高岭土简介.doc

高岭土简介目录1.概述02.成分及性质02.1.组成成分02.2.理化性质13.矿床成因14.分类25.资源分布35.1.中国分布35.2.国外分布36.工艺性能36.1.白度和亮度46.2.粒度分布46.3.可塑性56.4.结合性56.5.粘性和触变性56.6.干燥性能66.7.烧结性66.8.烧成收缩76.9.耐火性76.10.悬浮性和分散性86.11.可选性86.12.离子吸附性及交换性86.13.化学稳定性96.14.电绝缘性97.加工方法97.1.分离方法97.2.湿法加工工艺107.3.煅烧法107.4.剥片法117.5.无机酸处理118.主要用途111. 概述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。因外观呈白色而又细腻，又称白云土、观音土、陶土、阁土粉。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，化学式为Al2O32SiO22H2O。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。2. 成分及性质2.1. 组成成分高岭土类矿物是由高岭石、地开石、珍珠石、埃洛石等高岭石簇矿物组成，主要矿物成分是高岭石。高岭石的晶体化学式为Al2O32SiO22H2O，其理论化学组成为46.54%的SiO2，39.5%的Al2O3，13.96%的H2O。高岭土类矿物属于1:1型层状硅酸盐，晶体主要由硅氧四面体和绍氢氧八面体组成，其中硅氧四面体以共用顶角的方式沿着二维方向连结形成六方排列的网格层，各个硅氧四面体未公用的尖顶氧均朝向一边；由硅氧四面体层和招氧八面体层公用硅氧四面体层的尖顶氧组成了1:1型的单位层。2.2. 理化性质高岭土粒度细小，粒径一般在0.55m。常呈隐晶质致密块状、土状集合体产出。晶体常呈假六方片状、不规则片状晶形，埃洛石呈管状。高岭石集合体成蠕虫状和书本状形态。纯净者白色，白度可达90以上；含铁、钛杂质高者可呈黄色、褐色、浅红色等，含有机质多者则成灰色、灰黑色或黑色。光泽暗淡，土状光泽或无光泽，硬度22.5。软质高岭土易成粉末，具可塑性，易分散、悬浮；硬质高岭岩呈块状、不具可塑性。密度：2.4-2.60 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。煅烧白度：高，达60%-90不等。高岭土化学性能稳定，抗酸溶性良好，阳离子交换容量很低，耐火度、电阻、击穿电压较高，成型、干燥、烧结性能及烧成白度良好。高岭石族矿物的典型性质矿物名称化学式化学组成，%莫氏硬度密度g/cm3颜色Al2O3SiO2H2O高岭石Al4(Si4O10)(OH)839.5046.5413.9622.52.609白、灰白、带黄、带红珍珠石Al4(Si4O10)(OH)839.5046.5413.962.532.581蓝白、黄白地开石Al4(Si4O10)(OH)839.5046.5413.802.532.589白7埃洛石Al4(Si4O10)(OH)84H2O34.6640.924.44122.0白、灰绿、黄、蓝、红3. 矿床成因高岭土是自然界常见的、非常重要的一种粘土矿物，是在缺少碱金属和碱土金属的酸性介质中，由火成岩和变质岩中的长石或其他硅酸盐矿物经风化作用形成。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，主要分布在广东，四川等地；2、热液蚀变型：又分为热液蚀变亚型和现代热泉蚀变亚型，主要分布在江西等地。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，主要分布在山西、内蒙、河北、福建、广西、广东等地。中国北方所产高岭土多属沉积型矿床，南方所产高岭土多属风化残积型及热液蚀变型。此外在北方、南方都有风化淋滤型及第四纪沉积型高岭土矿床的分布。高岭土矿成矿时代多为中、新生代，矿石类型主要为埃洛石型。煤系高岭土是近十几年来新发现的一种与煤共生的矿床，实际上是一种单矿物的硬质岩石，高岭石含量可达95以上，通常称为煤系高岭岩，一般赋存于煤层的夹矸或顶底板，或呈独立的矿床存在。煤系高岭岩由于含有大量的有机质，通常呈现黑色、灰黑色或灰色，经过粉碎、超细粉碎、剥片、煅烧等加工工艺，可生产出白度高达9095的不同粒度的煅烧高岭土，可用于造纸、涂料、油墨、绝缘电缆橡胶或塑料，也可作为生产分子筛和聚合氯化铝或硫酸铝的原料。我国煤系高岭岩主要分布在煤炭资源丰富的华北地区，特别是在山西省和内蒙自治区，以及河南、河北、陕西、宁夏等地。探明储量16多亿吨，总资源量估计有几百亿吨。4. 分类组成高岭土的矿物有粘土矿物和非粘土矿物二类。粘土矿物主要是高岭石族矿物，其次是水云母、蒙脱石和绿泥石。非粘土矿物主要为石英、长石和云母以及铝的氧化物和氢氧化物、铁矿物（褐铁矿、白铁矿、磁铁矿、赤铁矿和菱铁矿）、铁的氧化物（钛铁矿、金红石等）、有机物（植物纤维、有机泥炭及煤）等。决定高岭土性能的主要是粘土矿物。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（莫氏硬度34），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%。5. 资源分布5.1. 中国分布根据国家统计局数据，2015年12月31日，中国高岭土基础储量为57402.80万吨，其中，储量排名前五位的地区分别为广东：5375.10万吨、福建：5311.70万吨、内蒙古：4586.90万吨、广西：31925.50万吨、江西：3037.70万吨。5.2. 国外分布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。当前，世界已查明高岭土资源量约为209亿吨。6. 工艺性能衡量高岭土工艺特性的指标有：白度和亮度、粒度分布、可塑性、结合性、粘性和触变性、干燥性能、烧结性、烧成收缩、耐火性、悬浮性和分散性、可选性、离子吸附性及交换性、化学稳定性、电绝缘性等。根据不同的工艺特性数值可以作为制造不同种类的产品的依据。6.1. 白度和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38007000（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4570 （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。一般含三氧化二铁（Fe2O3）呈玫瑰红、褐黄色；含亚铁离子（Fe2+）呈淡蓝、淡绿色；含二氧化锰（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。6.2. 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2m的含量占9095%，造纸填料小于2m的占7880%。6.3. 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kgcm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：强可塑性、中可塑性、弱可塑性、非可塑性。6.4. 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0.250.15粒级占70%，0.150.09mm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。6.5. 粘性和触变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Pas。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0.5Pas，高速涂布时要求小于1.5Pas。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。6.6. 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4060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310%。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K2）容易形成缺陷；低者（干燥灵敏度系数K1）在干燥中比较安全。6.7. 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（100150）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。6.8. 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。6.9. 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MA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1.52%，Fe2O3小于3%。6.10. 悬浮性和分散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。6.11. 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。6.12. 离子吸附性及交换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，不同类型高岭土的阳离子交换容量如下：矿物成份特点 阳离子交换容量高岭石为主 25mg/100g埃洛石为主 13mg/100g含有机质（球土） 10120mg/100g6.13. 化学稳定性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。6.14. 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。7. 加工方法就高岭土当前加工方式而言，有机械粉碎和气流粉碎两种方式。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）。7.1. 分离方法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，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。7.2. 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。7.3. 煅烧法高岭土是一种无机非金属的混合物，煅烧高岭土就是将高岭土在煅烧炉中烧结到一定的温度和时间，使其的物理化学性能产生一定的变化，以满足一定的要求。煅烧高岭土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。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：500700、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煅烧的高岭土可代二氧化钛（TiO2），用作纸张填料；经过13001525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。7.4. 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。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。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2035MPa，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。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3080，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10.75到15的比例混合，产生沉淀。在110下干燥，即得到Al2O32SiO22H2O。7.5. 无机酸处理将高岭土磨细，洗涤去砂，用无机酸处理，水洗至近中性，在330以上脱水而成。8. 主要用途高岭土的可塑性、粘结性、一定的干燥强度、烧结性及烧后白度等特殊性能，使其成为陶瓷生产的主要原料；片状粒形洁白、柔软、高度分散性、吸附性和化学稳定性等优良工艺性能，使其在造纸工业上得到广泛的应用。此外，煅烧高岭土在橡胶、塑料、涂料、化工、石油精炼、耐火材料、农药、航空航天等领域也有广泛应用。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