高岭土的应用、加工技术和发展

1、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。

2、 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H2SO4，SiO2和Al2O3。 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

3、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

4、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

5、，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（Li2O）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：,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SiO2，Al2O3，H2O。

6、高岭石亚类SiO2 46.5%，Al2O3 39.5%，H2O 14%。水合多水高岭石 SiO2 40.8%，Al2O3 40.8%，H2O 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

7、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Al2O3、Fe2O3、TiO2、SO3、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

8、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

9、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%，Al2O3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

10、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

11、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，

12、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

13、、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：,Al2O3 37.5%，SiO2 47%，Fe2O3 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

14、、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：,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

15、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

16、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。,陶瓷钛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。陶瓷钛是一种很有发展前途的产品.。,返回目录,六、高岭土市场和发展前景 1高岭土生产 （

17、1）国际 世界高岭土主要集中地美国、英国、巴 西、捷克等国，近年来产量稳定在4000万吨左 右。世界高岭土产量列于表8。,表8 世界高岭土产量（万吨）,目前，国外最大的生产集团是Imerys集团，年产量为700万吨左右。,（2）国内 中国高岭土生产企业700多家，原矿生产能力超过550万吨，选矿能力180万吨。 在矿石质量上，以苏州、茂名、龙岩、大同的高岭土为好，可作为石油催化、涂布纸涂料、高级陶瓷、建筑涂料等原料。 国内高岭土骨干企业概况见表10。,表10 国内高岭土骨干企业概况,2. 高岭土市场 (1)国际 美、英、巴西是精制高岭土生产大国，也是出口大国。2000年世界高岭土为3900万吨

18、，消费市场结构如表12。 表12 世界高岭土消费市场结构,(2)亚洲 亚洲地区受资源的限制高岭土以陶瓷级为主，年产量（万吨）：韩国约17，中国台湾省59，马来西亚30，日本11，泰国30，印尼45，菲律宾1.7，共约200万吨。亚洲高岭土消费市场结构如表13。 表13 亚洲高岭消费市场结构,（3）中国 我国高岭土的消费市场 国内造纸高岭土需求量见表14。 表14 国内造纸高岭土需求量（万吨）,产品销售 高岭土原矿：每吨60120元；出口价912美元/吨。 产品（元/t）：电陶产品 300900；造纸产品 4502000；石油催化剂用原料 9001300；涂料 8002600；一般煅烧土 10002500；双90产品 26004000；-2m80%，白度90，煅烧超细改性产品5004000；橡塑用料 4002000；其他产品 3001500。 进出口市场 我国高岭土出口大部分为高岭土原矿、陶瓷