高岭土的应用、加工技术和发展

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,高岭土的应用、加工技术和发展前景,武汉理工大学,主要内容,一、,高岭土矿床、矿石类型,二、,高岭土类矿物的基本特性,三、,高岭土的应用和技术指标要求,四、,高岭土加工技术,五、,高岭土深加工技术,六、,高岭土市场和发展前景,一,、高岭土矿床、矿石类型,1,高岭土矿床类型,按其地质特征可划分为六种成因类型。,（,1,）风化残积型高岭土,本类型高岭土矿床分布很广，主要分布在长江以,南，特别 是江西、湖南、湖北、广东、福建、广西。,这些风化原岩中的长石、云母类矿物是生成高岭土,的主要矿 物，这些矿物在酸性水介质作用下，发生生,成高岭土类矿物的反应：,矿床根据风化程度不同分为：完全风化带、不完,全风化带、半风化带、原岩。,典型矿床有湖南界牌高岭土、福建龙岩高岭土、江,西景德镇高岭村等。,（,2,）风化淋滤型高岭土,一般产在碳酸盐岩（石灰岩、大理岩）的侵蚀面上,成矿母岩是含黄铁矿的铝硅酸盐岩或粘土岩，它们能提供大量的,H,2,SO,4,，,SiO,2,和,Al,2,O,3,。,这类高岭土矿床一般以小型为主，但质地纯净。,典型矿床有四川叙永、贵州毕节等。,（,3,）热液蚀变型高岭土,主要由中酸性火成岩经热液蚀变作用而成。,世界上著名的高岭土产地英国南部康瓦尔高岭土属此类型。我国热液蚀变高岭土矿床分布很广，有江苏苏州阳山（观山、通安矿体）、安徽庐江矾山，江西上饶下高州高岭土矿等。,（,4,）现代热泉蚀变型高岭土 系由现代热泉产生的中低温酸性热水溶液，交代蚀变围岩而成，主要成矿原岩是富含长石的岩石或粘土质岩石，其成矿作用与第四纪火山活动和地热活动有关。著名产地有云南腾冲、西藏羊八井。（,5,）古代煤系中沉积高岭土 这类型的高岭土通常是有一定的硬度，固结较好，有人称之为高岭岩。,高岭石常呈蠕虫状，有机质含量高，著名产地有山西大同，陕西铜川，山东新汶，河北峰峰，内蒙大青山等地。,（,6,）新生代沉积高岭土,本类型高岭土矿床是原生的高岭土或后来形成的高岭土粘土岩，通过地表水的搬运作用，在沉积水盆地（湖泊、河流、滨海等）中，经分选、沉积而富集形成的。,主要产地有吉林舒蓝水曲柳，广东清远，福建同安、漳州等,。,2,高岭土矿石类型,按高岭土的质地、可塑性、含砂量来划分矿石类型，即分为：,（,1,）硬质高岭土,（,2,）软质高岭土,（,3,）砂性高岭土,3,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。,（,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。,（,4,）福建龙岩高岭土，属风化残积型高岭土矿床。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（,Li,2,O,）,是电瓷、陶瓷理想原料。,（,5,）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,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。,返回目录,二、高岭土类矿物的基本特性,1,高岭土矿物成分,高岭土类矿物属于二八面体的,1:1,型的层状硅酸盐矿物。根据,1:1,型的高岭石单位层的排列方式不同，将高岭土类矿物分类如下：,高岭土类矿物,高岭石,亚类,多水高岭石亚类,高岭石,地开石,珍珠石,多水高岭石（,7A,高岭石）,水合多水高岭石（,10A,高岭石）,2,高岭土类矿物的化学组成,高岭土类矿物的理想化学成分有,SiO,2,，,Al,2,O,3,，,H,2,O,。,高岭石亚类,SiO,2,46.5%,，,Al,2,O,3,39.5%,，,H,2,O 14%,。,水合多水高岭石,SiO,2,40.8%,，,Al,2,O,3,40.8%,，,H,2,O 24.5%,。,3,高岭土类矿物晶体形态特征,结晶好的高岭石晶体呈规则的正六边形；多水高岭石和水合多水高岭石则呈管状晶形。,高岭土类矿物可以从差热分析，热重分析，,X,射线衍射分析，红外光谱，电子显微镜进行分析鉴定。,返回目录,三、高岭土的应用和技术指标要求,高岭土有许多优良的理化性质和工艺特性，如可塑性、结合性、分散性、耐火性、绝缘性和化学稳定性等。因此，高岭土广泛用于陶瓷、造纸、橡胶、塑料、耐火材料、涂料、化工及化妆品工业等。,1,陶瓷工业,高岭土是陶瓷工业的主要原料，在我国大部分产量的高岭土应用于陶瓷工业。它不仅可以作为陶瓷坯料的重要原料，也可以作为釉料的原料。,陶瓷行业涉及到日用瓷、建筑瓷、卫生瓷、艺术瓷及各种工业陶瓷。,其中主要是对,Al,2,O,3,、,Fe,2,O,3,、,TiO,2,、,SO,3,、,CaO+MgO,及粒度都有限量要求。,2,造纸工业,在造纸工业中，高岭土可用于填料和涂布颜料（也称涂料）。,（,1,）造纸涂布颜料的性能要求,涂布用颜料主要是为了改善纸张的印刷性能，因而涂布颜料的质量要求较高。涂布颜料重要的性能指标有白度、粒径、粒径分布、粒子形状、比表面积、流变性、磨耗和筛余物（,200,目和,325,目）等。,作为造纸涂布颜料，应具备有以下特性：,白度和不透明度 涂料的光学性质（白度、,色调、不透明度等）直接影响到成纸的光学性,质和印刷品的质量。颜料要有高的白度和不透,明度，即遮盖能力强。,粒径、粒径分布和粒子形状 粒径和粒径分布是很重要的因素，它影响亮度、不透明度、光泽度、粘度、平滑度和油墨的吸收性。,流变性 流变性与涂料的涂布机运转性密切相关，是涂布颜料的一项极其重要的性能。涂料流变性影响涂布纸产品的涂布量、平滑度、道纹等。,磨耗 磨耗是指颜料中泥浆对铜网的磨损程度，以铜网被磨去的重量来表示，基本单位为,mg,。,颜料中的杂质（如石英、云母等）、特性和粒子大小对磨耗有影响。为了得到低磨耗的涂料，因而要求颜料颗粒的硬度要小，砂石含量少。,（,2,）造纸工业用高岭土的技术指标,造纸工业用高岭土产品的化学成分和物理性能要求见表,2,（,GB/T 14563-93,）。,造纸涂料主要要求高岭土的纯度、白度、粘浓度和细度。例如：对高级加工纸涂料,ZT-OA,要求白度,90.0%,，,2m,含量,90.0%,，粘度浓度（,500mPas,固含量）,68.0%,，,Al,2,O,3,含量,37.00%,。,（,3,）高岭土在造纸中应用及发展前景,由于我国适用于造纸用的高岭土资源不丰富且品位低，高档的涂布高岭土颜料还需进口。高光泽高岭土，低粘度、流变性好，成本低的底涂高岭土，专用于轻涂纸的高岭土是高岭土涂布颜料的发展方向。这类土一般要求覆盖性和遮盖性好及流变性适宜，如细的剥片土，煅烧土和窄粒径分布的高岭土可满足这方面的要求。,3,橡胶工业,在高岭土的消费结构中，橡胶工业也是主要,消耗部门之一。高岭土在橡胶工业中起到填料作,用，将它加入乳胶混合物中，能改善橡胶的性,能，如可以提高橡胶制品的力学强度，增加其耐,磨性和化学稳定性，延缓橡胶的硬化时间等。同,时，加入高岭土还可以降低橡胶成本。,4,塑料工业,在塑料中，高岭土主要作为填充剂。塑料中,许多性能如表面粗糙度、尺寸的精度、耐化学腐,蚀性、坚固性等都与加入高岭土有关。,煅烧高岭土作为电性改良剂用于聚氟乙烯塑,料中可以提高塑料的电绝缘性能。,5,涂料工业,高岭土在涂料中用于充填剂，因为它具有化学,惰性、高的覆盖能力、理想的流动性能且成本低、,颜色为白色以及可减少昂贵染料需要量的特点。此,外，它还具有非常良好的悬浮性能。不同粒度的高,岭土用于不同类型的涂料中。,涂料工业对高岭土的基本要求是：高岭土应具有,高度的分散性，没有大的颗粒以及染色氧化物的含量,少。,6,耐火材料,7,玻璃纤维,8,生产白水泥,9,高岭土的其他用途,（,1,）石油化工催化剂；,（,2,）搪瓷工业中用来配制珐琅釉浆，使珐琅釉层经煅,烧后与铁质坯体牢固结合；,（,3,）化肥、农药、杀虫剂的载体；,（,4,）工业陶瓷及特种陶瓷中用来制造切削工具、钻头、耐酸器皿等；,（,5,）国防工业中利用优质高岭土用于原子反应堆、,喷气式飞机和火箭燃料室用的陶瓷高温涂料；,（,6,）制造熔炼光学玻璃用的坩埚；,（,7,）香料化妆品工业，如用来制造香粉、软膏等化妆品的高岭土要求有特别高的分散度和白度；,（,8,）在铅笔生产中，高岭土可用来制造铅笔芯。,返回目录,四、高岭土加工技术,我国目前造纸用高岭土的加工工艺各地虽有,差异，但总体工艺流程相近,。,具有代表性的工艺流程如图,1,所示。,图,1,造纸用高岭土的加工工艺流程,原矿,尾矿,磁 选,漂 白,洗 涤,压 滤,干 燥,涂料级,陶瓷级,尾矿,填料级,压 滤,除 砂,粗 选,精,精,精,分 级,1,主要生产工艺,（,1,）水采或捣浆 （,2,）螺旋分级机除砂,（,3,）水力旋流器分选 （,4,）卧螺离心机分级,（,5,）磁选 （,6,）化学漂白,（,7,）压滤 （,8,）干燥,2,主要生产设备,包括捣浆机、螺旋分级机、水力旋流器、卧螺离心分级,机、碟式分离机、高梯度磁选机、压滤机、干燥机。,3,主要产品质量指标,我国目前造纸用高岭土产品质量指标大致如下：,Al,2,O,3,37.5%,，,SiO,2,47%,，,Fe,2,O,3,0.6%,，,烧失量,15%,，,2m,含量,90%,，,45m,筛余,0.02%,，白度,87%,，分散沉降物,0.02%,，磨耗值,3mg,，,粘浓度,（,500mPa.s,固含量）,67%,，,pH,值,47,，水份,2%,。,返回目录,五、高岭土深加工技术,1,高岭土剥片,意即将较厚的叠层状的高岭土剥分成较薄的,小薄片。剥片的方法有湿法研磨、挤压和化学浸,泡法。,2,煅烧高岭土,煅烧是高岭土的重要的加工工艺之一。通过,煅烧加工高岭土脱除了结构水或结晶水、碳质及,其他挥发性物质，变成偏高岭石，商品名称为,“煅烧高岭土”。,目前，优质煤系煅烧高岭土大多采用干、,湿结合，先磨后烧的生产工艺。原则生产工艺流,程如下：,煤系高岭土,粉磨,破碎,调浆,超细研磨剥片,干燥,打散解聚,包装,打散解聚,分级,隔焰回转煅烧,3,高岭土煅烧增白,武汉理工大学研究了在煅烧过程中添加某些增白添加剂，这些添加剂是某些金属氧化物或盐类，添加量为高岭土量的,1%2%,。,4,高岭土表面改性,高岭土粉体经过表面改性后，能达到疏水、降低表面能、改善其分散性和与高聚物基料的相容性，以达到提高塑料、橡胶等高聚物基复合材料综合性能的目的。,5,高岭土合成分子筛,分子筛在石油、化学、冶金及电子工业方面有广,泛用途。高岭土合成,4A,沸石一般分两步进行。,(1),高岭土经高温焙烧，转变为容易反应的偏高岭石。,(2),与浓碱反应（水热合成）,煅烧高岭土合成,4A,沸石，需经过凝胶、老化、结,晶三个过程。,6,高岭土合成聚合氯化铝和白炭黑,聚合氯化铝是一种阳离子型无机高分子电解质,净水混凝剂，是一种性质优良的高效净水剂，具有用,量少、矾花大、絮凝快、效果好和成本低等特点。,白炭黑可用于橡胶中作补强填充剂，在浅色橡,胶和塑料制品中可代替炭黑等深色补强剂和填充剂，,也可用作塑料的填充剂、涂料的防沉剂和油墨的增稠,剂等。,生产聚合氯化铝的工艺过程如下：,（,1,）煅烧 高岭土经煅烧转变为偏高岭石。,（,2,）酸浸 煅烧高岭土与盐酸反应生成结晶氯化铝,（六水氯化铝）。,（,3,）热解 结晶氯化铝热解生成碱式氯化铝（聚合氯,化铝单体）,（,4,）聚合 碱式氯化铝水解生成聚合氯化铝。,7,制备二氧化钛包膜高岭土（陶瓷钛）,钛白粉是目前工业上应用最广、性能最