高岭土深加工技术.ppt

高岭土深加工技术 武汉理工大学 目录 n高岭土剥片 n超细高岭土制备 n煅烧高岭土 n高岭土煅烧增白 n高岭土表面改性 n高岭土合成分子筛 n高岭土合成聚合氯化铝和白炭黑 n高岭土包膜二氧化钛复合颜料的制备 一、高岭土剥片 n除了白度、纯度等指标外，为了满足铜版纸、涂布纸 及纸板以及高档油漆涂料、塑料和橡胶制品等对高岭 土产品的技术要求，粒度及其分布是至关重要的指标 。 n由于高岭石为片状晶型，因此，高岭土的湿式超细粉 碎又称为剥片，意即将较厚的叠层状的高岭土剥分成 较薄的小薄片。 n剥片的方法有湿法研磨、挤压和化学浸泡法。 高岭土剥片 叠层状高岭土磨剥成薄片高岭土示意图 剪切剥分 高岭土叠层高岭土片 剥片实例 研磨法 n研磨法是借助于研磨介质的相对运动， 对高岭土颗粒产生剪切、冲击和磨剥作 用，使其沿层间剥离成薄片状微细颗粒 。常用的设备是研磨剥片机、搅拌球磨 机、砂磨机等。研磨介质常用玻璃珠、 氧化铝珠、刚玉珠、氧化锆珠、天然石 英砂等，粒径0.83mm。 挤压法 n挤压法使用的设备为高压均浆机。其工作原理 是通过活塞泵使均浆器料筒内的高岭土料浆加 压到2060MPa，高压料浆从均浆器的喷嘴（ 表面经过硬化处理的很窄的缝隙）以大于 950m/s的线速度相互磨挤喷出。由于压力突然 急剧降低，从而使料浆内高岭土晶体叠层产生 “松动”，高速喷出的料浆射到常压区的叶轮上 ，突然改变运动方向，产生很强的穴蚀效应。 松动的晶体叠层在穴蚀作用下达到沿层间剥离 。 化学法 n化学浸泡法是利用化学药剂溶液对高岭 土进行浸泡，当药剂浸入到晶体叠层以 氢键结合的晶面间时，晶面间的结合力 变弱，晶体叠层出现松懈现象，此时再 施以较小的外力，即可使叠层的晶片剥 离。化学浸泡法使用的药剂有尿素、联 苯胺、乙酰胺等。 二、超细高岭土制备 n为了制备微米、亚微米和纳米级的高岭 土产品，可以采用插层剥片等方法。将 高岭土粉料加入插层剂、助磨剂和水， 采用湿法研磨剥片，用水冲掉插层剂， 重复上述过程多次循环直至完全剥离。 只要选择合适的插层剂和研磨时间、控 制循环次数，就能制备出不同类别的产 品。 超细高岭土制备 n超细高岭土应用 n利用插层剥离法剥离高岭石片层或使有机大 分子插入高岭石层间，可制备各种聚合物/ 高岭土纳米复合材料，如聚丙烯/高岭土纳 米复合材料，聚胺酯/高岭土纳米复合材料 、橡胶/高岭土纳米复合材料、聚氯乙烯/高 岭土纳米复合材料等，这些新型的复合材料 具有高的强度和韧性，是目前新材料发展的 重要领域。 三、煅烧高岭土 n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”。煅烧高岭土具有白度高、容重 小、比表面积和孔体积大、吸油性、遮盖性和 耐磨性好，绝缘性和热稳定性高等特性，广泛 应用于涂料、造纸、塑料、橡胶、化工、医药 、环保、高级耐火材料等领域。因此煅烧加工 已成为高岭土（岩）加工的深加工技术。 煅烧高岭土 Al2O32SiO22H2O Al2O32SiO2+2H2O 高岭石 偏高岭石 2(Al2O32SiO2) 2Al2O33SiO2+SiO2 偏高岭石 硅铝尖晶石 2Al2O33SiO2 2Al2O3SiO2+2SiO2 硅铝尖晶石 似莫来石 高岭土在不同煅烧温度下的化学反应如下： 煅烧高岭土 n高岭土煅烧加工的温度不同，其产品的脱水和结构特 性变化不同，因而具有不同的物化性能，可以作为不 同的工业原料，具有不同的工业用途。 n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 四、高岭土煅烧增白 n提高煅烧高岭土产品的白度方法 n对高岭土原矿采用化学漂白、高梯度磁选等预处理 方法或对煅烧高岭土再进行处理等方法。这些方法 虽然可以提高高岭土和煅烧高岭土的白度，但工艺 过程复杂、生产成本高、废水对环境污染严重。 n选择质量好的原料，控制其有色杂质的含量和原料 的白度，但不能有效合理利用高岭土资源，致使许 多高岭土不能用作深加工煅烧高岭土的原料。 n提高煅烧温度，但煅烧高岭土的活性会下降，使煅 烧高岭土产品的性能达不到要求。 五、高岭土表面改性 n经选矿提纯和粉碎加工后的高岭土粉体 表面带有羟基和含氧基团，具有酸性； 经过煅烧加工后的高岭土酸性更强，此 外比表面较大、表面能较高，与有机高 聚物的相容性差。因此在用作高聚物（ 如环氧树脂或乙烯基树脂）材料的填料 时要对其进行表面改性处理。 高岭土表面改性 n高岭土改性的目的 n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。 高岭土表面改性 n一般的改性方法 n采用表面化学包覆的方法。常用的表面改性剂主要 有硅烷偶联剂、有机硅（油）或硅树脂、表面活性 剂及有机酸等。用途不同，所选用的表面改性剂的 品种和配方也有所不同。 n硅烷偶联剂是高岭土填料最常用和最有效的表面改 性剂。 n影响最终处理效果的因素主要是高岭土粉的粒度、 比表面积及表面特性、硅烷偶联剂的品种、用量、 用法、改性设备的性能以及表面改性处理的时间、 温度等。 六、高岭土合成分子筛 n分子筛在石油、化学、冶金及电子工业 方面有广泛用途。迄今为止，我国大多 数分子筛工厂都是利用碱、水玻璃和铝 的氢氧化物合成，消耗大量的化学药品 ，妨碍分子筛的批量生产。 高岭土合成分子筛 n合成4A沸石系一种钠铝硅酸盐，其化学式为： Na2OAl2O32SiO24.5H2O，合成的4A沸石是一 种无毒、无害、不磨损织物、不污染环境，具 有较高的选择性离子交换、吸附作用和催化干 燥性的新型洗涤助剂。其Ca+交换能力高、粒 度微细、易分散、白度好、价格便宜，是当今 替代三聚磷酸钠生产无磷或低磷洗涤剂的最好 助剂。并在石油、化工、轻工、电子、冶金、 化妆品、海水淡化、环境保护、尖端科学和国 防工业等均有广泛的用途，国内外市场均有广 阔的前景。 高岭土合成分子筛 n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。 Al2O32SiO22H2O Al2O32SiO2 焙烧 偏高岭石 （2）与浓碱反应（水热合成） Al2O32SiO2+NaOH Na2OAl2O32SiO2+H2O 煅烧高岭土合成4A沸石，需经过凝胶、老化、结晶三个过程。 高岭土合成分子筛 n煅烧高岭土合成 4A沸石试验流程 高岭石 煅烧 凝胶反应 晶化反应 洗涤 干燥 4A沸石 增白添加剂（1%2%） 850900 NaOH，络合剂（2%） 5060，1h 8095，2.53.5h 洗涤至pH值10 120 七、高岭土合成聚合氯化铝和白炭黑 n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。同传统的硫酸铝、氯化铝等净水剂 相比，它的净水效果要高4倍以上。聚合氯化 铝不但是工业废水和生活用水的理想净水剂， 而且在造纸、制药、精密铸造和耐火铝硅纤维 棉的粘结方面也有研究和应用。白碳黑可用于 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。 高岭土合成聚合氯化铝和白炭黑 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。 Al2O32SiO22H2O Al2O32SiO2+2H2O 高岭石 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）。 Al2O32SiO2+HCl 2AlCl36H2O+SiO2 偏高岭石 结晶氯化铝 高岭土合成聚合氯化铝和白炭黑 （3）热解 结晶氯化铝热解生成碱式氯化铝（聚合氯化铝单体） 2AlCl36H2O Al2(OH)nCl6-n+(12-n)H2O+nHCl 六水氯化铝 碱式氯化铝 （4）聚合 碱式氯化铝水解生成聚合氯化铝。 mAl2(OH)nCl6-n+mxH2O Al2(OH)nCl6-nxH2Om 碱式氯化铝 聚合氯化铝 高岭土合成聚合氯化铝和白炭黑 高岭土 煅 烧 酸 浸 固液 分离 固体残渣 液 体 加水 聚合 浓缩 结晶 热 解 （结晶氯化铝） （碱式氯化铝） 聚合氯化铝 高岭土生产聚合氯化铝工艺流程 高岭土合成聚合氯化铝和白炭黑 制取聚合氯化铝和白炭黑工艺流程 高岭土 煅 烧 酸 浸 固液 分离 固体 残渣 液 体 聚 合 浓 缩 热 解 （结晶氯化铝），100 （碱式氯化铝），170200，4h 聚合氯化铝 650, 2h 盐酸用量1:3.5，浓度15%,4h 二次 酸浸 固体 分离 固 体 洗 涤 烘 干 粉 磨 白炭黑 八、高岭土包膜二氧化钛复合颜料的制备 n钛白粉是目前工业上应用最广、性能最佳的一种白色 颜料。它广泛用于塑料、造纸和涂料等工业。近年来 ，由于世界工业的迅速发展，对钛白粉的需求量惊人 增长，钛白粉的国际市场价格扶摇直上。在这种情况 下，迫使钛白粉的主要用户去开发钛白粉的代用品， 以降低生产成本。 n高岭土包膜二氧化钛复合颜料是在超微细的煅烧高岭 土表面上包裹一层TiO2的膜，以提高高岭土粉的遮盖 力，起着钛白粉的作用，解决在造纸、油漆和涂料工 业中用量大，价格昂贵的钛白粉替代问题。是一种很 有发展前途的产品。 制备工艺过程中要注意以下问题： n（1）原料的选择和处理 包膜法的制备 对原料有严格的要求，根据颜料本身的 要求、使用要求及制备工艺，对原料有 以下要求：白度在85%以上，有害杂质 含量低，对酸稳定。原料一般需经煅烧 （除去其中有机物和结构水），一般温 度为600800，24h。煅烧后需经细 粉碎、酸处理。通过酸处理可除去对酸 不稳定的物质。 制备工艺过程中要注意以下问题： n（2）包膜技术 包膜是生产复合颜料的 关键。最主要的问题是如何让TiO2