煤系高岭土是煤炭开采和洗选过程中产生的固体废弃物，主要由高岭石及碳质等组成，为煤矸石的主要成分，其数量占原煤产量的10%~20%。随着采煤数量的增加，所产生的煤系高岭土（煤矸石）越来越多，我国煤矿现有矸石山1500余座，堆积量约30亿t，占地约5800公顷，严重污染环境，已列入当今世界十大主要工业固体废物之一。煤系高岭土一般呈灰色或黑色，块状结构，壳状断口，隐晶质结构，蠕虫状晶体，结晶有序度高，这种高岭土与煤层具有一定的成因关系，一般厚度可达0.3~0.5m，这已成为我国一种独特的高岭土资源，并在高岭土工业中占有后来居上、举足轻重的地位。
一、煤系高岭土应用现状
由于煤系高岭土的化学成分和特定的结构，决定了有关的研究是采用煅烧、偶联改性、合成等手段对其进行深加工，主要用来制取各种高档填料、聚合氯化铝、白炭黑、复合材料、沸石分子筛及FCC催化剂等，具体如下。
高档填料
填料高岭土是一种重要的高岭土深加工产品，其代表产品“双90”型高岭土，具有散射力强，油墨吸附快，活性高，白度好，空隙率高，热稳定性能好，电绝缘性能好等优点，因此是一种高档的非金属矿产品，作为一种功能填料，在造纸、油漆、塑料、橡胶以及黏合剂等各种材料中有着广泛应用。广东茂名、湛江、江苏苏州、河北沙河等地每年能生产高纯度超细涂布级高岭土4~5万t，但这远不能满足需求，仍需从美国、英国等进口优质涂料级高岭土4~5万t。随着我国造纸工业的不断扩大，许多大型造纸厂相继投产，今后优质涂布级高岭土的需求量会越来越大。
在橡胶制品中，煅烧高岭土的加入，能提高橡胶中各种配合剂的分散效果，起到补强的效果，从而改善生产工艺和产品的力学性能。中国科学院过程工程研究所利用煤系高岭土开发出具有自主知识产权的直接加热快速流态化煅烧技术制备出高档填料，具有成本低，能耗低，产品品质好等优势。由于我国的煤系高岭土资源十分丰富，而且质量优良，所以煤系高岭土在高档填料的应用研究有着巨大的优势和开发利用价值。
制备聚合三氯化铝和白炭黑
煤系高岭土的主要成分是硅铝酸盐，可以用来制备聚合三氯化铝和白炭黑。聚合氯化铝简称PAC，通常也称作碱式氯化铝、聚羟基铝等，它是于氯化铝和氢氧化铝之间的一种水溶性无机高分子聚合物，作为净水剂广泛使用，聚合氯化铝在造纸工业中还能明显提高纸产品的质量。叶巧明介绍了以煤系高岭土和盐酸为原料，制备聚合氯化铝的方法；在制备聚合氯化铝的同时，还可以获得二氧化硅，由于其颗粒细小，为微米级或纳米级，具有很高的比表面积，某些性质与炭黑相似，可以在一些应用领域代替炭黑，所以被称“白炭黑”。
制备复合材料
煤系高岭土作为一种价格低廉的新型补强材料，可满足在工程塑料中的改性要求，可较大幅度地提高塑料的拉伸和弯曲性能，在降低材料成本的同时，还能提高聚合物的刚性和耐热性。由于高岭石是1∶1型层状粘土矿物，一些强极性的有机小分子，如二基甲亚砜、甲酰胺，N-基甲酰胺、肼、脲、联氨、醋酸钾等，可以直接插入到高岭石层间生成高岭石插层复合材料，作为新兴矿物材料，既有粘土矿物特有的吸附性、分散性、流变性、多孔性和表面酸性，又具有有机化合物的多变官能团和反应活性。
制备沸石分子筛和FCC催化剂
煤系高岭土的主要成分是硅铝酸盐，沸石分子筛的主要成分也是硅铝酸盐，其氧化物形式为Na2O·xAl2O3·ySiO2·zH2O，因此，通过补加一定数量的硅元素和氢氧化钠，就能以煤系高岭土为原料来合成分子筛。自从20世纪60年代Howell等成功利用高岭土矿物合成4A分子筛以来，国内外学者对以高岭土为原料合成分子筛进行了广泛的研究。
由高岭石的结构可知，高岭土的化学性质很稳定，如果采用高岭土为原料来合成分子筛，必须提高高岭土的化学反应活性，常用的方法是在一定温度煅烧，此时发生如下反应：Al2Si2O4(OH)4→Al2O3·2SiO2(偏高岭石)+2H2O在高温下，矿物晶格内部的羟基脱出，形成无定形的Al2O3和SiO2，它们的硅氧四面体和铝氧八面体因扭曲而相互贯穿，具有很高的化学反应活性。用煅烧后所得的偏高岭土在一定温度下和氢氧化钠反应，偏高岭土中的氧化硅、氧化铝溶解，作为分子筛合成的部分或全部硅源和铝源，体系进行结构重排生成具有不同结构的分子筛。孔德顺等以皖北煤系高岭土为原料，采用低温(400℃)碱熔活化，降低了煅烧的温度，使煤系高岭土生成可溶性硅铝酸盐及无定形态偏高岭土，减少了晶化的时间，获得了高品质的4A沸石分子筛产品。吴建雄等以内蒙古鄂尔多斯的煤系高岭土为原料，通过添加导向剂并经两步变温晶化法，合成出高结晶度的NaY沸石分子筛。
高岭土型FCC催化剂在热稳定性、渣油裂化和抗重金属等方面具有非常突出的特点，在石油催化裂化方面具有广泛的应用。根据制备方法的不同，FCC催化剂可以分为粘结型和原位晶化型两类：粘结型催化剂是由NaY分子筛和基质加粘结剂后喷雾成型而制成的微球催化剂；高岭土型FCC催化剂是高岭土原位晶化而得的产物，因此可以利用煤系高岭土为载体，合成出FCC催化剂。
制备其他化工产品
除上述常见的开发利用方法外，还有利用煤系高岭土合成莫来石、多品种氧化铝和硅质无机填料等不同的化工产品。
二、存在的问题、对策及展望
由于煤系高岭土与煤炭伴生，不可避免含有一定量的炭质成分，影响产品的纯度和白度，同时还含有铁、钛等染色物质，需要进行一定的处理以提高产品的纯度，现在“双90”型高岭土已不能满足某些应用领域的要求，所以，需要在纯度和细度方面进一步提高，从而为深层次的加工和利用打下基础。在利用高岭土的领域，均可以根据实际情况，选用相应品质的煤系高岭土作为替代品，并根据煤系高岭土的化学成分及含量，开发新型硅酸盐产品，以进一步扩大产品的应用范围，诸如应用于造纸、橡胶、塑料、油漆、化工、涂料、搪瓷、电子元件、高低压电瓷、石油催化剂载体、玻璃、玻璃纤维、原子反应堆等工业领域。总之，随着人们对煤系高岭土利用技术研究的深入，其利用领域将不断扩大。
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