中國(guó)高嶺土礦資源開發(fā)利用

一、 地 質(zhì) 勘 查

根據(jù)礦床規(guī)模(延展面積、礦石儲(chǔ)量)、礦體形態(tài)復(fù)雜程度(礦體形態(tài)及其平面、剖面形態(tài)的變化程度)、礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度(礦石質(zhì)量穩(wěn)定程度、礦體中夾石、夾層的含量)、構(gòu)造復(fù)雜程度(斷層、褶皺、風(fēng)化侵蝕切割、巖溶等構(gòu)造和巖脈對(duì)礦體的影響破壞程度)，《高嶺土礦地質(zhì)勘探規(guī)范》將高嶺土礦床分為四個(gè)勘探類型。

(1) 第一勘探類型  主要礦體形態(tài)規(guī)則，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造簡(jiǎn)單的特大—大型礦床。

(2) 第二勘探類型  主要礦體形態(tài)規(guī)則—較規(guī)則，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造簡(jiǎn)單—中等的中型礦床和不屬于第一勘探類型的特大—大型礦床。屬于本類型的有湖南界牌、江西砂子嶺、廣東清遠(yuǎn)、遼寧東溝、江蘇觀山等高嶺土礦床。

(3) 第三勘探類型  主要礦體形態(tài)規(guī)則—不規(guī)則，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單—中等的小型礦床。主要礦體形態(tài)不規(guī)則或內(nèi)部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造復(fù)雜的大、中型礦床。屬于本類型的有江蘇陽東、陽西、砂墩頭、湖南干沖、黃茅園、江西星子、福建高山、大布林、浙江大賢寺等高嶺土礦床。

(4) 第四勘探類型  形態(tài)極不規(guī)則或內(nèi)部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造復(fù)雜的小型礦床。屬于本類型的有四川敘永、古藺、威遠(yuǎn)、大小柏園、貴州習(xí)水等高嶺土礦床。

　高嶺土的勘探一般以鉆探為主，以探槽、淺井(包括小圓井和帶岔淺井)、小平硐等輕型坑探工程為輔，對(duì)某些埋藏深、厚度不大的礦體，當(dāng)經(jīng)濟(jì)可行時(shí)可以以淺井為主要探礦手段。對(duì)露天采場(chǎng)、老硐和礦山坑道資料應(yīng)充分利用。

二、 礦 山 開 采

　中國(guó)所產(chǎn)高嶺土70%～80%用于陶瓷及耐火材料，大部分直接利用原礦，低檔的作耐火材料。江蘇蘇州高嶺土礦為軟質(zhì)高嶺土，品位高，可直接在工業(yè)上利用，其手選１號(hào)泥比手選４號(hào)泥價(jià)格高10多倍，因此開采時(shí)要求保護(hù)優(yōu)質(zhì)土，保護(hù)原礦的純度并使其不變成碎屑狀，過去多在回采工作面進(jìn)行人工選別回采，現(xiàn)在開采規(guī)模大了，但為與手選廠的銜接，仍然要注意選別回采。高嶺土的原礦價(jià)格相差較大，例如：蘇州中國(guó)高嶺土原礦價(jià)為230元／t，福建龍巖高嶺土公司原礦價(jià)為90元／t，吳縣青山白泥礦原礦價(jià)為203.5元／t，原礦售價(jià)影響采礦方法和開采工藝的選擇。廣東茂名高嶺土為砂性高嶺土，水采水運(yùn)，主要生產(chǎn)造紙涂料級(jí)高嶺土，不存在原礦出售問題，其低檔產(chǎn)品作陶瓷用、填料用。近年來煅燒高嶺土在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)很受歡迎，國(guó)內(nèi)一般是煤系硬質(zhì)高嶺巖(土)經(jīng)深加工處理而得，硬質(zhì)高嶺巖(土)由于是和煤共伴生，其開采是按煤的開采情況及其本身的賦存情況來定，現(xiàn)由煤炭部綜合利用部門管理，國(guó)內(nèi)尚未單獨(dú)開采，以下將不述及。

(一) 開采方法和開采規(guī)模的劃分

　高嶺土礦的開采方法有露天開采和地下開采。風(fēng)化殘積型高嶺土礦多露天開采，如茂名的砂性高嶺土。其他熱液蝕變型和沉積型礦床淺部用露天開采，深部用地下開采。

　采用露天開采的礦點(diǎn)多，但多數(shù)是中小型礦山，大型的有福建龍巖高嶺土公司、廣東茂名高嶺土公司、廣東茂名南方高嶺土公司。原蘇州中國(guó)高嶺土公司所屬陽西礦區(qū)、陽東礦區(qū)都曾用過露天開采。地下開采規(guī)模較大的有：江蘇蘇州陽西豎井、觀山豎井、陽東的白善嶺礦和吳縣青山白泥礦等。

　開采規(guī)模的劃分，采用二種辦法：一是按礦石量計(jì)；二是按精礦量計(jì)，見表4.22.20。

(二) 開 拓 運(yùn) 輸

　 高嶺土礦露天開采的開拓運(yùn)輸用得較多的有3種：一為鐵路窄軌開拓，用7t，或10t，或14t電機(jī)車牽引1m3礦車。原蘇州中國(guó)高嶺土公司所屬陽東、陽西的露天開采都曾用過。二是配合水槍開采用砂泵進(jìn)行水力輸送，將礦漿從設(shè)于礦塊中的集漿池用砂泵輸送至精選廠，如廣東茂名高嶺土公司和廣東茂名南方高嶺土公司。三是公路開拓汽車運(yùn)輸，如福建龍巖高嶺土礦，是風(fēng)化殘積型高嶺土礦砂性高嶺土，但由于水資源不豐富，因此仍用一般露天開采方法公路開拓，用17t自卸汽車將礦石由回采工作面運(yùn)至選礦廠。又如廣東潮州飛天燕瓷土礦也是用公路開拓汽車運(yùn)輸。

　地下開采的開拓運(yùn)輸按主要開拓巷道的類型來劃分：一是豎井開拓，如蘇州中國(guó)高嶺土公司所屬陽西豎井是采用下盤豎井，正在建設(shè)中的觀山礦是采用上盤豎井；吳縣青山白泥礦的深部開采是采用下盤豎井。二是斜井開拓如蘇州中國(guó)高嶺土公司原陽西主斜井工程采用底盤斜井開拓；吳縣青山白泥礦的淺部開采也用底盤斜井。三是聯(lián)合開拓，如蘇州中國(guó)高嶺土公司所屬陽東白善領(lǐng)礦采用平硐-盲斜井聯(lián)合開拓。

　地下開采主運(yùn)輸巷道通常設(shè)于底板內(nèi)，離礦體20～40m，礦體邊部設(shè)通風(fēng)斜井，形成對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)，階段高度一般為25～40m。

　地下開采的井巷工程高嶺土礦山有很大的特殊性，礦石堅(jiān)固性系數(shù)ｆ＝1～2，軟松易碎，具有可塑性，自然狀態(tài)時(shí)塑性指數(shù)較大，遇水后有吸水性和膨脹性，同時(shí)還具有隔水性，是典型的塑性介質(zhì)，屬塑性體。地下開采活動(dòng)基本上是在塑性區(qū)和似塑性區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行。礦體中巷道開掘后的地壓特征。

1)圍巖變形量大，有流變性。例如，蘇州中國(guó)高嶺土公司所屬地下礦，采場(chǎng)采用間隔木棚支護(hù)，斷面1.6m×1.8m，木棚間距0.6～0.8m，7～12d頂板下沉量達(dá)50～60cm，差不多7～15d就需翻修一次。要求巷道開掘后立即支護(hù)。

2) 在變形活動(dòng)中，還伴隨著由于高嶺土的吸水性能而引起的體積膨脹。隨著其含水量的不斷增加，又引起其物態(tài)變化，由固態(tài)到半固態(tài)而紛紛片落，因此，除塑性外又有“松”的特點(diǎn)。

3) 高嶺土礦體有的含蒙脫石，而蒙脫石吸水后容易膨脹，在高嶺土的變形中也有蒙脫石吸水膨脹的影響，應(yīng)該重視蒙脫石的含量。

4) 采場(chǎng)動(dòng)壓對(duì)下部采準(zhǔn)巷道的影響可以不考慮。動(dòng)壓的局部作用往往消耗于高嶺土的變形，而沒有傳遞下去。

　脈內(nèi)巷道應(yīng)采取封閉支護(hù)。按彈塑性理論，在塑性區(qū)內(nèi)側(cè)壓與頂壓相等，這種情況從最佳受力性能的角度出發(fā)，應(yīng)當(dāng)采取圓形支護(hù)。但是實(shí)測(cè)證明塑性介質(zhì)中側(cè)壓一般是略小于頂壓的，設(shè)計(jì)成橢圓形或似橢圓形巷道是可以的。

　采區(qū)中分層巷道，由于采場(chǎng)地壓特別大，采用一種柔性的圓形料石支護(hù)在蘇州中國(guó)高嶺土公司的礦山應(yīng)用得較成功，料石支護(hù)時(shí)不用砂漿，料石間墊以1～1.5cm厚的木板塊，支護(hù)后由于木塊的可壓縮性使地壓峰值消耗在支護(hù)的變形能上，從而使地壓穩(wěn)定下來，國(guó)內(nèi)外，在地壓特別大的區(qū)域也有用這種柔性支護(hù)的，但不是用料石而是用混凝土預(yù)制塊或鋼筋混凝土的裝配式預(yù)制件。

(三) 開 采 工 藝

　露天開采礦山規(guī)模小的多用手鎬或風(fēng)鎬挖掘，工作面運(yùn)輸用窄軌鐵路，由于礦車車幫矮，可用人工裝車，剝離仍用鑿巖爆破進(jìn)行，原蘇州中國(guó)高嶺土公司所屬陽東、陽西礦區(qū)的淺部開采都曾用過。大型礦山礦石直接用挖掘機(jī)挖掘，例如福建龍巖礦用WK-2型挖掘機(jī)，湛江山岱礦用WY-32型電動(dòng)液壓挖掘機(jī)。挖后裝入自卸汽車送至選礦廠，例如福建龍巖礦用17t的自卸汽車，湛江山岱礦用10t自卸汽車。硬性巖石剝離用鑿巖爆破法，例如福建龍巖礦用CLQ-80A型履帶式潛孔鑿巖機(jī)鑿巖，硝銨炸藥爆破，然后用挖掘機(jī)裝上自卸汽車外運(yùn)至排土場(chǎng)。表土層的剝離，有用挖掘機(jī)反鏟挖掘及裝車也有用推土機(jī)先集堆，再用挖掘機(jī)裝車的。

　砂質(zhì)高嶺土可利用礦石松軟含砂率高遇水易崩解的特點(diǎn)采用水采水運(yùn)，例如廣東茂名高嶺土公司和廣東茂名南方高嶺土公司，鑒于當(dāng)?shù)責(zé)o冰凍期，水資源又豐富，都采用水采水送。礦石經(jīng)水槍沖采，礦漿通過沖礦溝至集漿池。集漿池布置在礦塊中部，一個(gè)礦塊一個(gè)。礦漿輸送用碴漿泵通過直徑為250mm塑料管輸送至粗選廠。水槍技術(shù)性能見表4.22.21。高嶺土礦的水采水運(yùn)在英國(guó)用的也較多，它的主要優(yōu)點(diǎn)：開采工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備簡(jiǎn)單，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，將選礦廠的制漿工序提前進(jìn)行，采選一體化。其上部覆蓋物的剝離是采用干剝干運(yùn)。

　地下開采礦山如蘇州中國(guó)高嶺土公司所屬各礦和吳縣青山白泥礦，按松軟厚礦體的特點(diǎn)，多年來一直采用分層崩落法，每一分層由頂板向底板、由采區(qū)邊界或礦塊邊界向放礦天井布置進(jìn)路后退回采，礦塊面積控制在800～1 000ｍ２，每分層開采時(shí)間為3～4個(gè)月，這樣可減少巷道的維修量。分層采完后，考慮再生頂板的形成，要停1～2個(gè)月再開采下一分層。回采時(shí)不用爆破方法而是用風(fēng)鎬及手鎬，國(guó)外有用沿進(jìn)路自動(dòng)前進(jìn)的刮刀采裝聯(lián)合機(jī)進(jìn)行回采的。高嶺土礦底板大理巖中含有純氮?dú)?，在天井掘進(jìn)時(shí)會(huì)從裂隙中噴出，所以在風(fēng)量計(jì)算中要考慮稀釋氮?dú)鈫栴}，要采取預(yù)防措施，快速確定工作面的空氣成分并設(shè)自動(dòng)報(bào)警裝置，選擇效果好的混合通風(fēng)方式。關(guān)于崩落問題，與一般采用分層崩落法的礦山相比也有特殊性。一般使用分層崩落法的礦山，地表形成陷坑，積聚雨水和地面水，回采工作面是水淋淋的，高嶺土礦山地表也形成陷坑并積水，但回采后遺留的殘積礦物所產(chǎn)生的再生頂遇水膨脹能起隔水作用，一般回采工作面很少有水。但有時(shí)放礦使再生頂松動(dòng)，下沉不均勻，會(huì)使上部積水呈泥漿狀沖出，這種事故屢有發(fā)生。因此高嶺土礦山必須對(duì)地表的塌陷坑采取綜合性的防水措施，并注意崩落放頂問題。

三、 選礦與加工

(一)選礦加工方法

　為分離高嶺土中的石英、長(zhǎng)石、云母、鐵礦物、鈦礦物等非粘土礦物及有機(jī)質(zhì)，生產(chǎn)出能滿足各工業(yè)領(lǐng)域需求的高嶺土產(chǎn)品，除了采用重選、浮選、磁選等對(duì)高嶺土進(jìn)行提純除雜外，有時(shí)還要采用化學(xué)漂白、超細(xì)剝片、煅燒、表面改性等深加工方法對(duì)高嶺土進(jìn)行處理。

  1.水力分級(jí) 

水力分級(jí)包括螺旋分級(jí)(分離＋1mm粗砂)、沉淀池分級(jí)(分離＋0.053mm細(xì)砂)、水力旋流器分級(jí)(分離-0.053mm細(xì)砂)、離心分級(jí)機(jī)或小直徑水力旋流器分級(jí)(用于0.002～0.010mm超細(xì)粒度分級(jí))。

  2.高梯度磁選

利用聚磁介質(zhì)產(chǎn)生1 600kA/m以上的磁場(chǎng)強(qiáng)度，除去高嶺土中的Fe2O3和TiO2，生產(chǎn)造紙涂料和高級(jí)陶瓷原料。 

  3.選擇性絮凝

   通過加入絮凝劑，選擇性分離出細(xì)粒石英、黃鐵礦、明礬石等雜質(zhì)，生產(chǎn)刮刀涂布級(jí)高嶺土。常用絮凝劑有六偏磷酸鈉、聚丙烯酰銨、水玻璃等。

  4.化學(xué)漂白 

　加入保險(xiǎn)粉等漂白劑使高嶺土中褐鐵礦、赤鐵礦的高價(jià)鐵還原為可溶性亞鐵，或加入氧化劑氧化黃鐵礦和染色雜質(zhì)，提高高嶺土白度。

5.剝片

　在剝片機(jī)中采用攪拌細(xì)介質(zhì)球產(chǎn)生磨剝作用，使高嶺土集合體顆粒分離成薄片晶體，生產(chǎn)粒度小于2μm含量達(dá)90%以上的刮刀涂布級(jí)高嶺土。

6.煅燒

在800～1 000℃下煅燒時(shí)，高嶺土失水，物相轉(zhuǎn)化，同時(shí)部分雜質(zhì)揮發(fā)，提高高嶺土白度和絕緣性，生產(chǎn)電纜和橡膠塑料填料。煅燒是煤系(硬質(zhì))高嶺土必需的加工方法。

7.表面改性

　將高嶺土用偶聯(lián)劑等進(jìn)行包敷處理，提高其在塑料橡膠中的添加量，用于處理橡膠塑料用高嶺土填料。

(二) 工 藝 流 程

高嶺土的選礦加工分為干法和濕法兩種工藝。

　干法一般是將采出的原礦經(jīng)過破碎機(jī)破碎至25mm左右，給入籠式破碎機(jī)中，使粒度減小至6mm左右。吹入到籠式破碎機(jī)內(nèi)的熱空氣將高嶺土的水分由采出時(shí)的20%左右降至10%左右。 碎后的礦石再經(jīng)配有離心分離機(jī)和旋風(fēng)除塵器的吹氣式雷蒙磨進(jìn)一步磨細(xì)。該工藝可將大部分砂石除去，適用于加工那些原礦白度高、砂石含量低、粒度分布適宜的礦石。干法加工生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品通常用于橡膠、塑料及造紙等工業(yè)的低價(jià)填料。

　濕法加工工藝包括泥料的分散、分級(jí)、雜質(zhì)分選和產(chǎn)品處理等幾個(gè)階段。一般原則流程為：原礦→破碎→搗漿→除砂→旋流器分級(jí)→剝片→離心機(jī)分級(jí)→磁選(或漂白)→濃縮→壓濾→干燥→陶瓷級(jí)或造紙涂料級(jí)產(chǎn)品。

　煤系(硬質(zhì))高嶺土加工的一般原則流程為：原礦→粉碎→搗漿→旋流器分級(jí)→剝片→離心分級(jí)→濃縮→壓濾→內(nèi)蒸干燥→煅燒→解聚→填料級(jí)或造紙涂料級(jí)高嶺土。