我國的高嶺土工業起步於20 世紀80 年代，其資源遠景（jǐng）儲量位於全球前列且礦床分布極具特征，其中我國煤係高嶺土的（de）遠景（jǐng）儲量在170 億（yì）t 以上，相當於世界軟質高嶺土儲量（liàng）的總和。高嶺土經煆（duàn）燒（shāo）去除揮發性雜質後（hòu），所得高嶺土熟料不僅具有（yǒu）更（gèng）高的化學穩定性和電絕緣性，而且其潔（jié）白度高、密度（dù）小、比表麵積大。即使是某些純度稍低的高嶺土熟料，不能用於陶瓷和造紙，也可（kě）作為耐火材料行業的優質原料，因此耐火材料是綜合應用高嶺土熟料的重要市場。為此，近年來國內外耐火材料領（lǐng）域研究（jiū）學者針對高嶺土熟料（liào）的應用開展了大量卓有成效的工作，如製備耐火原料、矽酸鋁纖維、多孔陶瓷和不定形耐火材（cái）料。
我國高嶺土的消耗結構圖( 2020 年)
煤矸石是煤礦生產過程中產生的廢渣，包括（kuò）岩石巷道掘進（jìn）時產生的掘進矸石，采煤過（guò）程中從頂板、底板和夾在煤層中的岩石夾層裏采選出來的矸石，以及洗煤廠生產過（guò）程中（zhōng）排出的幹基灰（huī）分＞ 50% ( w) 的洗矸石。根據國家標準GB /T 29162—2012，煤矸石按灰分分類可分為鋁矽型( Al2O3-SiO2 ) 煤矸石和鈣鎂型( CaO-MgO) 煤矸石。由（yóu）於煤（méi）矸石中（zhōng）鋁矽（guī）型煤矸石（shí）居多，許多（duō）行業習慣把（bǎ）鋁（lǚ）矽型煤矸石稱為煤矸石。有人定義煤（méi）炭生產和加工過程中（zhōng）排棄（qì）的煤矸石中高嶺（lǐng）岩含量超過80%( w) 的稱為煤係高嶺土，其為與煤伴生的硬質高嶺土，屬（shǔ）於Al2O3-SiO2 型煤矸石主要類型（xíng）中（zhōng）的一種，學名為高嶺石黏土（tǔ）岩，屬於（yú）可綜合（hé）利用的非金屬礦產（chǎn）資源。
相較其他高嶺土（tǔ），煤係高嶺土質（zhì）地較硬，而且含有多種礦物質、水等無（wú）機質及少量的有機質，其化學組成（chéng）除Al2O3、SiO2 和（hé）C 主要成分( 通常三者含量＞90%( w) ) 外，還含有少量的（de）Fe2O3、CaO、TiO2、Na2O、K2O、MgO 等氧化物。經高溫煆燒，可（kě）轉（zhuǎn）化為（wéi）莫來石和非晶SiO2 。
煤係（xì）高嶺土在耐火材料中的應用
我國煤係高嶺土直接煆燒後的（de）致密度不高，雜質含量低，往往作為耐火（huǒ）製品如耐火纖維、莫來石輕質磚的主要（yào）原料。也將煤係高嶺土細磨（mó）配料、成型燒成後合成低鋁莫來石、莫（mò）來石（shí）/高矽氧玻璃複合材料( 莫來卡特) 或（huò）莫來石輕質骨（gǔ）料等。我國已有（yǒu）將煆燒煤係（xì）高嶺土及其表麵改性產品應用推廣的企業（yè），如: 中國高（gāo）嶺土有限公（gōng）司、上青活性高嶺土廠、三門峽高嶺土公（gōng）司、山西超牌煆燒高嶺土（tǔ）有限公司等（děng）。
1. Al2O3－SiO2 係（xì）耐火原料
1.1 莫來石原料煆（duàn）燒
高嶺土的（de）耐火度與其中的Al2O3 含量有關。Al2O3的含量愈高（gāo），Al2O3 、SiO2的比值愈大，耐火度就愈高。經高溫煆燒的高嶺土，耐火度可達1700 ℃，莫氏硬度可達7 ～ 8，是合成莫來（lái）石的天然原料。例如（rú），將1300 ℃ 高溫煆燒後Al2O3含量為45%( w) 的高嶺土簡稱為M45 合成料。
M45 合成料的顯微結構( 超牌M45)
煤係高嶺土還（hái）可（kě）與其他高鋁原（yuán）料混合共磨，經幹燥後燒製為莫來石骨料（liào）或莫來石（shí）細（xì）粉等。超牌高嶺土有限（xiàn）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（zhǔ）要原料，添加少量外加（jiā）劑進行濕磨，後續進行壓（yā）濾烘幹並置於回轉窯燒（shāo）製，製得孔徑較小且分（fèn）布均勻（yún）的Al2O3含量( w) 在46% ～49%的莫來石耐火原料。
1.2 莫來卡特( Molochite)
莫來（lái）卡特是優質的矽酸（suān）鋁質耐火材料，其結構特點（diǎn）是由莫來石針狀結晶和矽酸鹽玻璃相組成（chéng），無遊離的結晶石英存在，所以熱膨脹係（xì）數小且均勻（yún），抗熱震性很好; 具有硬度大、玻（bō）璃相黏度高、耐磨性好等特點。煤係高（gāo）嶺土熟料與（yǔ）莫來卡（kǎ）特同為矽酸鋁質耐火材（cái）料，在物（wù）理化學組（zǔ）成上具（jù）有極高的相似性。從20世紀80 年代起，眾多的學者投入到相關領域的研究，從原料、組成和工藝多重角度探索煤矸石製備莫來卡特的方法。國內的煤（méi）係高嶺土普遍具有較低的K2O 含量，所以在利用煤係高嶺土製備莫來卡特的過程中，通（tōng）常需要（yào）加入鉀長石進（jìn）行混合焙燒，得到莫來石－高矽氧玻璃複（fù）合材料，即（jí）莫來（lái）卡（kǎ）特。
2. Al2O3－SiO2 係輕（qīng）質隔熱耐火材料
2.1矽（guī）酸鋁纖維
矽酸鋁纖維按原料（liào）及（jí）生產方（fāng）式的不同，可分為三大類（lèi）: 高純矽酸鋁纖維、含鋯矽酸鋁纖維和晶態矽酸鋁纖維。煤係高嶺土熟料的白度比焦寶石的要高，且成本相對低廉，目前已大量用於高純矽酸（suān）鋁纖維的製（zhì）備。根據煤係高嶺土熟（shú）料的化學組成進行分級，可分別用於1050 型、1260 型和1400 型矽酸鋁纖維（wéi）的製備（bèi）。煤係高嶺土應用（yòng）於矽酸鋁纖維的（de）製備需要做前端的原（yuán）料處理。一般來說，會將煤係高嶺土在1250 ℃左右進行（háng）煆燒，再直（zhí）接進入熔煉係統進行纖維的製備（bèi）; 或者，一部分企業選擇直接將未經熱處理的煤係高嶺（lǐng）土投入熔煉係統，在1000～1600 ℃的溫度區間內保溫至無揮發物產生，再升溫至2100～2300 ℃進行纖維的製備。煤係高嶺（lǐng）土製備的矽酸鋁纖維具有極高（gāo）的白度，且在熔融（róng）狀態下黏度可控性較好，相應所製得纖維的表麵光滑且渣球率低。
2.2 輕質隔熱磚
除應用於矽酸鋁纖維外，輕質隔熱磚的製備（bèi）也是煤係高嶺土熟（shú）料作為主要原料進行（háng）使用的重要領域，如，莫來石輕質隔熱材料、堇青石輕質隔熱材（cái）料等。為了提升高嶺（lǐng）土熟料製備輕質耐火製品的高溫（wēn）使用性能，通常會將高嶺（lǐng）土熟料與氧化鋁原料配合（hé）使用，使體係中存（cún）餘的非晶SiO2與（yǔ）Al2O3 原（yuán）料發生二次莫來石化，進一步提升高溫性能。除（chú）了製備莫來石質輕質隔熱耐火材料（liào），堇青石多孔陶瓷的製備也是近幾年的（de）煤係高嶺土在耐火材料行業的應用領域。以高嶺土－ 滑石－ 氧化鋁體係製備堇（jǐn）青石時，當高（gāo）嶺土中SiO2、Al2O3 質量比（bǐ）越大時，高嶺（lǐng）土提供（gòng）的鋁源越少，參與合成堇青石反應中高嶺石相的含量越少。
3. 不（bú）定形耐火材料
骨料輕量化是（shì）不定形耐火材（cái）料領域的熱門研究課題，除（chú）輕質隔熱耐火磚外，將煤係（xì）高嶺土成球作為輕質隔熱澆注料中的輕（qīng）質骨料使用也是煤係高嶺土的重要應用領域。與原礦直接燒製破碎得到的輕質骨料不（bú）同，煤係高嶺土與其他原料配合使用，配（pèi）合不同（tóng）造孔劑的加入，可以製（zhì）備出不同莫來石級別和不同孔徑大小及分布的中高端莫來石輕質骨料（liào）。
3 結語（yǔ）
作為（wéi）大（dà）儲量鋁矽係礦（kuàng）物資源（yuán），高（gāo）嶺土具有價（jià）格低廉，不可再生的特點。高嶺土及其循環綜合利用具（jù）有十分重要的現實意義和商業價值，既能符合優化和保（bǎo）護人類環境要求，也是社會經濟可持續發展、節能減排的必（bì）然要求。尤其是煤（méi）係高嶺土，其（qí）有效綜合利用（yòng）往（wǎng）往會對煤炭企業生產與環（huán）保產生主要影響。
由於我國的煤（méi）係（xì）高嶺土分布區域廣，來源複雜，化學組（zǔ）成差（chà）異較大（dà），目（mù）前（qián），國內耐火材料行業對煤係高嶺（lǐng）土的應用主要分布在以下三個方麵:
1) 製（zhì）備鋁矽係（xì）耐火原料;
2) 製（zhì）備鋁矽係輕質隔熱材料（liào）;
3) 製備莫來石質澆注料及噴補料。盡（jìn）管高嶺土熟料的開發（fā）程度和利（lì）用率得到了提高，但是仍有進一（yī）步改進提升的空間。
針對煤（méi）係（xì）高嶺土的研究方（fāng）向和發（fā）展（zhǎn）趨勢，則應該在目前（qián）國內外研究應用的基礎上，將其應用領域進一步拓寬，提高利用率以降低鋁矽質耐火材料合成成本，提升原料品位以優（yōu）化耐火材料製品的性能，最終目標是在高附加值條件下（xià）實現高嶺土產品生態鏈，從而創造更（gèng）多的（de）經濟效益和社會效益。此外，綜合國（guó）內高嶺土特（tè）性和應用，開發高嶺土資源必須依據原礦的特性。需因地製宜，依據原產地高嶺土礦產資（zī）源的物化（huà）特性，開（kāi）發出符合礦產（chǎn）特性的獨特生產工藝及新產品，才能有穩定長遠的市場競爭力。
