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  • 史上最全,关于高岭土的产地、加工及应用
      • 史上最全,关于高岭土的产地、加工及应用
        • 2022-11-26 06:00:00
        • 高岭土网
      • 高岭土是一种非金属矿产,是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩。因江西省景德镇高岭村而得名。质纯的高岭土呈洁白细腻、松软土状,具有良好的可塑性和耐火性等理化性质。其矿物成分主要由高岭石、埃洛石、水云母、伊利石、蒙脱石以及石英、长石等矿物组成。高岭土用途十分广泛,主要用于造纸、陶瓷和耐火材料,其次用于涂料、橡胶填料、搪瓷釉料和白水泥原料,少量用于塑料、油漆、颜料、砂轮、铅笔、日用化妆品、肥皂、农药、医药、纺织、石油、化工、建材、国防等工业部门。




        1、高岭土基本概况


        高岭土物化性质


        物化性质:多无光泽,质纯时颜白细腻,如含杂质时可带有灰、黄、褐等色。外观依成因不同可呈松散的土块状及致密状态岩块状。密度2.54-2.60 g/cm3,熔点约1785℃,具有可塑性,湿土能塑成各种形状而不致破碎,并能长期保持不变。


        高岭土矿床成因类型


        以高岭土矿床成因为基础,根据不同成矿作用所体现的成矿地质、地理条件、矿床规模、矿体形态和赋存特征、矿石物质组分等方面的差异,《高岭土矿地质勘探规范》将中国高岭土矿床划分为三种类型、六种亚类型。


        1、风化型:又分为风化残积亚型和风化淋积亚型;


        2、热液蚀变型:又分为热液蚀变亚型和现代热泉蚀变亚型;


        3、沉积型:又分为沉积和沉积-风化亚型及含煤地层中高岭石粘土岩亚型。


        高岭土矿石工业类型


        根据其质地、可塑性和砂质的质量分数分为三种类型:


        1、硬质高岭土:质硬,无可塑性,粉碎细磨后具可塑性。


        2、软质高岭土:质软,可塑性较强,砂质质量分数<50%;


        3、砂质高岭土:质松软,可塑性较弱,砂质质量分数>50%。


        我国高岭土矿资源概况


        我国高岭土矿产资源排名世界前列,已探明267处矿产地,探明储量29.10亿吨,其中:我国非煤建造高岭土,资源储量居世界第五位.已探明储量14.68亿吨,主要集中分布在广东,陕西,福建,江西,湖南和江苏六省占全国总储量的84.55%;含煤建造高岭土(高岭岩)储量占世界首位, 探明储量为14.42亿吨,主要分布在山西大同,怀仁,朔州,内蒙古准格尔,乌达,安徽淮北,陕西韩城等地其中以内蒙古准格尔煤田的资源最多。国内有五大高岭土矿产地:


        (1)茂名地区高岭土,茂名盆地内高岭土矿属沉积岩风化残积亚型矿床,其石英等砂质含量大于50%,故称为砂质高岭土矿。茂名高岭土从成因上说经过风化残积——搬运自磨&shy;——再风化三个阶段,高岭土风化完全,晶片以单片状为主,粒度细。主要为造纸涂料原料。


        (2)龙岩高岭土,属风化残余型高岭土矿床。由于含铁量低于0.3%,钛低于0.02%,并含有一定量低温溶剂元素(Li2O)是电瓷、高档日用、美术瓷的理想原料。


        (3)苏州阳山高岭土,该矿床为热液蚀变型高岭土。质地纯净的苏州阳山泥,其化学成分十分接近高岭石的理论成分,Al2O3含量可高达39.0%左右,颜色洁白、颗粒细腻。主要用于催化剂载体及化工原料。


        (4)合浦高岭土:属风化残余型高岭土矿床。主要用于建筑陶瓷原料。


        (5)北方煤系高岭土:为沉积型高岭岩,主要分布于我国产煤区域,可用于建筑、涂料、油漆及造纸涂料——煤系土。


        上述5大产区产量约占全国70%以上,在资源类型方面也有主要的代表性。


        世界高岭土资源概况


        世界高岭土资源丰富,分布较为广泛。美国、英国、巴西、印度、保加利亚、澳大利亚、俄罗斯等国家有优质高岭土资源。目前,世界已查明高岭土资源量约为209亿吨。


        国内外主要高岭土矿床


        (1)美国佐治亚州——南卡罗来纳州高岭土矿带是美国最大的高岭土矿床和产区。该区矿床为次生沉积矿床。该高岭土矿的特点是自身均一性好,因为自然沉积作用过程中,高岭土按大小进行了天然的分级。


        (2)英国康沃尔地区高岭土矿床,为热液蚀变原生矿床其含铁量很低,具有极好的白度,这些特殊成矿条件使英国生产的高岭土驰名于世。


        产地分布


        目前我国高岭土矿点有700多处,对200处矿点探明储量为30亿吨,矿点较为分散。其中煤系高岭土16.7亿吨,主要分布在中国北方的东北、西北的石炭一二叠纪煤系中,以煤层中夹矸、顶底板或单独矿层形式存在。


        与其它非金属资源相比,高岭土不属于中国的优势资源,如按人均算则更为短缺。而且中国高岭土资源的分布比较分散,品位不高,大多数为煤系高岭土(国外很少),需要经过煅烧或改性,用于造纸涂布有天然的局限性。


        而且煤系高岭土由于属于煤的伴生矿,难以大规模开采利用。在中国,非煤系高岭土与煤系高岭土储量相当,但绝大多数为管状高岭土,粘度大,不能用于造纸涂布。


        据所了解资料,只有广东、广西、安徽、河北沙河的高岭土资源可以开发用于造纸涂料,因此资源十分宝贵。河北沙河在90年代中后期曾在国内造纸涂料市场与茂名高岭土有过激烈竞争,但已经由于资源不足,逐渐萎缩。


        作用介绍




        质纯的高岭土具有白度高、质软、易分散悬浮于水中、良好的可塑性和高的粘结性、优良的电绝缘性能;具有良好的抗酸溶性、很低的阳离子交换量、较好的耐火性等理化性质。因此高岭土已成为造纸、陶瓷、橡胶、化工、涂料、医药和国防等几十个行业所必需的矿物原料。有报道称,日本还有将高岭土用于代替钢铁制造切削刀具、车床钻头和内燃机外壳等方面应用。特别是最近几年,现代科学技术飞速发展,使得高岭土的应用领域更加广泛,一些高新技术领域开始大量运用高岭土作为新材料,甚至原子反应堆、航天飞机和宇宙飞船的耐高温瓷器部件,也用高岭土制成。


        造纸用煅烧高岭土以优质的煤系高岭土为原料,经选矿、超细粉磨、煅烧而成。它具有较完整的六方片状结构、良好的孔隙度、合理的粒度分布范围和极佳的光散射性等特点。同时,由于白度高、磨耗值低、吸油性好,是一种优良的涂料颜料,在造纸行业中主要用于涂布的面涂。其具有降低生产成本,提高纸张性能,提高油墨吸收率,与其他组分有良好的相容性且自身粘浓度高的特点。


        2、工艺特性


        白度亮度


        白度是高岭土工艺性能的主要参数之一,纯度高的高岭土为白色。高岭土白度分自然白度和煅烧后的白度。对陶瓷原料来说,煅烧后的白度更为重要,煅烧白度越高则质量越好。陶瓷工艺规定烘干105℃为自然白度的分级标准,煅烧1300℃为煅烧白度的分级标准。白度可用白度计测定。白度计是测量对3800—7000Å(即埃,1埃=0.1纳米)波长光的反射率的装置。在白度计中,将待测样与标准样(如BaSO4、MgO等)的反射率进行对比,即白度值(如白度90即表示相当于标准样反射率的90%)。


        亮度是与白度类似的工艺性质,相当于4570Å(埃)波长光照射下的白度。


        高岭土的颜色主要与其所含的金属氧化物或有机质有关。一般含Fe2O3呈玫瑰红、褐黄色;含Fe2+呈淡蓝、淡绿色;含MnO2呈淡褐色;含有机质则呈淡黄、灰、青、黑等色。这些杂质存在,降低了高岭土的自然白度,其中铁、钛矿物还会影响煅烧白度,使瓷器出现色斑或熔疤。


        粒度分布


        粒度分布是指天然高岭土中的颗粒,在给定的连续的不同粒级(以毫米或微米筛孔的网目表示)范围内所占的比例(以百分含量表示)。高岭土的粒度分布特征对矿石的可选性及工艺应用具有重要意义,其颗粒大小,对其可塑性、泥浆粘度、离子交换量、成型性能、干燥性能、烧成性能均有很大影响。高岭土矿都需要进行技术加工处理,是否易于加工到工艺所要求的细度,已成为评价矿石质量的标准之一。各工业部门对不同用途的高岭土都有具体的粒度和细度要求。如美国对用作涂料的高岭土要求小于2μm的含量占90—95%,造纸填料小于2μm的占78—80%。




        可塑性


        高岭土与水结合形成的泥料,在外力作用下能够变形,外力除去后,仍能保持这种形变的性质即为可塑性。可塑性是高岭土在陶瓷坯体中成型工艺的基础,也是主要的工艺技术指标。通常用可塑性指数和可塑性指标来表示可塑性的大小。可塑性指数是指高岭土泥料的液限含水率减去塑限含水率,以百分数表示,即W塑性指数=100(W液性限度-W塑性限度)。可塑性指标代表高岭土泥料的成型性能,用可塑仪直接测定泥球受压破碎时的荷重及变形大小可得,以kg·cm表示,往往可塑性指标越高,其成型性能越好。高岭土的可塑性可分为四级。


        可塑性强度可塑性指数可塑性指标


        强可塑性>153.6


        中可塑性7—152.5—3.6


        弱可塑性1—7<2.5


        非可塑性<1


        化学式


        Al2O3-2SiO2-2H2O


        结合性


        结合性指高岭土与非塑性原料相结合形成可塑性泥团并具有一定干燥强度的性能。结合能力的测定,是在高岭土中加入标准石英砂(其质量组成0.25—0.15粒级占70%,0.15—0.09mm粒级占30%)。以其仍能保持可塑泥团时的最高含砂量及干燥后的抗折强度来判断其高低,掺入的砂越多,则说明这种高岭土结合能力就越强。通常凡可塑性强的高岭土结合能力也强。


        粘性


        粘性是指流体内部由于内摩擦作用而阻碍其相对流动的一种特征,以粘度来表示其大小(作用于1单位面积的内摩擦力),单位是Pa·s。粘度的测定,一般采用旋转粘度计,以在含70%固含量的高岭土泥浆中的转速来衡量。在生产工艺中,粘度具有重要意义,它不仅是陶瓷工业的重要参数,对造纸工业影响也很大。据资料表明,国外用高岭土作涂料,在低速涂布时要求粘度约0.5Pa·s,高速涂布时要求小于1.5Pa·s。


        触变性指已经稠化成凝胶状不再流动的泥浆受力后变为流体,静止后又逐渐稠化成原状的特性。以厚化系数表示其大小,采用流出粘度计和毛细管粘度计测定。


        粘性和触变性与泥浆中矿物成分,粒度及阳离子类型有关,一般,蒙脱石含量多的,颗粒细的,交换性阳离子以钠为主的,其粘度和厚化系数高。因此工艺上常用添加可塑性强的粘土、提高细度等方法提高其粘性和触变性,用增加稀释电解质和水分等方法降低之。


        干燥性能


        干燥性能指高岭土泥料在干燥过程中的性能。包括干燥收缩、干燥强度和干燥灵敏度等。


        干燥收缩指高岭土泥料在失水干燥后产生的收缩。高岭土泥料一般在40—60℃至多不超过110℃温度下就发生脱水而干燥,因水分排出,颗粒距离缩短,试样的长度和体积就要发生收缩。干燥收缩分线收缩和体收缩,以高岭土泥料干燥至恒重后长度及体积变化的百分数表示。高岭土的干燥线收缩一般在3—10%。粒度越细,比表面积越大,可塑性越好,干燥收缩越大。同一类型的高岭土,因掺合水的不同,其收缩也不同,多者,收缩大。在陶瓷工艺中,干燥收缩过大,坯体容易发生变形或开裂。


        干燥强度指泥为干燥至恒重后的抗折强度。


        干燥灵敏度指坯体干燥时,可能产生变形和开裂倾向的难易程度。灵敏度大,在干燥过程中容易变形和开裂。一般干燥灵敏度高的高岭土(干燥灵敏度系数K>2)容易形成缺陷;低者(干燥灵敏度系数K<1)在干燥中比较安全。


        烧结性


        烧结性是指将成型的固体粉状高岭土坯体加热至接近其熔点(一般超过1000℃)时,物质自发地充填粒间隙而致密化的性能。气孔率下降到最低值,密度达到最大值的状态,称为烧结状态,相应的温度称为烧结温度。继续加热时,试样中的液相不断增加,试样开始变形,此时温度即称转化温度。烧结温度与转化温度的间隔称烧结范围。烧结温度和烧结范围在陶瓷工业中是决定坯料配方、选择窑炉类型的重要参数。试料以烧结温度低、烧结范围宽(100—150℃)为宜,工艺上可以用掺配助熔原料及将不同类型的高岭土按比例掺配的方法控制烧结温度及烧结范围。


        烧成收缩


        烧成收缩性是指已干燥的高岭土坯料在烧成过程中,发生一系列物理化学变化(脱水作用、分解作用、生成莫来石,易熔杂质熔化生成玻璃相充填于质点间的空隙等),而导致制品收缩的性能,也分为线收缩和体收缩两种。同干燥收缩一样,烧成收缩太大,容易导致坯体开裂。另外,焙烧时,坯料中若混有大量的石英,它将发生晶型转化(三方→六方),使其体积膨胀,也会产生反收缩。


        耐火性


        耐火性是指高岭土抵抗高温不致熔化的能力。在高温作业下发生软化并开始熔融时温度称耐火度。其可采用标准测温锥或高温显微直接测定,也可用M.A.别兹别洛道夫经验公式进行计算。


        耐火度t(℃)=[360+Al2O3-R2O]/0.228


        式中:Al2O3为SiO2和Al2O3分析结果之和为100时其中Al2O3所占的质量百分比;R2O为SiO2和Al2O3分析结果之和为100时其它氧化物所占的质量百分比。


        通过此公式计算耐火度的误差在50℃以内。


        耐火度与高岭土的化学组成有关,纯的高岭土的耐火度一般在1700℃左右,当水云母、长石含量多,钾、钠、铁含量高时,耐火度降低,高岭土的耐火度最低不小于1500℃。工业部门规定耐火材料的R2O含量小于1.5—2%,Fe2O3小于3%。


        悬浮性


        悬浮性和分散性指高岭土分散于水中难于沉淀的性能。又称反絮凝性。一般粒度越细小,悬浮性就越好。用于搪瓷工业的高岭土要求有良好的悬浮性。一般据分散于水中的样品经一定时间的沉降速度来确定其悬浮性能的好坏。


        可选性


        可选性是指高岭土矿石经手工挑选,机械加工和化学处理,以除去有害杂质,使质量达到工业要求的性能。高岭土的可选性取决于有害杂质的矿物成分、赋存状态、颗粒大小等。石英、长石、云母、铁、钛矿物等均属有害杂质。高岭土选矿主要包括除砂、除铁、除硫等项目。


        吸附性


        高岭土具有从周围介质中吸附各种离子及杂质的性能,并且在溶液中具较弱的离子交换性质。这些性能的优劣主要取决于高岭土的主要矿物成分。




        高岭土具有强的耐酸性能,但其耐碱性能差。利用这一性质可用它合成分子筛。


        电绝缘性


        优质高岭土具有良好的电绝缘性,利用这一性质可用之制作高频瓷、无线电瓷。电绝缘性能的高低可以用它的抗电击穿能力来衡量。


        3、应用


        简介


        结果表明,与未煅烧高岭土相比,低温煅烧高岭土的结合水含量减少,二氧化硅和三氧化铝含量均增大,活性点增加,结构发生变化,粒径较小且均匀,与未煅烧高岭土填充NR胶料相比,低温煅烧高岭土填充NR胶料的硫化特性曲线基本一致,绍尔A型硬度不变,拉伸强度提高,两者的物理性能均达到运动鞋非透明鞋底行业标准的要求。


        日前陶瓷、橡胶、塑料、人造革、自水泥、耐火材料、化学等工业以及农业毋有广泛应用。随着对高蛉土选矿工艺的进一步提高,高岭土的应用范围将日趋广泛。煤田地质系统各单位,可以从实际情况出发,立足于煤系地层中高岭土资源及市场需求。高岭土是自然界中普遍存在的一种非金属矿,过去一般用于生产陶瓷,耐火材料以及少量掺入塑料,橡胶中作填料。随着国民经济各领域的日益发展,人们越来越重视高岭土的深度加工,因为这样不仅可以获取新的具有特殊性能的材料,而且还可提高经济效益。对高岭土进行深加工舳方法之一,即将巳淘洗和韧步烘干磨耪的高岭土进一步加热,焙烧,脱水,使其变成偏高岭土,用作塑料电缆科的填料,以提高电缆包皮的绝缘性能。常用的鞋类橡胶填充剂主要有有机填充剂和无机填充剂两种,前者包括再生胶和回收料等,后者包括白炭黑、碳酸钙、钛白粉、碳酸镁、氧化镁、炭黑和锌氧粉等。高岭土是近几年开发的一种新型橡胶制品填充剂。


        但是高岭土的所有应用都必须要经过加工,成为细粉,才能加入到其他材料中,完全融合。


        陶瓷运用


        陶瓷工业是应用高岭土最早、用量较大的行业。一般用量为配方的20%~30%。高岭土在陶瓷中的作用是引入Al2O3,有利于莫来石的生成,提高其化学稳定性和烧结强度,在烧成中高岭土分解生成莫来石,形成坯体强度的主要框架,可防止制品的变形,使烧成温度变宽,还能使坯体具有一定的白度。同时,高岭土具有一定的可塑性、粘结性、悬浮性和结合能力,赋予瓷泥、瓷釉良好的成形性,使陶瓷泥坯有利于车坯及注浆,便于成形。如用在电线中,可以增加绝缘性,降低其介电损耗。


        陶瓷不仅对高岭土的可塑性、结合性、干燥收缩、干燥强度、烧结收缩、烧结性质、耐火度及烧后白度等有严格要求,而且涉及到化学特性,特别是铁、钛、铜、铬、锰等致色元素的存在,使烧后白度降低,产生斑点。


        对高岭土的粒度要求一般是越细越好,使瓷泥具有良好的可塑性和干燥强度,但对要求快速浇铸、加快注浆速度和脱水速度的浇铸工艺,需提高配料的粒度。此外,高岭土中高岭石结晶程度的差异,也将明显影响瓷坯的工艺性能,结晶程度好,则可塑性、结合能力就低,干燥收缩小,烧结温度高,其杂质含量也减少;反之,则其可塑性就高,干燥收缩大,烧结温度较低,相应杂质含量也偏高。


        4、合成方法


        (1)为分离高岭土中的石英、长石、云母、铁矿物、钛矿物等非黏土矿物及有机质,生产出能满足各工业领域需求的高岭土产品,除了采用重选、浮选、磁选等对高岭土进行提纯除杂外,有时还要采用化学漂白、超细剥片、煅烧、表面改性等深加工方法对高岭土进行处理。高岭土的选矿加工分为干法和湿法两种工艺。


        (1)干法一般是将采出的原矿经过破碎机破碎至25mm左右,给入笼式破碎机中,使粒度减小至6mm左右。碎后的矿石再经配有离心分离机和旋风除尘器的吹气式雷蒙磨进一步磨细。该工艺可将大部分砂石除去,适用于加工那些原矿白度高、砂石含量低、粒度分布适宜的矿石。干法加工生产成本低,产品通常用于橡胶、塑料及造纸等工业的低价填料。


        (2)湿法加工工艺一般将原矿破碎后,经过捣浆、除砂、旋流器分级、剥片、离心机分级、磁选(或漂白)、浓缩、压滤、干燥即可,这样得到的产品可用于陶瓷或造纸涂料。如果制备填料级或造纸涂料级高岭土则需要增加煅烧工艺,即原矿粉碎、捣浆、旋流器分级、剥片、离心分级、浓缩、压滤、内蒸干燥、煅烧、解聚等。


        (3)煅烧法 煅烧是为生产特殊高岭土产品而广泛应用的方法。它有4个煅烧温度范围:500~700℃、925℃、1000℃、1400℃。在不同温度下煅烧,所得的产品应用范围也不同,只脱除羟基的煅烧高岭土用作电缆塑料和橡胶密封圈的填料;经1000℃煅烧的高岭土可代Tio2,用作纸张填料;经过1300~1525℃煅烧的高岭土可用作耐火制品的填料、光学玻璃坩埚内衬等。


        (4)剥片法 为了制取涂料级高岭土产品,必须把较厚的叠层状高岭土剥成薄片,剥片的方法有湿法研磨、挤压和化学药剂浸泡法。①湿法研磨法 将高岭土配制成固体气量40%左右的矿浆,加入分散剂后,添加有研磨介质(如石英砂、瓷珠、玻璃珠、尼龙聚乙烯珠等)的研磨机内,研磨一定时间后、过筛,再经沉淀分级即得。②挤压法 将高岭土矿浆送至高压均浆器中,将高压均浆器加压到20~35Mpa,然后由喷嘴喷出,由于压力突然降低,使高岭土晶体叠层“松动”。高速喷出的料浆喷射到叶轮上,突然改变运动方向,使松动的晶体叠层发生剥离。③化学药剂浸泡法 用尿素的饱和溶液浸泡高岭土粉,同时加热至30~80℃,再添加少量的分散剂,使高岭土充分分散后,进行高速搅拌,从而使晶体叠层剥离。也可用联苯胺、乙酰胺等代替尿素。将AlCl3的中性水溶液与Na2SiO3按照1∶0.75到1∶5的比例混合,产生沉淀。在110℃下干燥,即得到Al2O3·2SiO2·2H2O。


        (5)将高岭土磨细,洗涤去砂,用无机酸处理,水洗至近中性,在3 3 0℃以上脱水而成


        5、高岭土粉碎加工


        就高岭土目前加工方式而言,有机械粉碎和气流粉碎两种方式。而机械粉碎一般粉碎到300目-1000目左右,但其粉碎加工为机械方式,因此粉碎细粉里有铁含量增加与其他杂质,对应用纯度要求较高行业而言,有缺陷;气流粉碎由于采取物料与物料之间相互碰撞与剪切,没有粉碎介质参与,因而有效保障了物料的纯度,从而满足纯度要求较高行业的应用效率,同时气流粉碎机的粉碎细度可达5000目(细度范围可调1000目-5000目)。


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