馮雪茹，鄧建，嚴(yán)偉平，李維斯

（中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都 610041）

高嶺土又稱瓷土，化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Al4Si4O10(OH0)8或Al2O3·2SiO2·2H2O，因其發(fā)現(xiàn)于中國(guó)景德鎮(zhèn)高嶺村而得名[1]。高嶺土是一種以化學(xué)組成相同且結(jié)構(gòu)類似的高嶺石族黏土礦物為主的黏土巖，其主要由高嶺石、埃洛石、水云母、伊利石、蒙脫石以及石英、長(zhǎng)石等礦物組成。原礦呈松散的土塊狀或致密巖塊狀，純凈的高嶺土呈白色或淺灰色，含雜質(zhì)時(shí)則帶有灰、黃、褐等顏色[2]。其具有較好的可塑性、粘結(jié)性、絕緣性、抗酸性、耐火性等優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，被作為原料廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如：陶瓷工業(yè)、造紙工業(yè)、耐火材料、水泥工業(yè)、橡膠工業(yè)、石油化工、醫(yī)藥紡織以及國(guó)防工業(yè)等[3-4]。全球高嶺土的探明儲(chǔ)量大約在320億t，主要分布于美國(guó)、英國(guó)、中國(guó)、巴西等地，其中美國(guó)儲(chǔ)量最多，達(dá)82億t[5]。我國(guó)高嶺土查明資源儲(chǔ)量為34.96億t，位居世界第三，主要分布在江西、廣東、廣西、福建、江蘇等地[6]。

我國(guó)是世界上最早發(fā)現(xiàn)和利用高嶺土的國(guó)家。高嶺土是我國(guó)重要的非金屬礦產(chǎn)資源，其應(yīng)用范圍廣泛并在不斷擴(kuò)展，其需求量也逐年增長(zhǎng)。高嶺土屬于不可再生資源，隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，資源出現(xiàn)緊缺狀態(tài)，價(jià)格也隨之升高，尤其是優(yōu)質(zhì)、高端的高嶺土加工產(chǎn)品還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場(chǎng)消費(fèi)的需求。目前，對(duì)高嶺土的深層次加工與綜合利用方面尚存在技術(shù)瓶頸，在當(dāng)前資源開發(fā)與綜合利用的新形勢(shì)下，通過改進(jìn)礦產(chǎn)資源開發(fā)與利用理念，不斷探索新興資源運(yùn)用方式，加強(qiáng)在節(jié)能環(huán)保、生物產(chǎn)業(yè)和新材料等方面的應(yīng)用，提升高嶺土利用效率，保證國(guó)家資源安全與高效利用的同時(shí)促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展。

1 高嶺土的開發(fā)現(xiàn)狀

1.1 高嶺土的選礦提純工藝

對(duì)高嶺土進(jìn)行提純的目的一方面主要是去除其中的鐵礦物、鈦礦物和有機(jī)質(zhì)等有害的染色雜質(zhì)，以提高產(chǎn)品的白度；另一方面是去除石英、長(zhǎng)石等砂質(zhì)礦物，以提升高嶺土產(chǎn)品的品質(zhì)，進(jìn)而拓展其應(yīng)用的廣度及深度，在充分利用高嶺土資源的同時(shí)獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。目前采用的提純工藝主要包括重選、磁選、浮選、浸出、化學(xué)漂白和焙燒等。

1.1.1 重選

重選提純工藝主要是利用高嶺土與脈石礦物之間的密度和粒度差異，去除輕質(zhì)的有機(jī)質(zhì)和含鐵、鈦和錳等元素的高密度雜質(zhì)，以達(dá)到提純高嶺土的目的，減少或去除雜質(zhì)對(duì)其白度的負(fù)面影響。重選提純高嶺土是行之有效的，以小錐角旋流器組或離心機(jī)替代高嶺土提純流程中的洗滌和篩分作業(yè)，既能實(shí)現(xiàn)洗滌和分級(jí)的目的，還可以去除部分雜質(zhì)，具有較好的應(yīng)用價(jià)值，但同時(shí)也要考慮僅通過重選工藝很難得到符合要求的最終高嶺土產(chǎn)品，重選提純后仍要通過煅燒、磁選和浸出等方法以得到最終合格產(chǎn)品[7]。

1.1.2 磁選

磁選工藝用于去除高嶺土中的赤鐵礦、菱鐵礦、黃鐵礦和金紅石等弱磁性染色雜質(zhì)。磁選不需要使用化學(xué)藥劑，對(duì)環(huán)境無污染，因而在非金屬礦的提純過程中使用較為廣泛。去除高嶺土中的弱磁性雜質(zhì)顆粒需要較高的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度[8]，而磁選技術(shù)的發(fā)展及設(shè)備的升級(jí)，使高嶺土等非金屬礦的磁選提純得以有效實(shí)現(xiàn)。高性能的強(qiáng)磁選設(shè)備SLon立環(huán)高梯度磁選機(jī)，新興的磁分離設(shè)備超導(dǎo)磁選機(jī)，磁選提純工藝解決了因含鐵量高而不具備商業(yè)開采價(jià)值的低品質(zhì)高嶺土資源的開發(fā)利用問題，但單一的磁選作業(yè)也難以獲得高品質(zhì)的高嶺土產(chǎn)品，目前還需要配合化學(xué)漂白等其他工藝來進(jìn)一步降低高嶺土產(chǎn)品的含鐵量[9-10]。

1.1.3 浮選

浮選提純工藝可以有效去除高嶺土中的含鐵、鈦和碳雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)回收再利用煤系高嶺土等低品級(jí)高嶺土資源[11]。高嶺土顆粒較細(xì)，比脈石礦物更難上浮，因此高嶺土浮選提純工藝多采用反浮選以達(dá)到較好的去除雜質(zhì)的效果，如反浮選除碳、脫硫和除鐵。煤油為捕收劑，松醇油為起泡劑，水玻璃為抑制劑，浮選提純工藝多用來處理雜質(zhì)較多和白度較低的高嶺土原礦，以實(shí)現(xiàn)對(duì)低品級(jí)高嶺土資源的綜合利用。浮選可使高嶺土的白度明顯提升，其不足之處在于需要添加化學(xué)藥劑，造成生產(chǎn)成本增高，且易對(duì)環(huán)境造成污染。螯合捕收劑等新型藥劑的研發(fā)是浮選提純研究的主要方向之一[12-14]。

1.1.4 浸出

浸出是通過適當(dāng)浸出藥劑來選擇性地溶解并去除高嶺土中的某些雜質(zhì)組分的方法，如使用鹽酸或硫酸的酸法浸出和微生物浸出法。浸出工藝流程簡(jiǎn)單、節(jié)能、可降低生產(chǎn)成本，具有較好的發(fā)展?jié)摿?。浮選和強(qiáng)磁選提純效果較差。采用濃度25%的硫酸對(duì)含鐵較高的硬質(zhì)高嶺土進(jìn)行酸浸處理5 h，其除鐵率可達(dá)37.67%。因原礦中鐵多以黃鐵礦的形式存在，為到達(dá)更好的除鐵效果，以H2O2為氧化劑進(jìn)行氧化酸浸。煤系高嶺土中含有黃鐵礦、褐鐵礦和赤鐵礦等雜質(zhì)，在煅燒過程中黃鐵礦會(huì)被氧化成黑褐色的鐵氧化物，使高嶺土的白度有所降低[15]。氧化亞鐵硫桿菌可以通過催化氧化作用分解黃鐵礦，因此可以用于去除高嶺土中的黃鐵礦[16]。與目前常用的提純工藝相比，浸出提純工藝流程簡(jiǎn)單，可以顯著降低生產(chǎn)成本，使低品位高嶺土得到有效的開發(fā)利用，具有更高的發(fā)展?jié)摿?。在采用微生物浸出時(shí)，必須進(jìn)行更加嚴(yán)格的環(huán)境評(píng)估及經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估。

1.1.5 化學(xué)漂白

三價(jià)鐵離子及其氧化物是降低高嶺土白度的主要染色雜質(zhì)，通過化學(xué)試劑去除這些有害雜質(zhì)的方法稱為化學(xué)漂白法。高嶺土的化學(xué)漂白法分為氧化法、還原法和氧化-還原聯(lián)合法等[17]。氧化漂白法的原理是將還原態(tài)的有害著色雜質(zhì)氧化成可溶性的物質(zhì)，進(jìn)而將其去除，例如將黃鐵礦氧化成可溶性的硫酸亞鐵，然后將有機(jī)質(zhì)氧化后通過水洗去除。常用的強(qiáng)氧化劑有次氯酸鈉、高錳酸鉀和過氧化氫等[18]。pH值、溫度、藥劑用量、礦漿濃度和漂白時(shí)間等對(duì)漂白效果均有影響。還原漂白法的原理是將難溶的三價(jià)鐵氧化物還原為可溶的二價(jià)鐵鹽，使有害元素鐵轉(zhuǎn)化為可溶相以溶解，繼而通過洗滌流程去除。常用的還原漂白藥劑有連二亞硫酸鈉( Na2S2O4)和二氧化硫脲(HO2SC( NH) NH2)等[19]?；瘜W(xué)漂白法可以大幅提升高嶺土產(chǎn)品的白度，但其生產(chǎn)成本較高，多用于對(duì)經(jīng)過除雜的高嶺土精礦進(jìn)行進(jìn)一步提純。連二亞硫酸鈉等藥劑的使用會(huì)產(chǎn)生酸性廢氣和廢水，對(duì)環(huán)境污染影響較大，因此采用此方法時(shí)需要考慮環(huán)保問題和經(jīng)濟(jì)合理性，今后的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)采用更加廉價(jià)且無污染的漂白劑。

1.1.6 焙燒

焙燒也是提高高嶺土白度的一種重要提純工藝。高嶺土可通過焙燒工藝去除其中的含碳雜質(zhì)，如通過磁化焙燒加磁選去除磁性雜質(zhì)，通過氯化焙燒去除某些金屬雜質(zhì)。低溫焙燒可脫除表面和層間羥基，而不會(huì)破壞高嶺石結(jié)構(gòu)，同時(shí)使含碳有機(jī)質(zhì)有效分解，使該低品級(jí)煤系高嶺土達(dá)到玻璃纖維原料要求，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)低品級(jí)煤系高嶺土資源的利用[20]。磁化焙燒將高嶺土中含鐵雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為較強(qiáng)磁性或強(qiáng)磁性的含鐵礦物，進(jìn)而通過磁選進(jìn)行雜質(zhì)的去除，磁化焙燒對(duì)該高嶺土的提純效果優(yōu)于傳統(tǒng)化學(xué)漂白法[21]。氯化焙燒是在高嶺土焙燒過程中添加氯化劑，使某些金屬氧化物和硫化物雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為可揮發(fā)的氯化物以達(dá)到去除該金屬元素的目的。焙燒提純工藝可以使高嶺土白度大幅提升而獲得高品質(zhì)的高嶺土產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)對(duì)低品級(jí)高嶺土資源的利用，可獲得較高品質(zhì)的高嶺土產(chǎn)品。但該方法能耗大，生產(chǎn)過程中會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此，今后的發(fā)展思路是通過優(yōu)化焙燒流程和設(shè)備，不斷降低生產(chǎn)成本及污染，其對(duì)促進(jìn)焙燒提純高嶺土及資源綜合利用具有重要意義。

1.1.7 聯(lián)合提純工藝技術(shù)

單一的提純工藝難以獲得高品質(zhì)的高嶺土產(chǎn)品，特別是處理我國(guó)儲(chǔ)量較大的低品級(jí)煤系高嶺土以及礦物組成復(fù)雜的高嶺土。不同類型的高嶺土處理工藝有所差異，其中軟質(zhì)高嶺土處理工藝包括粉碎、制漿、旋流器、選擇性絮凝、漂白，離心、剝片、磁選；硬質(zhì)高嶺土處理工藝包括粉碎、制漿、旋流器、離心機(jī)、剝片、漂白或粉碎、焙燒、制漿、旋流器、剝片、離心機(jī)；砂質(zhì)高嶺土處理工藝包括制漿、螺旋分級(jí)機(jī)、沉淀、離心機(jī)、剝片、漂白或原礦、制漿、重選除砂、調(diào)和、浮選[22]。

1.1.8 剝片

剝片分為機(jī)械剝片和化學(xué)剝片，是深加工工藝的重要工序，需要將高嶺土剝片成極細(xì)的薄片，經(jīng)過磁選除鐵和漂白以達(dá)到低磨耗和高白度的要求，被廣泛應(yīng)用于造紙、化妝品、醫(yī)藥等方面[23]。

1.2 高嶺土改性技術(shù)

目前，有關(guān)高嶺土的改性研究主要目的是增強(qiáng)其吸附廢水中重金屬離子、氨氮等污染物，制備高性能復(fù)合材料或制備催化材料。

1.2.1 插層改性

高嶺土是典型層狀硅鋁酸鹽礦物，層間通過氫鍵連接。通過一些特殊方法，可以使某些物質(zhì)克服層間氫鍵而插入層間空隙，在不破壞高嶺土層狀結(jié)構(gòu)下增大層間距。由于高嶺土層間氫鍵作用強(qiáng)且無可置換離子，所以可以直接插層的有機(jī)小分子不多，主要包括二甲亞砜、肼、甲酰胺、乙酰胺、醋酸鉀等。此外，有些分子雖不能直接進(jìn)入層間，但可以通過取代、夾帶的方式間接進(jìn)入高嶺土層間，如甲醇、苯甲酰胺、脂肪酸鹽等[24]。常見的插層方法包括：液相插層、蒸發(fā)溶液插層、機(jī)械力化學(xué)插層以及一些新型的微波輻射插層和超聲波插層等，通常，插層改性方法可以將高嶺土的層間距從7.2?擴(kuò)大到10 ?以上[25]。

1.2.2 煅燒改性

煅燒是高嶺土加工的常見方法，不同使用目的下的高嶺土煅燒溫度不同，煅燒應(yīng)為中低溫即450～925℃，一方面實(shí)現(xiàn)高嶺土脫羥基，一方面使高嶺土保持高活性的偏高嶺土而避免向尖晶石和莫來石轉(zhuǎn)變。同時(shí)，中低溫煅燒還可以增加高嶺土的孔徑、孔容和比表面積，有利于吸附[26]。合成分子篩和鋁鹽化工，低溫煅燒生成的偏高嶺土活性高，有利于硅鋁酸鹽合成分子篩，煅燒溫度700℃左右；PVC電纜料配料，增加高嶺土孔隙，增強(qiáng)復(fù)合材料電絕緣性能，煅燒溫度＜850℃；造紙?zhí)盍虾屯苛咸砑映煞?，去除高嶺土中雜質(zhì)碳增加白度，增加孔隙率增強(qiáng)其吸油性能，煅燒溫度1000℃左右；耐火材料填料、玻璃鋼增強(qiáng)填料、陶瓷窯具和高級(jí)陶瓷胚料的配料以及精密鑄件模型，高溫后向穩(wěn)定的莫來石轉(zhuǎn)變，煅燒溫度1300～1525℃[27]。

1.2.3 化學(xué)改性

一般被分為酸改性和堿改性，酸改性高嶺土的作用主要是將偏高嶺土中部分Al溶出，然后再吸附到殘余物表面，從而增大比表面積且形成新的活性位點(diǎn)[28]。高嶺土和煅燒高嶺土均不含有B酸和L酸中心，而酸改性高嶺土含有L酸中心但不含有B酸中心，因此活性高[29]。堿改性高嶺土的作用主要是將煅燒高嶺土中部分Si 溶出，相比之下，Al 較難溶出[30]。高嶺土研究表明與NaOH溶液反應(yīng)時(shí)，首先浸出可溶的Si 和Al，然后可溶離子間還會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成霞石和方鈉石等沉淀。與酸改性不同的是，堿改性后產(chǎn)物的比表面積降低且酸性中心數(shù)量小于酸改性產(chǎn)物，但是酸性中心強(qiáng)度高于酸改性產(chǎn)物[31]。有關(guān)酸堿改性提升高嶺土高溫吸附性能的研究尚處于初始階段，缺乏對(duì)改性工藝及其參數(shù)的廣泛研究，此外還需要深入探索改性對(duì)吸附的影響機(jī)理，為改性方法提供理論指導(dǎo)。

1.2.4 聚合羥基鐵改性

高嶺土聚合羥基鐵改性高嶺土吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原高嶺土吸附量。而吸附溫度對(duì)于聚合羥基鐵改性高嶺土的影響作用較大，當(dāng)溫度越高，其吸附量也會(huì)逐漸增加[32]。在聚合羥基鐵溶液當(dāng)中，高嶺土層間鋁同溶液中的鐵出現(xiàn)了離子交換以及同晶置換的情況，并且受碳酸鈉影響，高嶺土中的鋁將會(huì)被大量脫除，由此增加了高嶺土中的含硅量與含鐵量，從而大幅提高了聚合羥基鐵改性高嶺土的吸附性能。

1.2.5 偶聯(lián)劑改性

在進(jìn)行有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)復(fù)合的過程中，通常使用偶聯(lián)劑材料作為兩者耦合材料，而高嶺土物質(zhì)的表面可以和偶聯(lián)劑發(fā)生反應(yīng)，在經(jīng)過偶聯(lián)劑改性處理之后的高嶺土材料能夠與有機(jī)相擁有更為優(yōu)良的相容性。應(yīng)用較為普遍的偶聯(lián)劑有硅烷偶聯(lián)劑以及鈦酸酯偶聯(lián)劑等。偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)之中，其中一端可以與高嶺土之中的Si-O以及Al-O鍵形成化學(xué)結(jié)合，而另外的一端則暴露在外部，這樣便能夠確保高嶺土的表層結(jié)構(gòu)能夠與有機(jī)物質(zhì)擁有更優(yōu)良相容性。不過，現(xiàn)階段對(duì)于偶聯(lián)劑改性高嶺土的研究之中，僅僅對(duì)硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑改性機(jī)理較為明確，另外一些偶聯(lián)劑的改性機(jī)理研究依舊不夠深入[33]。

1.3 高嶺土尾礦資源現(xiàn)狀

高嶺土尾礦是高嶺土礦經(jīng)選礦后剩余的廢棄物料，主要為品位低、被泥土侵蝕的物料。高嶺土礦山開采存在大量廢棄高嶺土尾礦未能被開發(fā)利用，侵占了大量的土地，堵塞溝渠，污染水質(zhì)，破壞環(huán)境，綜合利用這些尾礦，將其變廢為寶，變害為利，有著重要的環(huán)保價(jià)值和社會(huì)價(jià)值以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

目前，導(dǎo)致高嶺土尾礦問題突出的原因一方面來自于區(qū)域資源利用觀念及執(zhí)行力層面，另一方面是由于高嶺土現(xiàn)有選礦、利用技術(shù)的限制性。使得高嶺土資源利用尚處于初級(jí)階段，其深層次性質(zhì)的應(yīng)用價(jià)值長(zhǎng)期被忽視，開發(fā)及利用技術(shù)研究停滯不前，制約著資源的利用效率，不僅造成資源的浪費(fèi)，新的尾礦庫(kù)的不斷增加對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成污染與危害，一旦發(fā)生尾礦庫(kù)安全問題，必將會(huì)對(duì)周遭環(huán)境及居民生活等造成嚴(yán)重威脅。對(duì)尾礦的二次開發(fā)與利用是未來國(guó)內(nèi)外礦業(yè)發(fā)展的重要研究領(lǐng)域，為高嶺土開發(fā)利用創(chuàng)造新的應(yīng)用價(jià)值。

由于尾礦組成及結(jié)構(gòu)性質(zhì)上比較復(fù)雜，對(duì)于高嶺土尾礦的綜合利用需要以強(qiáng)大的技術(shù)性支持為基礎(chǔ)，在尾礦處理中例如將高嶺土尾礦應(yīng)用于建筑材料生產(chǎn)中，用高嶺土尾礦替代普通河砂作為主要原料生產(chǎn)加氣混凝土砌塊，實(shí)現(xiàn)了廢棄物的資源化利用；利用尾礦制作土壤改良劑等，高嶺土尾礦中仍然含有大量的可利用礦產(chǎn)成分，這些共伴生礦物的成分組成及數(shù)量也存在較大的差異性，如果能夠合理利用尾礦中的鋁硅酸鹽礦物的物化特性，或者能夠以一定的技術(shù)性手段改進(jìn)礦物成分的性質(zhì)，便可以產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等效益。其中大量的微量元素可以被合理地應(yīng)用到土壤改良過程中，進(jìn)而提升土壤中所需的微量元素，提升土壤肥力。

尾礦是潛力巨大的未來礦產(chǎn)開發(fā)領(lǐng)域、尾礦綜合利用可以提升現(xiàn)有資源的利用效率、大力提高尾礦再選綜合回收技術(shù)、提升尾礦作為建筑材料的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)、從管理、利益等層面構(gòu)建尾礦綜合利用激勵(lì)機(jī)制。

2 高嶺土的綜合利用

高嶺土具有良好的可塑性、分散性、耐火性、粘結(jié)性和穩(wěn)定性等特性，我國(guó)高嶺在陶瓷、造紙、涂料、塑料、耐火材料、橡膠等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用，以陶瓷、造紙和涂料三個(gè)領(lǐng)域?yàn)橹?，總需求量達(dá)665萬t。其中陶瓷行業(yè)需求量保持較快增長(zhǎng)，2020年需求量為309萬t，占比46.5%。高嶺土深加工領(lǐng)域需求量持續(xù)增加，醫(yī)用高嶺土由2016年的2萬t增長(zhǎng)至2020年的16萬t，年均增長(zhǎng)率51.57%；化妝品用高嶺土由2016年的4萬t增長(zhǎng)至2020年的30萬t，年均增長(zhǎng)率49.63%；特級(jí)精細(xì)高嶺土主要應(yīng)用于高級(jí)電子原件，被用于5G基站、家電、汽車、PC以及服務(wù)器、安防等方面，隨著這些產(chǎn)品的普及對(duì)特級(jí)精細(xì)高嶺土的需求量在不斷增加。2020年，我國(guó)高嶺土的消耗結(jié)構(gòu)見圖1[34]。

圖1 2020年我國(guó)高嶺土的消耗結(jié)構(gòu)Fig.1 Consumption structure of kaolin of China in 2020

2.1 傳統(tǒng)行業(yè)的應(yīng)用

2.1.1 造紙

高嶺石黏土的粒度小，剝離后具有良好的鱗片和片狀形態(tài)，片徑與厚度比例大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，所以被用作造紙?zhí)盍虾图垙埻繉右蕴岣呒垙埖墓鉂啥取⒊涮罴垙埨w維之間的空隙、提高不透明度等。用作填料，在改善紙張性能的同時(shí)還可以降低成本；用作涂布料，則可以改善紙張對(duì)油墨的滲透性、包容性以及紙張的外觀。在造紙中對(duì)高嶺石的主要要求是粒度及雜質(zhì)含量，要求粒度小于2μm，白度大于86%。

2.1.2 陶瓷

高嶺土在陶瓷工業(yè)中應(yīng)用的時(shí)間早，量也大，通常可以占到20%～30%。高嶺土可以使陶瓷中 Al2O3的含量增加，莫來石的生成過程更容易，從而提高陶瓷的燒結(jié)強(qiáng)度和穩(wěn)定性[35]。燒成陶瓷時(shí)，高嶺土分解莫來石是形成坯體框架的過程，此過程使陶瓷坯體不容易走樣變性，同時(shí)使燒成溫度范圍變寬，并且提高陶瓷的白度。同時(shí)，高嶺土自身具有的可塑性、粘結(jié)性、懸浮性、結(jié)合性等特性，使瓷泥瓷釉的成形性得到改善，更利于車坯、注漿、陶瓷成形等加工過程。

2.1.3 橡膠

高嶺土填充到橡膠的膠體混合物中，可以增強(qiáng)橡膠的化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度，延長(zhǎng)硬化時(shí)間，還可以改善橡膠的流變性、混煉性、硫化性，提高未硫化制品的粘稠度，防止其凹陷、塌軟、下垂、變形、扁管等。高嶺土橡膠制品的防水性、通透性、防火抗燃性、化學(xué)活性等特性也得到了極大的改善。同時(shí)，高嶺土在橡膠中還可以作為填料，在不影響橡膠性能的同時(shí)可以大幅降低成本。

2.1.4 涂料顏料

高嶺土由于其色白、價(jià)廉、流動(dòng)性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、表面陽離子交換量大，很早就被用作涂料和油漆的填料。高嶺土可以用于改善涂料的涂刷性、涂料體系儲(chǔ)存穩(wěn)定性、涂層的抗吸潮性及抗沖擊性等機(jī)械性能、顏料的抗浮色和發(fā)花性等。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)涂料的性能和耐久性等方面的要求日益嚴(yán)格，如要求制備低VOC、高固體涂料、更薄和無疵平滑、光亮的涂膜，此時(shí)，需要采用高嶺土作添加劑。高嶺土幾乎可以適應(yīng)所有的涂料體系，從底漆到面漆，所有的固體成分、涂膜的厚度以及光澤。煅燒高嶺土在乳膠漆中可以部分替代鈦白粉，并配合鈦白粉可提供很好的遮蓋力和展色力。由于高嶺土粒子可以改善顏料粒子間隔，提高涂層的反射率和顏色強(qiáng)度；又因其吸油量較低，可較大量的添加于配方中而不破壞漆膜性能，在不影響光澤、遮蓋力、柔韌性及其他性能的前提下極大地降低涂料成本。因此，高嶺土可廣泛用于水性或溶劑型平光漆、半光漆、蛋殼光漆及特種涂料中[36]。

2.1.5 耐火材料

高嶺土具有良好的耐火性，常用來生產(chǎn)耐火材料，其制品能在高溫下承受負(fù)荷而不變形。以高嶺石為主要成分的高嶺土，以及膨潤(rùn)土和鋁土礦等，據(jù)其耐高溫的用途，統(tǒng)稱為耐火粘土。某些帶色的高嶺土，不能用于陶瓷和造紙，卻是耐火材料的好原料。高嶺土用作耐火材料制品主要有兩類：耐火磚、硅鋁棉。前者耐火度不低于1730℃，可據(jù)需要制成各種尺寸與形狀的耐火磚。后者是一種輕質(zhì)耐火保溫材料，是高嶺土在1000～1100℃焙燒，再用2000℃電弧爐將礦石熔融，在高速氣流下吹制成棉。

2.1.6 催化裂化催化劑

高嶺土可直接或經(jīng)酸、堿改性作為催化劑基質(zhì)，也可通過原位晶化技術(shù)合成分子篩或含有Y型分子篩的催化劑。具有防止催化裂化催化劑重金屬中毒、裂化活性高和選擇性好、催化劑抗磨和再生性能好等優(yōu)點(diǎn)[37]。

2.1.7 電纜材料

生產(chǎn)高絕緣性能電纜需要超量加入電性能改良劑。高嶺土作為惟一能制成電性能改良劑的產(chǎn)品，前景自然看好在要求電絕緣性能較高的塑料電纜及絕緣材料中，需添加改性煅燒高嶺土。高嶺土經(jīng)適當(dāng)溫度煅燒后有極高的電阻率，不同煅燒溫度的高嶺土空隙率不一樣，空隙對(duì)電纜材料中一些較活潑的有害成份有一定的吸附作用，能提高電纜絕緣性；煅燒高嶺土再經(jīng)表面改性，可以提高其在高分子材料中的分散性，增強(qiáng)制品的性能，可在有機(jī)高分子材料-改性劑-煅燒高嶺土之間產(chǎn)生良好的結(jié)合界面，使煅燒高嶺土在電纜中能均勻分散，起到更好的橋梁作用[38]。

2.1.8 潤(rùn)滑領(lǐng)域

高嶺土具有層狀結(jié)構(gòu)和小顆粒尺寸使其具有較好的潤(rùn)滑性，納米高嶺土的小尺寸效應(yīng)更是增強(qiáng)了其潤(rùn)滑性能，因此納米高嶺土也被應(yīng)用于潤(rùn)滑劑中。高傳平等[39]研究了納米高嶺土作為潤(rùn)滑添加劑對(duì)基礎(chǔ)油摩擦行為的影響，發(fā)現(xiàn)在納米高嶺土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)獲得最小平均摩擦系數(shù)和磨斑直徑，分別為0.072和0.76 mm，分別比純基礎(chǔ)油降低了23%和26%，獲得更好的潤(rùn)滑性能，對(duì)節(jié)能及設(shè)備保護(hù)具有重要意義。

2.1.9 橡膠管填料

在橡膠管制品之中加入改性高嶺土材料，能夠有效的改善橡膠管材料顆粒分散以及交聯(lián)程度，可以保障橡膠管制品的性能更為優(yōu)良，同時(shí)確保橡膠管制品質(zhì)地變得更加均一。高嶺土同樣屬于一種無機(jī)填料，能夠有效地提升橡膠管制品自身質(zhì)量。主要是由于粉狀的高嶺土材料加入之后，能夠和橡膠材料之間形成高嶺土-橡膠復(fù)合材料，這樣便可以確保橡膠管制品所擁有的力學(xué)性能、耐磨性能、耐腐蝕性能以及穩(wěn)定性等均有所提升，同時(shí)還能顯著地改善橡膠材料的可加工性。

2.2 環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用

2.2.1 重金屬污水處理

高嶺土儲(chǔ)量豐富、來源廣泛、價(jià)格低廉。天然的二維層狀結(jié)構(gòu)使得它具有較大的比表面積和較好的吸附性能。基于此類優(yōu)點(diǎn)，天然高嶺土經(jīng)過改性可以很好地解決重金屬污水處理問題。重金屬大氣污染處理，汞是一種全球性的污染物，元素汞在大氣環(huán)境中的排放是最主要的汞污染形式，研究表明高嶺土是去除大氣中汞元素的較佳黏土礦物[40]。有機(jī)污水處理，改性后的高嶺土具有分散性好、分離方便、高效和再生能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以很好地吸附有機(jī)污染物，利用高嶺土處理紡織廢水、對(duì)剛果紅良好的吸附性能和高效的再生能力，高嶺石在有機(jī)污水處理領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景[41]。電化學(xué)污水處理，制備了高效的Fe-Cu /高嶺土顆粒電極，其性能優(yōu)于原始高嶺土顆粒電極和活性炭顆粒電極，在中性甚至堿性條件下都可以達(dá)到預(yù)期的羅丹明B去除效果[42]。

2.2.2 二次資源利用

改性高嶺土還被用于二次資源利用領(lǐng)域，用于回收金屬離子。李霞等[43]用煅燒酸浸改性高嶺土對(duì)鹵水中的鋰離子進(jìn)行富集，研究表明該酸改性高嶺土具有更高的比表面積，且Al2O3溶出率高，鋰離子吸附量達(dá)4.51 mg/g，使鹵水中45.3%的鋰離子形成沉淀，獲得了較好的吸附效果。該方法不僅實(shí)現(xiàn)了鹵水中鋰資源的回收利用，而且具有較好的經(jīng)濟(jì)意義及應(yīng)用前景。

2.2.3 劣化油品處理

目前處理劣化油品最常用的方法是吸附再生法，主要是由膨潤(rùn)土、高嶺土等經(jīng)過處理制成的硅鋁吸附劑。改性后的高嶺土晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成了具有高反應(yīng)活性的無序非晶質(zhì)相，比表面積、孔體積和孔徑均增加，使得吸附處理劣化油的效果增強(qiáng)[44]。

2.3 新能源領(lǐng)域的應(yīng)用

2.3.1 建筑相變儲(chǔ)熱材料

以二甲基亞砜( DMSO)為插層劑，采用熔融插層方法對(duì)煤系高嶺土插層改性，并以插層改性后的高嶺土為基體，在其層間分別插入相變材料月桂醇(LAL)和月桂酸(LA)，成功制備了二元有機(jī)/煤系高嶺土復(fù)合相變儲(chǔ)能材料[45]。插層改性后的煤系高嶺土層間插入二元有機(jī)低共熔物可用來調(diào)控室內(nèi)的溫度變化，二元有機(jī)/煤系高嶺土復(fù)合相變儲(chǔ)能材料可廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，達(dá)到節(jié)能的目的。采用真空浸漬法制備的三種高嶺土基復(fù)合相變材料(Kb-CPCMs)[46]具有良好的蓄熱、通風(fēng)和空調(diào)功能，適用于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的采暖、通風(fēng)和空調(diào)。

2.3.2 太陽能儲(chǔ)能材料

以高嶺土和硬脂酸鈉為原料，制備出新型的高嶺土/硬脂酸鈉相變儲(chǔ)熱材料[47]。更適用于太陽能熱發(fā)電站的儲(chǔ)熱系統(tǒng)。經(jīng)過500次熱循環(huán)后，相變儲(chǔ)熱材料熔融溫度、冷凝溫度、熔融潛熱和冷凝潛熱等性能變化均不大，而且熱循環(huán)后相變儲(chǔ)熱材料吸收峰的位置及形狀沒有發(fā)生明顯變化，充分說明高嶺土/硬脂酸鈉相變儲(chǔ)熱材料具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。

2.4 新材料領(lǐng)域的應(yīng)用

2.4.1 分子篩

儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉、鋁硅含量高，使得高嶺土可作為制備分子篩的良好原料。不同的改性條件對(duì)高嶺土合成的分子篩結(jié)構(gòu)有很大的影響。結(jié)晶度較高，比表面積大，有效縮短了中間產(chǎn)物的擴(kuò)散。為原位合成提供活性表面，促進(jìn)了原位合成的發(fā)生[48]。

2.4.2 高嶺石有機(jī)插層材料

插層法一般是由有機(jī)物分子或?qū)訝罹酆衔锊迦雽訝顭o機(jī)物中制備出插層復(fù)合材料。由此法制得的復(fù)合材料，其力學(xué)性能得到改善，同時(shí)還獲得了其他新的功能特性。高嶺土在結(jié)構(gòu)上是具有特殊層狀的含水鋁硅酸黏土礦物，它的主要礦物組成為八面體層狀硅酸鹽，層間以氫鍵結(jié)合，不含可交換陽離子；層與層之間具有較強(qiáng)的結(jié)合力，很難與有機(jī)化合物發(fā)生插層反應(yīng)[49]。但是一些強(qiáng)極性的有機(jī)小分子，可以直接插入到高嶺石層間，其他有機(jī)分子利用有機(jī)小分子與高嶺石也可形成夾層復(fù)合物作為前驅(qū)體，用取代置換法插入到高嶺石層間生成插層材料。

2.4.3 納米材料

納米材料由于尺寸特殊而具有許多奇特性能，如能屏蔽紫外線、電磁波，用于軍事、通信、電腦等行業(yè)；在飲水機(jī)、冰箱生產(chǎn)過程中添加納米黏土，具有抗菌、消毒作用；在陶瓷制作中添加納米黏土，使陶瓷強(qiáng)度提高50倍，可用來制造發(fā)動(dòng)機(jī)零件[50]。添加納米材料的塑料，密度低、耐熱性好、強(qiáng)度高，特別是耐磨性有大幅度提高，且具有阻燃自熄滅性，可以用來制作管材、汽車機(jī)械零件、啤酒和肉類制品包裝材料等。未來，由高嶺土是否可以開發(fā)出功能更多，性能更優(yōu)的納米材料，是值得關(guān)注的課題。

2.4.4 制備玻璃纖維

高嶺土是制備玻璃纖維的重要原料，為玻璃纖維提供Al2O3和SiO2，玻璃纖維原料中高嶺土和葉臘石的總量超過三之一，國(guó)外以高嶺土為主要原料，國(guó)內(nèi)以葉臘石為主要原料。葉臘石開采量的增加，已使其開始貧化，因此高嶺土對(duì)玻璃纖維產(chǎn)業(yè)影響巨大。但玻璃纖維用高嶺土不僅對(duì)其白度要求較高，而且要求各批次高嶺土原料質(zhì)量穩(wěn)定[51]，對(duì)高嶺土的提純及加工工藝要求更加嚴(yán)格。

2.4.5 介孔氧化硅材料

介孔材料是孔徑2～50 nm的材料，它具有較大的孔隙率、吸附量及比表面積。由于該材料擁有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子限域效應(yīng)、介電限域效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等方面的性質(zhì)，使其在吸附、分離、催化裂化、廢水處理等行業(yè)得到充分利用。二十世紀(jì)九十年代，Mobil 公司[52]最先提出制備MCM-41型介孔氧化硅材料，其很快便由于性能和用途方面的優(yōu)勢(shì)成為研究的焦點(diǎn)。Dongyuan Zhao等科學(xué)家[53]以兩性共聚物EO20PO70EO20作為結(jié)構(gòu)指向劑，制備出結(jié)構(gòu)規(guī)整的介孔氧化硅材料SBA-15，它不僅水熱穩(wěn)定性良好，而且孔徑可調(diào)，這一研究成果極大地推動(dòng)了介孔材料的發(fā)展。高嶺土礦藏量大、開采容易、處理簡(jiǎn)單、硅鋁含量高，以其作為原料通過水熱法制備介孔材料，具有方法簡(jiǎn)便、成本較低、無需模板等優(yōu)點(diǎn)，拓寬了介孔材料的制備途徑與研究范圍，使其在廢水處理及化學(xué)催化裂化等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.5 生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

2.5.1 止血材料

創(chuàng)傷后的出血失控，是造成高死亡率的主要原因?；谔烊恢寡?jiǎng)┐魇刂瞥鲅阅?，成功合成一種新型的鐵氧化物/高嶺土納米黏土復(fù)合材料，其氧化物的形態(tài)對(duì)其止血效果具有顯著影響[54]。層狀硅酸鹽（合成水滑石、系列蒙脫石、高嶺石）黏土礦物在體外止血過程中不釋放熱量，且凝血特性廣泛，兼有價(jià)格低廉，穩(wěn)定無毒的特性，可作為新型凝血?jiǎng)┐鍽C。

2.5.2 藥物載體

高嶺土屬于1∶1層狀晶體，排列緊密均勻，比表面積大，常作為緩控釋材料使用，利用高嶺土復(fù)合材料制備藥物載體，對(duì)布洛芬等藥物進(jìn)行長(zhǎng)效緩釋作用來降低藥物副作用，增強(qiáng)藥效，減輕不良反應(yīng)[55]。

2.5.3 抗菌材料

哥倫比亞亞馬遜黏土( AMZ) 富含高嶺土和膨潤(rùn)土，遠(yuǎn)古時(shí)期哥倫比亞當(dāng)?shù)厝顺Ｍ淌矨MZ治療消化不良和腹瀉，標(biāo)準(zhǔn)化檢驗(yàn)證明該黏土有抗菌性能。將環(huán)氧沙星吸附在高嶺石表面，1 h后達(dá)到了最大吸附量。與蒙脫石相比，高嶺石的離子交換能力較弱，故抗菌劑更容易釋放，有更好的殺菌效果。

2.5.4 組織工程

以高嶺土為黏結(jié)劑，采用改性聚氨酯泡沫( PU)模板法，成功制備了一種具有優(yōu)異力學(xué)強(qiáng)度、礦化能力和良好細(xì)胞反應(yīng)的三維MBG 支架。加入高嶺土后，MBG-10K 支架的 pH 環(huán)境更加穩(wěn)定和理想，蛋白吸附能力增強(qiáng)，具有相似的細(xì)胞增殖、穿透能力、增強(qiáng)的細(xì)胞附著和成骨能力分化等特點(diǎn)[56]。

2.5.5 化妝品

高嶺土在化妝品中可作為添加劑，能夠增強(qiáng)吸油和吸水性，增強(qiáng)化妝品和皮膚的親著力，以改善潤(rùn)膚機(jī)能。

3 展望

高嶺土是我國(guó)重要的非金屬礦產(chǎn)資源，對(duì)其高效的開發(fā)與綜合利用是我國(guó)發(fā)展綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)形式下的必然趨勢(shì)。我國(guó)已經(jīng)形成了較成熟的高嶺土選礦提純技術(shù)、改性技術(shù)、尾礦綜合利用技術(shù)，并在不斷地完善高嶺土綜合開發(fā)體系。在高嶺土的應(yīng)用上，我國(guó)在不斷地改革與創(chuàng)新，高嶺土在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮的重要作用，不僅在造紙、陶瓷和橡膠等傳統(tǒng)行業(yè)，在環(huán)保、新能源、新材料和生物醫(yī)藥等新興行業(yè)中也具有較廣泛的應(yīng)用。雖然我國(guó)高嶺土開發(fā)工藝成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地豐富與加強(qiáng)，但仍然存在高品質(zhì)高嶺土產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用，在高科技產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用需進(jìn)一步加強(qiáng)等問題。我們應(yīng)該在不斷完善當(dāng)前開發(fā)利用技術(shù)的同時(shí)不斷探索新方法、新技術(shù)，探索高嶺土在新領(lǐng)域的應(yīng)用，促進(jìn)高嶺土高效開發(fā)與綜合利用。