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高岭土(内含分布、工艺性质及应用)

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我国出产的高岭土是世界高岭土的重要来源,主要产地也遍布我国大江南北。如今,高岭土就是由景德镇的东郊地区高岭村出产的一种白色粘土得名而来。我国高岭土储量很大,非煤型建造高岭土矿产资源位居世界第五。

据统计,我国高岭土的基础储备量5. 46亿吨,而含煤型建造高岭土资源储备量位居世界第一,已经探明的储量与测算储量共计180. 5亿吨。我国高岭土在东北、西北以及石炭纪到二叠纪的煤系层中居多,大部分矿产资源存在于煤层的夹层、顶底板或独自形成的矿物层中。

根据高岭土矿石本身的品质、可塑能力、砂质含量等,可以将其分为硬质、软质及砂质高岭土三种类型。硬质高岭土具有质地较硬,无可塑能力,但粉碎并磨细后具有一定可塑能力的性质;软质高岭土则质地较软,可塑能力较好,其所含砂质的量小超过50%;而砂质高岭土,质地较松,可塑能力不好,去砂以后较好,其所含砂质的量一般超过50%。

高岭土的分布

高岭土的工艺性质

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%。

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。

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较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。

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。

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粘性、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。

高岭土

高岭土的应用

1.高岭土在水泥基材料中的应用

高岭土由于脱去水分而变成偏高岭土。通常可以利用碱激活的方法来制备水泥,或者当作混凝土材料的添加料来使用。高岭土可以提高混凝土的强度、工作性、耐久性,同时可以抵抗混凝土产生的自收缩现象。高岭土水泥基材料性能优异,应用领域广泛,发展前景值得关注,但我国在这个领域的研究起步较晚。随着对该材料的不断开发利用,我国的社会经济建设将取得很大进展。

2.高岭土在陶瓷工业中的应用

在陶瓷工业中,高岭土的应用比其他行业早,用量也非常大,通常可以占到配方的20%到30%左右。高岭土可以使陶瓷中A1203的含量增加,莫来石的生成过程更容易进行,从而提高了陶瓷的稳定性和烧结强度。在陶瓷烧成中,高岭土分解成莫来石是形成坯体框架的过程,此过程可令烧成温度范围变宽,陶瓷坯体不容易走样变形,并且提高陶瓷的自度。同时,高岭土自身还具有粘结性、可塑性、结介性、悬浮性等特性,可使瓷泥瓷釉的成形性得到改善,更利于车坯、注浆、陶瓷成形等加工过程。此外,陶瓷工艺对高岭土的化学特性、粒度大小以及结晶程度等性能均有要求,为保证加工陶瓷的质量,工业上应严格控制高岭土的各项参数。

3.高岭土在耐火材料工业中的应用

高岭土由于其具有较高的耐火度,通常应用于生产加工耐火制品工业中。耐火材料主要分为耐火砖和硅铝棉两类,具有抗高温并承受压力小形变的特点。包含高岭土、铝土矿、膨润土等在内的一系列耐高温粘土,统称为耐火粘土。一些白度不高,不能用来加工陶瓷和造纸的高岭土,却可以成为生产耐火材料的高质量原材料。因此,如何综合开发利用高岭土,提高其利用率,打造耐火粘土与耐火材料的重要市场成为人们关注的新课题。

4.改性高岭土在涂料中的应用

高岭土山于其色白、价廉、流动性良好、化学性质稳定、表而阳离子交换量大,因此很早就被用作为涂料和油漆的填料。用于涂料的高岭土一般有水洗超细高岭土和锻烧超细高岭土两类。其中锻烧高岭土是近几年刚刚研究开发出来的,其作为一种新的功能型添加料,具有良好的白度、覆盖性、柔软度、耐磨性、不透明性、不收缩性等,并在高聚合物中使涂料保持很好的色泽和稳定性。高岭土本身为白色,用作添加料并没有覆盖性,但是如果适量地添加到白色涂料或油漆中,便可以起到增强光泽的作用,提高其覆盖能力。

5.高岭土在油漆工业中的应用

TiO2、CaC03、滑石、高岭土为油漆工业中主要使用的矿物原料。其中,高岭土对其分散性,颗粒大小,及有色氧化物的含量均有要求。由于高岭土具有色白、成本低、良好的流动性和悬浮性、化学惰性、强覆盖力等性质,因此它在油漆中主要起到充填物和色料替代物的作用,并能减少昂贵染料的需求量。高岭土可以提高涂膜硬度、改进涂膜质量,使涂层具有良好的防腐性、不透明性和防沉降性。不同粒度的高岭土应用于不同种类的油漆中,颗粒较细的高岭土可用于加工高光油漆或乳胶颜料,而颗粒较粗的高岭土则用于加工黯光油漆或平光油漆。漂洗高岭土易溶于水中,适合于制造乳胶状颜料。锻烧高岭土则适用于高温耐磨油漆,刷涂墙壁的浅色漆,以及金属产品的底层漆中,其良好的优越性使锻烧高岭土在油漆生产工业中发展飞速。

6.高岭土应用于塑料工业

高岭土作为填料,在塑料中的一般用量为15%~60%,其作用是使塑料制品外表平整、尺寸准确、抵抗化学腐蚀、减少热收缩和热裂变,有利于抛光打磨过程的进行。高岭土在聚氯乙烯的生产过程中,通常被用作强化剂,提高塑料制品抗磨耐用度。而改性高岭土又可以作为功能性添加剂,改善聚酯、尼龙及其它塑料制品机械、热学、电学等方而的性能。在玻璃纤维强化聚酯的生产工艺中,添加高岭土能够产生一种均匀的高强度整体,极大地改善大型产品(汽车车身、船体等)的流动性能。另外,在一些塑料体系中,高岭土能够提高分散性,有利于其表面的修整。

7.高岭土用于制造池窑玻璃纤维

含铁量低的高岭土用于玻璃纤维制造业,主要是提供铝和硅的来源,还能使其光泽黯淡。池窑玻璃纤维拉丝技术含量较高,对玻璃纤维成型而言,要求达到准光学水平。高岭石均化微粉的质量与稳定性是影响池窑玻璃纤维拉丝过程的主要因素,无碱池窑玻纤对于高岭石均化微粉有苛刻的质量要求。矿物类型优化配比可以大幅度提高玻璃溶液质量,高岭石均化微粉粒度大不与熔制反应速度成正比,粒度组成要窄,水分大于0. 5%不能使用,对有害杂质和有害矿物成分实施有效的控制。

8.高岭土在造纸工业中的应用

在造纸工业中,高岭土的国际市场比较繁荣,其销量超过陶瓷、橡胶、油漆、塑料、耐火材料等行业。在纸浆中,高岭土通常不与其配料发生反应,有较强的稳定性,并且完好地保留在纸张纤维中。同时,高岭土粒度细,流动性强,机械化生产中可确保纸张涂层厚度均匀。由于高岭土的以上性能,一般在生产过程中,被用作纸张的填料和涂布料。用作填料,高岭土可填补纸张纤维间的空隙,提高纸张密度,降低纸张透明度,改善纸而平整度,增强纸张吸收油墨的能力。

因此,高岭土可部分代替价格昂贵的填料作为填量剂、增白剂,而不影响产品的质量。高岭土用作涂布料,则是利用其覆盖性,将其片状微粒涂在纸张表而,增强其光滑性、光亮性、整洁度、可印性、不透明性等,可以改善纸张对油墨的包容性、渗透性以及纸张的外观。

9.高岭土在橡胶工业中的应用

应用于橡胶工业的高岭土,填充到胶体混合物中,可以增强橡胶的耐磨性、化学稳定性和机械强度,延长其硬化时间,还可以调整橡胶的混炼性、流变性、硫化性,提高未硫化制品的粘稠度,防止其塌软、凹陷、下垂、扁管、变形等。其橡胶制品的通透性、防水性、化学活性、防火抗燃性等特性也相应得到了极大的改善。同时,高岭土作为填料还可以降低其他原材料在橡胶中的用量,极大地减少了橡胶的生产成本而并不会明显影响橡胶的性能。

到目前为止,我国拥有高岭土相关企业200多家,高岭土原矿石开采能力达到3000kt以上,选择矿石能力达到700kt以上。从上世纪八十年代开始,高岭土已经由初层次加工向深层次加工转变,由生产简单产品向开发新型科技产品转变。同时,高岭土消费与利用范围也非常广泛,包括造纸、陶瓷、橡胶、化肥、化纤、电子、石油化工、化学玻璃、耐火材料及建筑材料在内的各个领域。现如今,包括高岭土在内的非金属矿,其深层次加工技术之一便是改性处理,相应产品也在诸多领域应用广泛。因此,高岭土的继续开发与探究是其前进发展的方向。

来源:中国非金属矿信息平台

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2022-09-20 09:45

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