高岭土的深加工及开发应用_以合浦县高岭土行业为例.doc

Wang Xuejing1,2, Zhang Jiamin1, Li Xiaobo1, Fang Keming2(1.Chemistry and Chemical Engineer School, Henan Institute of Science and Technology, XinXiang 453003,HeNan, China;2.Metallurgy and Ecological School, Universtiy of Science and Technology Beijing, Beijing 100083,China)Abstract: The microstructure of kaolin and kaolin fired were studied by XRF, SEM, XRD, NMR and TEM. The results showed that the kaolin fired had been transformed from crystallized kaolin to non-crystal, and some Al had transformed into Al , Al . So thestructure of kaolin is compact, while the structure of kaolin fired is loose.Key words: kaolin; fired temperature; microstructure高岭土是一种天然矿物，在我国有丰富的储藏，现已探明地质储量约30亿t，主要分布在粤、桂、 赣、闽、苏等地区1。高岭土经过煅烧，具有优良的 光散射能力和特殊的油墨吸收性，以及更好的收缩 性、阻燃性、吸湿性和更高的强度、电阻率，用于 造纸、塑料、电网改造、建筑等行业2，可以大大提 高这些材料的使用性能，此外煅烧高岭土还是制备 分子筛的廉价原料3-5。性能决定于结构，尽管研究 高岭土和煅烧高岭土的文献不少，但对其微观结构 的系统研究还不够深入细致，苏州、茂名高岭土产 量大，杂质含量较少，用途比较多，故本文选取这 两种产地的高岭土作为研究对象，对其进行结构研 究，以便更好地指导生产。1 实验部分目筛，然后置于箱式电阻炉中在 650煅烧 4h 即得煅烧高岭土。2 实验结果及讨论2.1化学成分分析用 X - 荧光光谱仪分析高岭土及其煅烧产物的 化学组成，结果如下表所示。高岭土及其煅烧产物化学组成(%)22 322 53222 3从上表可以看出：这两种产地的高岭土化学成分变化不大，尤其 Al2O3、SiO2 含量变化甚小，只是 杂质含量稍有不同。高岭土经过煅烧，其他成分变 化不大，唯有 SO 3 含量降低，这是因为在煅烧过程1.1实验设备及分析仪器SX-5-12 型箱式电阻炉(天津市斯特仪器有限公司生产)，ZSX-100X 射线荧光光谱仪，英国 LEO 公组分Na OMgO Al OSiOP OSOK OCaO TiOFe O苏州高岭土0.0640.05746.6050.900.0940.920.360.0810.350.41茂名高岭土0.290.1146.2050.800.250.250.640.190.420.96苏州650 煅烧土0.0640.06748.3049.800.0870.460.340.310.380.38茂名650 煅烧土0.280.1247.4049.800.240.110.610.430.900.902m 2m2m 2m苏州 650煅烧土茂名 650煅烧土图 1 高岭土及煅烧产物的 SEM 照片12340102030405060702 ()1 苏州高岭土2 茂名高岭土3 苏州 650煅烧土4 茂名 650煅烧土图 2 高岭土及煅烧产物的 XRD 图1234-300 -200 -100 0 100 200 300 400 化学位移( 10 -6)1 苏州高岭土2 茂名高岭土3 苏州煅烧高岭土4 茂名煅烧高岭土图 3 高岭土和煅烧高岭土的27Al MAS NMR 谱1234-200 -150 -100 -50 050 100 化学位移( 10 -6)1 苏州高岭土2 茂名高岭土3 苏州煅烧高岭土4 茂名煅烧高岭土图 4 四种产地煅烧高岭土的29Si MAS NMR 谱的固体核磁共振谱即 27 AlMASNMR 谱图。 -2.63 10-6 处的峰对应着八面体中的六配位 30.27 10-6 处的峰对应着五配位 Al， 64 10-6 处的峰对应着四面体中的四配位 Al7。中可以看出：高岭土中 Al 全部是六配位，煅烧 四、五、六配位共存，四配位量较少。组成，只不过片状和棒状小颗粒减少，颗粒之间结块增加。茂名高岭土未经煅烧时形貌呈片状，有单 片也有叠片，650煅烧后产物形貌还是片状，只是 片状颗粒连结在一起，单片数量大大减少，颗粒之 间间隙减小。这是因为高岭土煅烧时，随着羟基的 脱去，高岭土晶格发生扭曲，结块增加。图 4 为两种产地高岭土及其煅烧产物的 2 MASNMR 谱。从图中可以看出，未煅烧的高在 -90.78 10-6 处有一尖锐的强峰，此峰属 (3Al)。经 650煅烧 4h，在 -97.23 10-6 处2.3XRD 衍射分析图 2 是两种产地高岭土及煅烧产物的 X- 射线衍稍宽的峰，此峰属于Si(1Al)，说明在此温度煅烧射图。曲线 1 、2 是高岭土的 X - 射线衍射曲线，其中 2在 35 40 之间的六指峰是典型的高岭土衍 射峰6，曲线 3、4 是煅烧产物的 X- 射线衍射曲线， 是典型的无定形结构衍射峰。这说明高岭土经过煅 烧由晶态变成了无定形的非晶态。从衍射图中还可 以看出高岭土及其煅烧产物中都含有少量的石英。岭土已经脱羟基，晶格发生了扭曲，与 Si 键合原子数减少，但硅氧四面体层仍然保留下来了 的配位数没有发生变化，有序度降低。2.5TEM 观察选取苏州和茂名两种产地的高岭土及其 6 5煅烧产物做透射电镜分析，研究它们的内部结高岭土属粉末固体，很难用一般的制样方法来苏州高岭土茂名高岭土苏州煅烧高岭土茂名煅烧高岭土图 5 高岭土及煅烧产物的 TEM 照片图 6 高岭土 11 层状结构图 7 煅烧高岭土的结构示意茂名煅烧高岭土的鱼网状疏松结构。3结论高岭土晶体结构是由一层 Si-O 四面体和一层 Al(O,OH)八面体组成，其中 Si 是四配位，Al 是六配 位，二者通过氧原子的共享交错堆积而成，其理想 化学组成为 Al2O32SiO22H2O，内部结构致密。经 过高温煅烧，高岭土脱去结构水，由晶态有序结构 变成非晶态无定型结构，铝由六配位变成四、五、六高岭土的基本结构单元是硅氧四面体层与铝氧八面体层通过氧键桥连接形成，其结构示意图如图6 所示，其中的结构羟基分布在铝氧八面体层中，结三种配位共存，随着铝配位的变化，晶格发生扭曲，内部结构变得疏松，呈现出长程无序，中程呈层片状碎片的结构。【参考文献】1罗在明, 韦灵敦. 广西优质高岭土的开发与展望J. 广西地 质,2002,15(1):11.2毕仲平, 罗训樵.我国煅烧高岭土行业现状和发展前景J.非 金属矿,2001,24(5):5.3 刘欣梅, 阎子峰, 王槐平. 由煤系高岭土原位合成 NaY 分子 筛J.石油大学学报,2002,26(5):94.4 Ta kh ta mys he va , A.V., K ono va l ch iko v,L.D., N efed ov, B.K .Sy nth esis o f N aY zeo lite o f h ig hph ase pu rity from ka olinJ . Chemistry and Technology of Fuels and Oils,