chǎn)和加工過(guò)程中排棄的煤矸石中高嶺巖含量超過(guò)80%( w) 的稱為煤系高嶺土,，其為與煤伴生的硬質(zhì)高嶺土,，屬于Al2O3-SiO2 型煤矸石主要類型中的一種，學(xué)名為高嶺石黏土巖,，屬于可綜合利用的非金屬礦產(chǎn)資源,。

　　相較其他高嶺土，煤系高嶺土質(zhì)地較硬,，而且含有多種礦物質(zhì),、水等無(wú)機(jī)質(zhì)及少量的有機(jī)質(zhì)，其化學(xué)組成除Al2O3,、SiO2 和C 主要成分( 通常三者含量＞90%( w) ) 外,，還含有少量的Fe2O3、CaO,、TiO2、Na2O,、K2O,、MgO 等氧化物。經(jīng)高溫煅燒,，可轉(zhuǎn)化為莫來(lái)石和非晶SiO2 ,。

 

　　煤系高嶺土在耐火材料中的應(yīng)用

　　我國(guó)煤系高嶺土直接煅燒后的致密度不高，雜質(zhì)含量低,，往往作為耐火制品如耐火纖維,、莫來(lái)石輕質(zhì)磚的主要原料。也將煤系高嶺土細(xì)磨配料,、成型燒成后合成低鋁莫來(lái)石,、莫來(lái)石/高硅氧玻璃復(fù)合材料( 莫來(lái)卡特) 或莫來(lái)石輕質(zhì)骨料等。我國(guó)已有將煅燒煤系高嶺土及其表面改性產(chǎn)品應(yīng)用推廣的企業(yè),，如: 中國(guó)高嶺土有限公司,、上青活性高嶺土廠、三門峽高嶺土公司,、山西超牌煅燒高嶺土有限公司等,。

 

　　1. Al2O3－SiO2 系耐火原料

　　1.1 莫來(lái)石原料煅燒

　　高嶺土的耐火度與其中的Al2O3 含量有關(guān)。Al2O3的含量愈高,，Al2O3 ,、SiO2的比值愈大，耐火度就愈高,。經(jīng)高溫煅燒的高嶺土,，耐火度可達(dá)1700 ℃，莫氏硬度可達(dá)7 ～ 8，是合成莫來(lái)石的天然原料,。例如,，將1300 ℃ 高溫煅燒后Al2O3含量為45%( w) 的高嶺土簡(jiǎn)稱為M45 合成料。

　　M45 合成料的顯微結(jié)構(gòu)( 超牌M45)

　　煤系高嶺土還可與其他高鋁原料混合共磨,，經(jīng)干燥后燒制為莫來(lái)石骨料或莫來(lái)石細(xì)粉等,。超牌高嶺土有限公司以碳含量為2% ～ 5%( w) 的煤矸石、高鋁原料和輕燒高嶺土為主要原料,，添加少量外加劑進(jìn)行濕磨,，后續(xù)進(jìn)行壓濾烘干并置于回轉(zhuǎn)窯燒制，制得孔徑較小且分布均勻的Al2O3含量( w) 在46% ～49%的莫來(lái)石耐火原料,。

　　1.2 莫來(lái)卡特( Molochite)

　　莫來(lái)卡特是優(yōu)質(zhì)的硅酸鋁質(zhì)耐火材料,，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由莫來(lái)石針狀結(jié)晶和硅酸鹽玻璃相組成，無(wú)游離的結(jié)晶石英存在,，所以熱膨脹系數(shù)小且均勻,，抗熱震性很好; 具有硬度大、玻璃相黏度高,、耐磨性好等特點(diǎn),。煤系高嶺土熟料與莫來(lái)卡特同為硅酸鋁質(zhì)耐火材料，在物理化學(xué)組成上具有極高的相似性,。從20世紀(jì)80 年代起,，眾多的學(xué)者投入到相關(guān)領(lǐng)域的研究，從原料,、組成和工藝多重角度探索煤矸石制備莫來(lái)卡特的方法,。國(guó)內(nèi)的煤系高嶺土普遍具有較低的K2O 含量，所以在利用煤系高嶺土制備莫來(lái)卡特的過(guò)程中,，通常需要加入鉀長(zhǎng)石進(jìn)行混合焙燒,，得到莫來(lái)石－高硅氧玻璃復(fù)合材料，即莫來(lái)卡特,。

　　2. Al2O3－SiO2 系輕質(zhì)隔熱耐火材料

　　2.1硅酸鋁纖維

　　硅酸鋁纖維按原料及生產(chǎn)方式的不同,，可分為三大類: 高純硅酸鋁纖維、含鋯硅酸鋁纖維和晶態(tài)硅酸鋁纖維,。煤系高嶺土熟料的白度比焦寶石的要高,，且成本相對(duì)低廉，目前已大量用于高純硅酸鋁纖維的制備,。根據(jù)煤系高嶺土熟料的化學(xué)組成進(jìn)行分級(jí),，可分別用于1050 型、1260 型和1400 型硅酸鋁纖維的制備,。煤系高嶺土應(yīng)用于硅酸鋁纖維的制備需要做前端的原料處理,。一般來(lái)說(shuō),，會(huì)將煤系高嶺土在1250 ℃左右進(jìn)行煅燒，再直接進(jìn)入熔煉系統(tǒng)進(jìn)行纖維的制備; 或者,，一部分企業(yè)選擇直接將未經(jīng)熱處理的煤系高嶺土投入熔煉系統(tǒng),，在1000～1600 ℃的溫度區(qū)間內(nèi)保溫至無(wú)揮發(fā)物產(chǎn)生，再升溫至2100～2300 ℃進(jìn)行纖維的制備,。煤系高嶺土制備的硅酸鋁纖維具有極高的白度,，且在熔融狀態(tài)下黏度可控性較好，相應(yīng)所制得纖維的表面光滑且渣球率低,。

　　2.2 輕質(zhì)隔熱磚

　　除應(yīng)用于硅酸鋁纖維外,，輕質(zhì)隔熱磚的制備也是煤系高嶺土熟料作為主要原料進(jìn)行使用的重要領(lǐng)域，如,，莫來(lái)石輕質(zhì)隔熱材料,、堇青石輕質(zhì)隔熱材料等。為了提升高嶺土熟料制備輕質(zhì)耐火制品的高溫使用性能,，通常會(huì)將高嶺土熟料與氧化鋁原料配合使用,，使體系中存余的非晶SiO2與Al2O3 原料發(fā)生二次莫來(lái)石化，進(jìn)一步提升高溫性能,。除了制備莫來(lái)石質(zhì)輕質(zhì)隔熱耐火材料,，堇青石多孔陶瓷的制備也是近幾年的煤系高嶺土在耐火材料行業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域。以高嶺土－ 滑石－ 氧化鋁體系制備堇青石時(shí),，當(dāng)高嶺土中SiO2、Al2O3 質(zhì)量比越大時(shí),，高嶺土提供的鋁源越少,，參與合成堇青石反應(yīng)中高嶺石相的含量越少。

　　3. 不定形耐火材料

　　骨料輕量化是不定形耐火材料領(lǐng)域的熱門研究課題,，除輕質(zhì)隔熱耐火磚外,，將煤系高嶺土成球作為輕質(zhì)隔熱澆注料中的輕質(zhì)骨料使用也是煤系高嶺土的重要應(yīng)用領(lǐng)域。與原礦直接燒制破碎得到的輕質(zhì)骨料不同,，煤系高嶺土與其他原料配合使用,，配合不同造孔劑的加入，可以制備出不同莫來(lái)石級(jí)別和不同孔徑大小及分布的中高端莫來(lái)石輕質(zhì)骨料,。

 

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　作為大儲(chǔ)量鋁硅系礦物資源,，高嶺土具有價(jià)格低廉，不可再生的特點(diǎn),。高嶺土及其循環(huán)綜合利用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和商業(yè)價(jià)值,，既能符合優(yōu)化和保護(hù)人類環(huán)境要求，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展,、節(jié)能減排的必然要求,。尤其是煤系高嶺土,，其有效綜合利用往往會(huì)對(duì)煤炭企業(yè)生產(chǎn)與環(huán)保產(chǎn)生主要影響。

　　由于我國(guó)的煤系高嶺土分布區(qū)域廣,，來(lái)源復(fù)雜,，化學(xué)組成差異較大，目前,，國(guó)內(nèi)耐火材料行業(yè)對(duì)煤系高嶺土的應(yīng)用主要分布在以下三個(gè)方面:

　　1) 制備鋁硅系耐火原料;

　　2) 制備鋁硅系輕質(zhì)隔熱材料;

　　3) 制備莫來(lái)石質(zhì)澆注料及噴補(bǔ)料,。盡管高嶺土熟料的開(kāi)發(fā)程度和利用率得到了提高，但是仍有進(jìn)一步改進(jìn)提升的空間,。

 

　　針對(duì)煤系高嶺土的研究方向和發(fā)展趨勢(shì),，則應(yīng)該在目前國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用的基礎(chǔ)上，將其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬,，提高利用率以降低鋁硅質(zhì)耐火材料合成成本,，提升原料品位以優(yōu)化耐火材料制品的性能，最終目標(biāo)是在高附加值條件下實(shí)現(xiàn)高嶺土產(chǎn)品生態(tài)鏈,，從而創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,。此外，綜合國(guó)內(nèi)高嶺土特性和應(yīng)用,，開(kāi)發(fā)高嶺土資源必須依據(jù)原礦的特性,。需因地制宜，依據(jù)原產(chǎn)地高嶺土礦產(chǎn)資源的物化特性,，開(kāi)發(fā)出符合礦產(chǎn)特性的獨(dú)特生產(chǎn)工藝及新產(chǎn)品,，才能有穩(wěn)定長(zhǎng)遠(yuǎn)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。