中國高嶺土礦資源開發(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。對露天采場、老硐和礦山坑道資料應(yīng)充分利用。
二、 礦 山 開 采
中國所產(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號泥比手選４號泥價(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內(nèi)外市場很受歡迎，國內(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，蘇州中國高嶺土公司所屬地下礦，采場采用間隔木棚支護(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) 采場動(dòng)壓對下部采準(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，由于采場地壓特別大，采用一種柔性的圓形料石支護(hù)在蘇州中國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。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)在英國用的也較多，它的主要優(yōu)點(diǎn)：開采工藝簡單，設(shè)備簡單，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高嶺土進(jìn)行處理。
1.水力分級
水力分級包括螺旋分級(分離＋1mm粗砂)、沉淀池分級(分離＋0.053mm細(xì)砂)、水力旋流器分級(分離-0.053mm細(xì)砂)、離心分級機(jī)或小直徑水力旋流器分級(用于0.002～0.010mm超細(xì)粒度分級)。
2.高梯度磁選
利用聚磁介質(zhì)產(chǎn)生1 600kA/m以上的磁場強(qiáng)度，除去高嶺土中的Fe2O3和TiO2，生產(chǎn)造紙涂料和高級陶瓷原料。
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、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→剝片→離心機(jī)分級→磁選(或漂白)→濃縮→壓濾→干燥→陶瓷級或造紙涂料級產(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→剝片→離心分級→濃縮→壓濾→內(nèi)蒸干燥→煅燒→解聚→填料級或造紙涂料級高嶺土。
