创新无酸短流程：煤矸石中高岭石高效分离的新路径

煤矸石大量露天堆放危害极大且其高岭石提纯困难。研究人员提出无酸短流程提纯煤矸石中高岭石的工艺。在最优条件下可得高纯度产品，经济收益可观。为煤矸石分类利用提供新思路。

　　在煤炭开采和加工的过程中，大量煤矸石（coal gangue）产生了。这些煤矸石就像一座座 “小山”，被随意地堆放在露天场地。它们不仅占据了大量宝贵的土地资源，还会对周围的环境造成严重破坏。煤矸石中含有的重金属，会随着雨水的冲刷溶解到土壤和地下水中，污染我们赖以生存的环境。更危险的是，在高温条件下，煤矸石中的碳和硫化物还可能引发自燃，就像一颗颗 “定时炸弹”，威胁着周边地区的安全。而且，无序堆积的煤矸石还容易引发泥石流、山体滑坡等自然灾害，严重影响人们的生命财产安全。

与此同时，随着全球环境问题日益严峻，对资源的合理利用和环境保护的要求也越来越高。高岭石（kaolinite）作为一种重要的粘土矿物，在储能材料制备和环境污染治理等领域有着不可或缺的作用。但传统从煤矸石中提纯高岭石的方法存在诸多问题，比如使用有机酸作为浸出剂会消耗大量化学试剂，产生强酸性废液；生物浸出法耗时太长；浮选法分离效率低、成本高。因此，如何通过一种简单高效的工艺，从煤矸石中提纯高岭石，实现煤基固体废物的高效回收利用，成为了亟待解决的问题。

为了解决这些难题，来自国内的研究人员开展了深入研究。他们创新性地提出了一种基于矿物学测定的无酸短流程工艺，用于从煤矸石中提纯高岭石。研究结果表明，在优化的条件下，可以获得产率为 90.28%、SiO₂含量为 50.09%、Al₂O₃含量为 45.41%、Fe₂O₃含量为 0.34%、TiO₂含量为 1.34%、白度为 88.71% 的提纯产品。经济估算显示，该工艺操作的收入约为 538.34 元 / 吨（73.07 美元 / 吨） 。这一研究成果发表在《Applied Clay Science》上，为煤矸石的分类利用提供了新的思路和方法，对实现资源的可持续发展具有重要意义。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，对取自山西临汾的煤矸石样品进行成分分析，利用碳硫分析仪测定碳含量，确定其主要矿物成分；然后通过扫描电子显微镜 - 矿物分离分析观察煤矸石的微观结构和矿物共生关系；最后，进行单因素实验，研究焙烧温度、磁选条件、研磨细度和增白剂用量等对提纯样品的影响，优化工艺参数。

下面来看具体的研究结果：

• 材料特性：实验所用煤矸石取自中国山西省临汾市，外观为深灰色硬块岩石，碳含量为 8.3%。主要矿物有高岭石、石英、金红石、黄铁矿和云母，其中高岭石结晶度较高。样品中 SiO₂、Al₂O₃和 Fe₂O₃的含量分别为 44.32%、35.77% 和 1.13%。
• 煤矸石矿物学：通过扫描电子显微镜 - 矿物分离分析，发现煤矸石呈现块状煤系岩石结构，岩石中有长裂缝，富含高岭石。
• 工艺优化及产品指标：研究人员对焙烧温度、磁选条件、研磨细度和增白剂用量等单因素进行实验。结果显示，在最优条件下，可得到高纯度高岭石产品，各项指标良好，具有较高的经济收益。

在研究结论和讨论部分，研究人员提出，通过科学规划和质量分选，实现资源的可持续发展是一项重要战略。该研究提出的两段焙烧 - 磁选除杂工艺效果显著。煤矸石中高岭石含量约 87.17%，大部分伴生的 Fe/Ti 杂质矿物分布在 20μm 以下。在 600°C 氧化焙烧预处理后，微细粒黄铁矿氧化为赤铁矿（Fe₂O₃），有利于磁选分离。这不仅提高了高岭石的纯度，还为煤矸石这种传统工业固体废物的高效利用提供了新途径。从经济角度看，该工艺带来了可观的收益，在实现资源可持续发展的同时，也为相关产业创造了良好的经济效益，为未来煤矸石的综合利用奠定了坚实的理论和实践基础。