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高嶺土

基本介紹

高嶺土(又稱觀音土、白鱔泥、膨土巖、斑脫石、甘土、皂土、陶土、白泥)是一種含鋁的硅酸鹽礦物,主要呈白色軟泥狀,顆粒細膩,狀似面粉。其化學成分相當穩定,被譽為“萬能石”。為制造瓷器和陶器的主要原料。

高嶺土主要在地表之下,其質地和成分的不同可以直接影響到陶和瓷在窯中的變化,所以優質的高嶺土可以制作出出色的器物,而往往多會在其周邊建立起名窯。如中國江西省景德鎮、福建省金門縣等。

中文名稱: 高嶺土

英文名稱: Kaolin

CAS: 1332-58-7

分子式: H2 Al2 O8 Si2 . H2 O

分子量: 258.16

命名

高嶺土中國是世界上最早發現和利用高嶺土的國家。遠在3000年前的商代所出現的刻紋白陶,就是以高嶺土制成。

現代國際上通用的高嶺土學名“Kaolin”,來源于中國景德鎮東郊的高嶺村邊的高嶺山,該處的粘土在清初開采極盛,至光緒年間始漸衰落,并以潔白、細膩而聞名于世,為制坯不可缺少的原料,于是當地鎮上瓷工遂沿用村名“高嶺”為其命名,以便與他處所產瓷土區別。后又引申之,凡與高嶺地方所產地高嶺土有相同產狀和用途者,皆稱高嶺,如星子高嶺、撫州高嶺等。

1712年,法國傳教士昂特柯萊,在他的《中國瓷器的制造》一書中,直接用高嶺村的名稱來稱呼中國制瓷的粘土,并轉譯為“kaoling”,后德國學者李希霍芬(Richthofen)按音譯成“Kaolin”,介紹到歐美礦物學界,經過100多年廣泛采用,遂成世界通用名稱。[1]

分類

按成分分類

高嶺土自然產出的高嶺土礦石,根據其質量、可塑性和砂質(石英、長石、云母等礦物粒徑>50微米)的含量,可劃分為煤系(硬質)高嶺土、軟質高嶺土和砂質高嶺土三種類型:

1、硬質高嶺土(高嶺石巖):質硬(硬度3~4),無可塑性,粉碎,磨細后具可塑性。

2、軟質高嶺土(土狀高嶺土):質軟,可塑性一般較強,砂質含量。

3、砂質高嶺土:質松軟,可塑性一般較弱,除砂后較強,砂質含量>50%。

按成因分類

按地質成因高嶺土分為兩種類型:

1、原生高嶺:是指巖石風化后未經自然力搬運而與母巖殘留在一起的高嶺土。中國南方地區所產高嶺土主要屬這種類型。

2、沉積高嶺:是指經自然力搬運而沉積下來,同時在搬運和沉積過程中又混入各種雜質的高嶺土。中國北方地區的高嶺土大都屬于這種類型。[2]

形成

高嶺土的形成是古老地球億萬年前江河湖沉積巖,經過造山運動露出地面后,又經過原始地球運動,經過完全風化之后,生成高嶺石、石英和可溶性鹽類;再隨雨水、河川漂流轉于它處并再次沉積,這時石英和可溶性鹽類巳分離,即可得高嶺土,其中的K2O、Na2O為水溶性成分,大部分被水帶走。

如風化不完全,則部分長石會形成白云母,也有部分母巖因深藏地下而未能風化,仍以長石形式存在。有些沉積高嶺在形成過程中會與某些雜質同時沉積下來。[2]

成分

高嶺土高嶺土主要由小于2個微米的微小片狀、管狀、疊片狀等高嶺石簇礦物(高嶺石、地開石、珍珠石、埃洛石等)組成,理想的化學式為Al2O3-2SiO2-2H2O,其主要礦物成分是高嶺石和多水高嶺石,除高嶺石簇礦物外,還有蒙脫石伊利石、葉臘石、石英和長石等其他礦物伴生。

高嶺土的化學成分中含有大量的Al2O3、SiO2和少量的Fe2O3、TiO2以及微量的K2O、Na2O、CaO和MgO等。從理論上分析,高嶺石的化學成分應為:二氧化硅(SiO2)46.5%,三氧化二鋁(Al2O3)39.5%,水(H2O)14%。[3]

[3]

工藝性能

1.白度和亮度

白度是高嶺土工藝性能的主要參數之一,純度高的高嶺土為白色。高嶺土白度分自然白度和煅燒后的自度。對陶瓷原料來說,般燒后的白度更為重要,煅燒白度越高則質量越好。陶瓷工藝規定烘干105℃為自然白度的分級標準,煅燒1300℃為煅燒白度的分級標準。白度可用白度計測定。白度計是測量對3800一7000A波長光的反射率的裝置。在白度計中,將待測樣與標準樣的反射率進行對比,即自度值。

亮度是與自度類似的工藝性質,相當于4570A波長光照射下的自度。

高嶺土的顏色主要與其所含的金屬氧化物或有機質有關。一般含Fe2O2呈玫瑰紅、褐黃色;含Fe2+呈淡藍,淡綠色,含MnO2呈淡褐色;含有機質則呈淡黃、灰、青、黑等色。這些雜質存在,降低了高嶺士的自然白度,其中鐵、鈦礦物還會影響煅燒自度,使瓷器出現色斑或熔疤。

2.粒度分布

粒度分布是指天然高嶺土中的顆粒,在給定的連續的不同粒級(以毫米或微米篩孔的網目表示)范圍內所占的比例(以百分含量表示)。高嶺土的粒度分布特征對礦石的可選性及工藝應用具有重要意義,其顆粒大小,對其可塑洼、泥漿粘度、離子交換曼、成型性能、干燥性能、燒成性能均有很大影響。高嶺土礦都需要進行技術加工處理,是否易于加工到工藝所要求的細度,已成為評價礦石質量的標準之一。各工業部門對不同用途的高嶺土都有具體的粒度和細度要求。如美國對用作涂料的高嶺土要求小于2μm的含量占90一95%,造紙填料小于μm的占78—80%。

3.可塑性

高嶺土與水結合形成的泥料,在外力作用下能夠變形,外力除去后,仍能保持這種形變的性質即為可塑性。可塑性是高嶺土在陶瓷坯體中成型工藝的基礎,也是主要的工藝技術指標。通常用可塑性指數和可塑性指標來表示可塑性的大小。可塑性指數是指高嶺土泥料的液限含水率減去塑限含水率。可塑性指標代表高嶺土泥料的成型性能,用可塑儀直接測定泥球受壓破碎時的荷重及變形大小可得,以kg·cm表示,往往可塑性指標越高,其成型性能越好。高嶺土的可塑性可分為四級。

4.結合性

結合性指高嶺土與非塑性原料相結合形成可塑性泥團并具有一定干燥強度的巨能。結合能力的測定,是在高嶺土中加入標準石英砂,以其仍能保持可塑泥團時的最高含砂量及干燥后的抗折強度來判斷其高低,摻入的砂越多,則說明這種高嶺土結合能力就越強。通常凡可塑性強的高嶺土結合能力也強。

5.粘性和觸變性

粘性是指流體內部由于內摩擦作用而阻礙其相對流動的一種特征,以粘度來表示其大小(作用于1單位面積的內摩擦力),單位是Pa·s。粘度的測定,一般采用旋轉粘度計,以在含70%固含量的高嶺土泥漿中的轉速來衡量。在生產1二藝中,粘度具有重要意義,它不僅是陶瓷工業的重要參數,對造紙工業影響也很大。據資料表明,國外用高嶺土作涂料,在低速涂布時要求粘度約0.5Pa·S,高速涂布時要求小于1.5Pa·s。

觸變性指已經稠化成凝膠狀不再流動的泥漿受力后變為流體,靜止后又逐漸稠化成原狀的特性。以厚化系數表示其大小,采用流出粘度計和毛細管粘度計測定。

粘性和觸變性與泥漿中礦物成分、粒度及陽離子類型有關,一般,蒙脫石含量多的,顆粒細的,交換性陽離子以鈉為主的,其粘度和厚化系數高。因此工藝上常用添加可塑性強的粘土、提高細度等方法提高其粘性和觸變性,用增加稀釋電解質和水分等方法降低之。

6.干燥性能

干燥性能指高嶺土泥料:羞干燥過程中的性能。包括干燥收縮、干燥強度和干燥靈敏度等。

干燥收縮指高嶺土泥料在失水干燥后產生的收縮。高嶺土泥料一般在40一60℃至多不超過110℃溫度下就發生脫水而干燥,因水分排出,顆粒距離縮短,試樣的長度和體積就要發生收縮。干燥收縮分線1次縮和體收縮,以高嶺土澹料干燥至恒重后長度及體積變化的百分數表示。高嶺土的干燥線收縮一般在3--10%。粒度越細,比表面積越大,可塑性越好,干燥收縮越大。同一類型的高嶺土,因摻合水的不同,其收縮也不同,多者,收縮大。在陶瓷工藝中,干燥收縮過大,坯體容易發生變形或開裂。

干燥強度指泥料干燥至恒重后的抗折強度。

于燥靈敏度指坯體干燥時,可能產生變形和開裂傾向的難易程度。靈敏度大,在干燥過程中容易變形和開裂。一般干燥靈敏度高的高嶺土(干燥靈敏室系數K>2)容易形成缺陷,低者(干燥靈敏度系數K<1)在干燥中比較安氮

7.燒結性

燒結性是指將成型的固體粉狀高嶺土坯體加熱至接近其熔點(一般超過l 000℃)時,物質自發地充填粒間空隙而致密化的性能。氣孔率下降到最低值,密度達到最大值的狀態,稱為燒結狀態,相應的溫度稱為燒結溫度。繼續加熱時,試樣中的液相不斷增加,試樣開始變形,此時溫度即稱轉化溫度。燒結溫度與轉化溫度的間隔稱燒結范圍。燒結溫度和燒結范圍在陶瓷工業中是決定坯料配方、選擇窯爐類型的重要參數。試料以燒結溫度低、燒結范圍寬(100一150℃)為宜,工藝上可以用摻配助熔原料及將不同類型的高嶺土按比例摻配的方法控制燒結溫度及燒結范圍。

8.燒成收縮

燒成收縮性是指巳干燥的高嶺土坯料在燒成過程中,發生一系列物理化學變化(脫水作用,分解作用、生成莫來石,易熔雜質熔化生成玻璃相充填于質點間的空隙等),而導致制品收縮的性能,也分為線收縮和體收縮兩種。同干燥收縮一樣,燒成收縮太大,容易導致坯體開裂。另外,焙燒時,坯料中若混有大量的石英,它將發生晶型轉化(三方→六方),使其體積膨脹,也會產生反收縮。

9.耐火性

耐火性是指高嶺土抵抗高溫不致熔化的能力。在高溫作業下發生軟化并開始熔融時溫度稱耐火度。其可采用標準測溫錐或高溫顯微直接測定,也可用M.A.別茲別洛道夫經驗公式進行計算。

耐火度與高嶺土的化學組成有關,純的高嶺土的耐火度一般在1 700℃左右,當水云母,長石含量多,鉀、鈉,鐵含量高時,耐火度降低,高嶺土的耐火度最低不小于1500℃。工業部門規定耐火材料的R。O含量小于1.5—2%,Fe zO s小于3%。

1 0.懸浮性和分散性

懸浮性和分散性指高嶺土分散于水中難于沉淀的性能。又稱反絮凝性。一般粒度越細小,懸浮性就越好。用于搪瓷工業的高嶺土要求有良好的懸浮性。一般據分散于水中的樣品經一定時間的沉降速度來確定其懸浮性能的好壞。

1 1.可選性

可選性是指高嶺土礦石經手工挑選,機械加工和化學處理,以除去有害雜質,使質量達到工業要求的性能。高嶺土的可選性取決于有害雜質的礦物成分、賦存狀態、顆粒大小等。石英、長石、云母、鐵、鈦礦物等均屬有害雜質。高嶺土選礦主要包括除砂、除鐵、除硫等項目,具體方法將在選礦一節中予以介紹。

1 2.離子吸附性及交換性

高嶺土具有從周圍介質申吸附各種離子及雜質的性能,并且在溶液中具較弱的離子交換性質。這些性能的優劣主要取決于高嶺土的主要礦物成分。

13.化學穩定性

高嶺土具強的耐酸性能,但其耐堿性能差。利用這一性質可用它合成分子篩。

14.電絕緣性

優質高嶺土具有良好的電絕緣性,利用這一性質可用之制作高頻瓷、無線電瓷。電絕緣性能的高低可以用它的抗電擊穿能力來衡量。

性質

物理屬性

外觀:純凈高嶺土外觀呈白色或淺灰色。含雜質時呈黃、灰、青玫瑰等色。原礦呈致密塊狀或疏松土狀,質軟,有滑膩感,硬度小于指甲。

比重:2.4-2.6。干燥后有吸潤性。

耐火度:高,可達1770-1790℃。

可塑性、絕緣性及化學穩定性:中、低可塑性。具有良好的絕緣性和化學穩定性。

煅燒白度:高,達60%-90%不等。

工藝特性

衡量高嶺土工藝特性的指標有:白度和亮度;粒度分布;可塑性;結合性;粘性和觸變性;干燥性能;燒結性;燒成收縮;耐火性;懸浮性和分散性;可選性;離子吸附性及交換性;化學穩定性;電絕緣性。根據不同的工藝特性數值可以作為制造不同種類的產品的依據。

用途

陶瓷

制造瓷器高嶺土的開發和利用,為景德鎮制瓷業的快速發展奠定了堅實的基礎,對世界陶瓷工藝的發展起了重大的變革作用。隨著瓷胎最初的單料成瓷(使用瓷石一種原料制造瓷器)到后來的二元配方(使用瓷石和高嶺土兩種原料制造瓷器),制瓷工藝也日益優異。以高嶺土作為制瓷原料,大大促進了陶瓷工藝水平和制品質量的提高,促進了陶瓷的發展。

其他

高嶺土還被廣泛用于造紙、橡膠、化工、涂料、醫藥和國防等幾十個行業所必需的礦物原料。高嶺土還被用于代替鋼鐵制造切削刀具、車床鉆頭和內燃機外殼等方面。

現代科學技術飛速發展,使得高嶺土的應用領域更加廣泛,一些高新技術領域開始大量運用高嶺土作為新材料,甚至原子反應堆、航天飛機和宇宙飛船的耐高溫瓷器部件,也用高嶺土制成。

資源概況

我國高嶺土礦產資源排名世界前列,已探明267處礦產地,探明儲量29.10億噸,其中:我國非煤建造高嶺土,資源儲量居世界第五位.已探明儲量14.68億噸,主要集中分布在廣東,陜西,福建,江西,湖南和江蘇六省占全國總儲量的84.55%;含煤建造高嶺土(高嶺巖)儲量占世界首位, 探明儲量為14.42億噸,主要分布在山西大同,懷仁,朔州,內蒙古準格爾,烏達,安徽淮北,陜西韓城等地其中以內蒙古準格爾煤田的資源最多。國內有五大高嶺土礦產地:

(1)茂名地區高嶺土,茂名盆地內高嶺土礦屬沉積巖風化殘積亞型礦床,其石英等砂質含量大于50%,故稱為砂質高嶺土礦。茂名高嶺土從成因上說經過風化殘積——搬運自磨&shy;——再風化三個階段,高嶺土風化完全,晶片以單片狀為主,粒度細。主要為造紙涂料原料。

(2)龍巖高嶺土,屬風化殘余型高嶺土礦床。由于含鐵量低于0.3%,鈦低于0.02%,并含有一定量低溫溶劑元素(Li2O)是電瓷、高檔日用、美術瓷的理想原料。

(3)蘇州陽山高嶺土,該礦床為熱液蝕變型高嶺土。質地純凈的蘇州陽山泥,其化學成分十分接近高嶺石的理論成分,Al2O3含量可高達39.0%左右,顏色潔白、顆粒細膩。主要用于催化劑載體及化工原料。

(4)合浦高嶺土:屬風化殘余型高嶺土礦床。主要用于建筑陶瓷原料。

(5)北方煤系高嶺土:為沉積型高嶺巖,主要分布于我國產煤區域,可用于建筑、涂料、油漆及造紙涂料——煤系土。

上述5大產區產量約占全國70%以上,在資源類型方面也有主要的代表性。

世界高嶺土資源概況

世界高嶺土資源豐富,分布較為廣泛。美國英國、巴西、印度、保加利亞、澳大利亞、俄羅斯等國家有優質高嶺土資源。目前,世界已查明高嶺土資源量約為209億噸。

國內外主要高嶺土礦床

(1)美國佐治亞州&shy;——南卡羅來納州高嶺土礦帶是美國最大的高嶺土礦床和產區。該區礦床為次生沉積礦床。該高嶺土礦的特點是自身均一性好,因為自然沉積作用過程中,高嶺土按大小進行了天然的分級。

(2)英國康沃爾地區高嶺土礦床,為熱液蝕變原生礦床其含鐵量很低,具有極好的白度,這些特殊成礦條件使英國生產的高嶺土馳名于世。

產地分布

目前我國高嶺土礦點有700多處,對200處礦點探明儲量為30億噸,礦點較為分散。其中煤系高嶺土16.7億噸,主要分布在中國北方的東北、西北的石炭一二疊紀煤系中,以煤層中夾矸、頂底板或單獨礦層形式存在。

中國是產煤大國,基本上大型煤礦都伴生有煤系高嶺土,因而煤系高嶺土儲量十分豐富。非煤系高嶺土1996年探明工業儲量14.32億噸。

與其它非金屬資源相比,高嶺土不屬于中國的優勢資源,如按人均算則更為短缺。而且中國高嶺土資源的分布比較分散,品位不高,大多數為煤系高嶺土(國外很少),需要經過煅燒或改性,用于造紙涂布有天然的局限性。

而且煤系高嶺土由于屬于煤的伴生礦,難以大規模開采利用。在中國,非煤系高嶺土與煤系高嶺土儲量相當,但絕大多數為管狀高嶺土,粘度大,不能用于造紙涂布。

據所了解資料,只有廣東、廣西、安徽`河北沙河的高嶺土資源可以開發用于造紙涂料,因此資源十分寶貴。河北沙河在90年代中后期曾在國內造紙涂料市場與茂名高嶺土有過激烈競爭,但已經由于資源不足,逐漸萎縮。

與饑荒的關系

1946年饑荒中,吃觀音土的男孩在中國民間,高嶺土又被稱為觀音土,在大饑荒時期曾被饑民當成食物充饑,吃下暫時解除饑餓感。

崇禎三年(1630年)陜西大饑,陜西巡按馬懋才在《備陳大饑疏》說陜西人民只能吃觀音土填飽肚子。

20世紀40年代,東北及湖南、河南、江西、山東、浙江、福建、山西、廣東、安徽、廣西等省大饑荒,饑民們始則挖草根、剝樹皮為食,繼以“觀音土”充饑。[4]

20世紀60年代發生的三年困難時期,也有不少人吃觀音土。

觀音土并非有機食物,含大量氧化鋁,不能被人體消化吸收,盡管吃了不會餓肚子,少量吃不致命,但由于毫無營養成份,吃久了人還是會死于營養不良。此外,吃了觀音土有會腹脹、手足浮腫、難以大便等癥狀。加上觀音土遇水后會膨脹,曾有人食用觀音土后被活活撐死。

工藝特性

白度亮度

白度是高嶺土工藝性能的主要參數之一,純度高的高嶺土為白色。高嶺土白度分自然白度和煅燒后的白度。對陶瓷原料來說,煅燒后的白度更為重要,煅燒白度越高則質量越好。陶瓷工藝規定烘干105℃為自然白度的分級標準,煅燒1300℃為煅燒白度的分級標準。白度可用白度計測定。白度計是測量對3800—7000?(即埃,1埃=0.1納米)波長光的反射率的裝置。在白度計中,將待測樣與標準樣(如BaSO4、MgO等)的反射率進行對比,即白度值(如白度90即表示相當于標準樣反射率的90%)。

亮度是與白度類似的工藝性質,相當于4570?(埃)波長光照射下的白度。

高嶺土的顏色主要與其所含的金屬氧化物或有機質有關。一般含Fe2O3呈玫瑰紅、褐黃色;含Fe2+呈淡藍、淡綠色;含MnO2呈淡褐色;含有機質則呈淡黃、灰、青、黑等色。這些雜質存在,降低了高嶺土的自然白度,其中鐵、鈦礦物還會影響煅燒白度,使瓷器出現色斑或熔疤。

粒度分布

粒度分布是指天然高嶺土中的顆粒,在給定的連續的不同粒級(以毫米或微米篩孔的網目表示)范圍內所占的比例(以百分含量表示)。高嶺土的粒度分布特征對礦石的可選性及工藝應用具有重要意義,其顆粒大小,對其可塑性、泥漿粘度、離子交換量、成型性能、干燥性能、燒成性能均有很大影響。高嶺土礦都需要進行技術加工處理,是否易于加工到工藝所要求的細度,已成為評價礦石質量的標準之一。各工業部門對不同用途的高嶺土都有具體的粒度和細度要求。如美國對用作涂料的高嶺土要求小于2μm的含量占90—95%,造紙填料小于2μm的占78—80%。

可塑性

高嶺土與水結合形成的泥料,在外力作用下能夠變形,外力除去后,仍能保持這種形變的性質即為可塑性。可塑性是高嶺土在陶瓷坯體中成型工藝的基礎,也是主要的工藝

高嶺土指標。通常用可塑性指數和可塑性指標來表示可塑性的大小。可塑性指數是指高嶺土泥料的液限含水率減去塑限含水率,以百分數表示,即W塑性指數=100(W液性限度-W塑性限度)。可塑性指標代表高嶺土泥料的成型性能,用可塑儀直接測定泥球受壓破碎時的荷重及變形大小可得,以kg·cm表示,往往可塑性指標越高,其成型性能越好。高嶺土的可塑性可分為四級。

可塑性強度可塑性指數可塑性指標

強可塑性>153.6

中可塑性7—152.5—3.6

弱可塑性1—7<2.5

非可塑性<1

化學式

Al2O3-2SiO2-2H2O

結合性

結合性指高嶺土與非塑性原料相結合形成可塑性泥團并具有一定干燥強度的性能。結合能力的測定,是在高嶺土中加入標準石英砂(其質量組成0.25—0.15粒級占70%,0.15—0.09mm粒級占30%)。以其仍能保持可塑泥團時的最高含砂量及干燥后的抗折強度來判斷其高低,摻入的砂越多,則說明這種高嶺土結合能力就越強。通常凡可塑性強的高嶺土結合能力也強。

粘性

粘性是指流體內部由于內摩擦作用而阻礙其相對流動的一種特征,以粘度來表示其大小(作用于1單位面積的內摩擦力),單位是Pa·s。粘度的測定,一般采用旋轉粘度計,以在含70%固含量的高嶺土泥漿中的轉速來衡量。在生產工藝中,粘度具有重要意義,它不僅是陶瓷工業的重要參數,對造紙工業影響也很大。據資料表明,國外用高嶺土作涂料,在低速涂布時要求粘度約0.5Pa·s,高速涂布時要求小于1.5Pa·s。

觸變性指已經稠化成凝膠狀不再流動的泥漿受力后變為流體,靜止后又逐漸稠化成原狀的特性。以厚化系數表示其大小,采用流出粘度計和毛細管粘度計測定。

粘性和觸變性與泥漿中礦物成分,粒度及陽離子類型有關,一般,蒙脫石含量多的,顆粒細的,交換性陽離子以鈉為主的,其粘度和厚化系數高。因此工藝上常用添加可塑性強的粘土、提高細度等方法提高其粘性和觸變性,用增加稀釋電解質和水分等方法降低之。

干燥性能

干燥性能指高嶺土泥料在干燥過程中的性能。包括干燥收縮、干燥強度和干燥靈敏度等。

干燥收縮指高嶺土泥料在失水干燥后產生的收縮。高嶺土泥料一般在40—60℃至多不超過110℃溫度下就發生脫水而干燥,因水分排出,顆粒距離縮短,試樣的長度和體積就要發生收縮。干燥收縮分線收縮和體收縮,以高嶺土泥料干燥至恒重后長度及體積變化的百分數表示。高嶺土的干燥線收縮一般在3—10%。粒度越細,比表面積越大,可塑性越好,干燥收縮越大。同一類型的高嶺土,因摻合水的不同,其收縮也不同,多者,收縮大。在陶瓷工藝中,干燥收縮過大,坯體容易發生變形或開裂。

干燥強度指泥為干燥至恒重后的抗折強度。

干燥靈敏度指坯體干燥時,可能產生變形和開裂傾向的難易程度。靈敏度大,在干燥過程中容易變形和開裂。一般干燥靈敏度高的高嶺土(干燥靈敏度系數K>2)容易形成缺陷;低者(干燥靈敏度系數K<1)在干燥中比較安全。

燒結性

燒結性是指將成型的固體粉狀高嶺土坯體加熱至接近其熔點(一般超過1000℃)時,物質自發地充填粒間隙而致密化的性能。氣孔率下降到最低值,密度達到最大值的狀態,稱為燒結狀態,相應的溫度稱為燒結溫度。繼續加熱時,試樣中的液相不斷增加,試樣開始變形,此時溫度即稱轉化溫度。燒結溫度與轉化溫度的間隔稱燒結范圍。燒結溫度和燒結范圍在陶瓷工業中是決定坯料配方、選擇窯爐類型的重要參數。試料以燒結溫度低、燒結范圍寬(100—150℃)為宜,工藝上可以用摻配助熔原料及將不同類型的高嶺土按比例摻配的方法控制燒結溫度及燒結范圍。

燒成收縮

燒成收縮性是指已干燥的高嶺土坯料在燒成過程中,發生一系列物理化學變化(脫水作用、分解作用、生成莫來石,易熔雜質熔化生成玻璃相充填于質點間的空隙等),而導致制品收縮的性能,也分為線收縮和體收縮兩種。同干燥收縮一樣,燒成收縮太大,容易導致坯體開裂。另外,焙燒時,坯料中若混有大量的石英,它將發生晶型轉化(三方→六方),使其體積膨脹,也會產生反收縮。

耐火性

耐火性是指高嶺土抵抗高溫不致熔化的能力。在高溫作業下發生軟化并開始熔融時溫度稱耐火度。其可采用標準測溫錐或高溫顯微直接測定,也可用M.A.別茲別洛道夫經驗公式進行計算。

耐火度t(℃)=[360+Al2O3-R2O]/0.228

式中:Al2O3為SiO2和Al2O3分析結果之和為100時其中Al2O3所占的質量百分比;R2O為SiO2和Al2O3分析結果之和為100時其它氧化物所占的質量百分比。

通過此公式計算耐火度的誤差在50℃以內。

耐火度與高嶺土的化學組成有關,純的高嶺土的耐火度一般在1700℃左右,當水云母、長石含量多,、鐵含量高時,耐火度降低,高嶺土的耐火度最低不小于1500℃。工業部門規定耐火材料的R2O含量小于1.5—2%,Fe2O3小于3%。

懸浮性

懸浮性和分散性指高嶺土分散于水中難于沉淀的性能。又稱反絮凝性。一般粒度越細小,懸浮性就越好。用于搪瓷工業的高嶺土要求有良好的懸浮性。一般據分散于水中的樣品經一定時間的沉降速度來確定其懸浮性能的好壞。

可選性

可選性是指高嶺土礦石經手工挑選,機械加工化學處理,以除去有害雜質,使質量達到工業要求的性能。高嶺土的可選性取決于有害雜質的礦物成分、賦存狀態、顆粒大小等。石英、長石、云母、鐵、鈦礦物等均屬有害雜質。高嶺土選礦主要包括除砂、除鐵、除硫等項目。

吸附性

高嶺土具有從周圍介質中吸附各種離子及雜質的性能,并且在溶液中具較弱的離子交換性質。這些性能的優劣主要取決于高嶺土的主要礦物成分。

不同類型高嶺土的陽離子交換容量

礦物成份特點陽離子交換容量

高嶺石為主2—5mg/100g

埃洛石為主13mg/100g

有機質(球土)10—120mg/100g

化學穩定

高嶺土具有強的耐酸性能,但其耐堿性能差。利用這一性質可用它合成分子篩。

電絕緣性

優質高嶺土具有良好的電絕緣性,利用這一性質可用之制作高頻瓷、無線電瓷。電絕緣性能的高低可以用它的抗電擊穿能力來衡量。

合成方法

(1)為分離高嶺土中的石英、長石、云母、鐵礦物、鈦礦物等非黏土礦物及有機質,生產出能滿足各工業領域需求的高嶺土產品,除了采用重選、浮選、磁選等對高嶺土進行提純除雜外,有時還要采用化學漂白、超細剝片、煅燒、表面改性等深加工方法對高嶺土進行處理。高嶺土的選礦加工分為干法和濕法兩種工藝。</p><p>(1)干法一般是將采出的原礦經過破碎機破碎至25mm左右,給入籠式破碎機中,使粒度減小至6mm左右。碎后的礦石再經配有離心分離機和旋風除塵器的吹氣式雷蒙磨進一步磨細。該工藝可將大部分砂石除去,適用于加工那些原礦白度高、砂石含量低、粒度分布適宜的礦石。干法加工生產成本低,產品通常用于橡膠、塑料及造紙等工業的低價填料。

(2)濕法加工工藝一般將原礦破碎后,經過搗漿、除砂、旋流器分級、剝片、離心機分級、磁選(或漂白)、濃縮、壓濾、干燥即可,這樣得到的產品可用于陶瓷或造紙涂料。如果制備填料級或造紙涂料級高嶺土則需要增加煅燒工藝,即原礦粉碎、搗漿、旋流器分級、剝片、離心分級、濃縮、壓濾、內蒸干燥、煅燒、解聚等。

(3)煅燒法 煅燒是為生產特殊高嶺土產品而廣泛應用的方法。它有4個煅燒溫度范圍:500~700℃、925℃、1000℃、1400℃。在不同溫度下煅燒,所得的產品應用范圍也不同,只脫除羥基的煅燒高嶺土用作電纜塑料和橡膠密封圈的填料;經1000℃煅燒的高嶺土可代Tio2,用作紙張填料;經過1300~1525℃煅燒的高嶺土可用作耐火制品的填料、光學玻璃坩堝內襯等。

(4)剝片法 為了制取涂料級高嶺土產品,必須把較厚的疊層狀高嶺土剝成薄片,剝片的方法有濕法研磨、擠壓和化學藥劑浸泡法。①濕法研磨法 將高嶺土配制成固體氣量40%左右的礦漿,加入分散劑后,添加有研磨介質(如石英砂、瓷珠、玻璃珠、尼龍聚乙烯珠等)的研磨機內,研磨一定時間后、過篩,再經沉淀分級即得。②擠壓法 將高嶺土礦漿送至高壓均漿器中,將高壓均漿器加壓到20~35Mpa,然后由噴嘴噴出,由于壓力突然降低,使高嶺土晶體疊層“松動”。高速噴出的料漿噴射到葉輪上,突然改變運動方向,使松動的晶體疊層發生剝離。③化學藥劑浸泡法 用尿素的飽和溶液浸泡高嶺土粉,同時加熱至30~80℃,再添加少量的分散劑,使高嶺土充分分散后,進行高速攪拌,從而使晶體疊層剝離。也可用聯苯胺、乙酰胺等代替尿素。將AlCl3的中性水溶液與Na2SiO3按照1∶0.75到1∶5的比例混合,產生沉淀。在110℃下干燥,即得到Al2O3·2SiO2·2H2O。

(5)將高嶺土磨細,洗滌去砂,用無機酸處理,水洗至近中性,在3 3 0℃以上脫水而成

加工方式

就高嶺土目前加工方式而言,有機械粉碎和氣流粉碎兩種方式。而機械粉碎一般粉碎到300目-1000目左右,但其粉碎加工為機械方式,因此粉碎細粉里有鐵含量增加與其他雜質,對應用純度要求較高行業而言,有缺陷;氣流粉碎由于采取物料與物料之間相互碰撞與剪切,沒有粉碎介質參與,因而有效保障了物料的純度,從而滿足純度要求較高行業的應用效率,同時氣流粉碎機的粉碎細度可達5000目(細度范圍可調1000目-5000目)。

相關傳說.

關于高嶺土的來歷,頗具迷人色彩。在高嶺村,世代流傳著這樣一個動人的傳說:高嶺山下的村莊里,住著一對高姓夫婦,靠租種別的田地養家糊口,盡管他們自已衣不蔽體,食不果腹。但他們心地善良,常常舍已為人。在一年冬天,北風呼嘯,滴水成冰,一個衣衫破舊的白發老人僵臥高家屋檐,高氏夫婦發現后,將其扶進屋,為他暖身,并借米熬粥給他喝,使老人恢復神智。老人臨走時指點高家夫婦,叫他們去高嶺山的峰頂,不停息地一連挖九九八十一鋤,會有奇跡發生。高家夫婦依老人所言,鋤下呈現的是“糯米粉”,因其中滲透了山水,不能吃;但可做成如玉般的瓷器,于是,他們夫婦按夢所示,和高嶺村村民一起上山采泥、做坯、燒瓷。瓷器堅挺、潔白、瑩潤可愛,從此,高嶺土便聲名遠揚,身價百倍。

【應用信息】

煅燒高嶺土是專門用于在紙填充或涂層領域。

它能作用在不含木漿紙和機械用紙中,同時在對板和印刷光澤度影響最小的情況下,來提高亮度,透明度,抗起泡性和墨感受性。煅燒高嶺土可顯著展開其中的二氧化鈦,改善油墨感受,膠能力以及幫助控制粘合劑融合。相比其他煅燒高嶺土產品, 在高固體中已經有很高的剪切流變學,協助提高在干燥的環境中的涂層色和減少能源消耗。

國內發展

質純的高嶺土具有白度高、質軟、易分散懸浮于水中、良好的可塑性和高的粘結性、優良的電絕緣性能;具有良好的抗酸溶性、很低的陽離子交換量、較好的耐火性等理化性質。因此高嶺土已成為造紙陶瓷橡膠、化工、涂料、醫藥和國防等幾十個行業所必需的礦物原料。高嶺土在造紙工業的應用十分廣泛。主要有兩個領域,一個是在造紙(或稱抄紙)過程中使用的填料,另一個是在表面涂布過程中使用的顏料。

世界高嶺土資源豐富,分布較為廣泛。美國、英國、巴西、印度、保加利亞、澳大利亞、中國、俄羅斯等國家有優質高嶺土資源。目前,世界已查明高嶺土資源量約為209億噸。我國現已探明的高嶺土地質儲量20億噸左右,其中廣東4.72億噸,福建1.68億噸,廣西5.6億噸,江西1.09億噸,湖南0.80億噸,江蘇0.54億噸,另煤系高嶺土16.7億噸,主要分布在內蒙、山西、山東、安徽、遼寧、陜西等省區。目前,全國縣以上高嶺土生產企業有100多家,鄉鎮企業達700多家,原礦年生產能力超過600萬t,選礦能力180萬t。主要集中在江蘇蘇州、廣東茂名和湛江、福建龍巖、廣西北海、湖南醴陵和衡陽、江西景德鎮和宜春等地。煅燒高嶺土則主要集中在山西和內蒙等地。生產能力在10萬噸以上的礦山企業有:江蘇蘇州中國高嶺土公司和廣東湛江高嶺土公司。

國內高嶺土的消費領域,涉及陶瓷(日用陶瓷、建筑陶瓷、衛生陶瓷、工藝美術陶瓷、高壓電瓷、低壓電瓷、高頻瓷、無線電瓷)、造紙、橡膠、塑料、搪瓷、石油化工、涂料、油墨、光學玻璃、玻璃纖維、化纖、砂輪、建材、化肥、農藥和殺蟲劑載體、膠水、耐火材料等行業。產品已有十多個系列,近60-70個品種。

未來幾年,我國高嶺土消費需求仍將保持增長態勢,這樣的增長除了在陶瓷和造紙兩大應用領域外。油漆涂料是我國高嶺土最大的消費領域。特別是中國涂料的迅速發展,目前我國高嶺土年生產能力超過600萬噸,2010年高嶺土需求總規模超過700萬噸。2012年國內高嶺土消費需求量達到800多萬噸,預計到2015年,我國高嶺土消費需求量將達到971萬噸左右,未來前景可期。

隨著高嶺土應用市場正在擴大,但資源卻開始出現緊缺。近年高嶺土企業不斷加大資源整合力度,為以后業務發展提供資源基礎。未來控制優質的高嶺土資源企業將會占領高嶺土產業的制高點。也就是說對于高嶺土企業來說,未來的市場的核心競爭力在于企業握有高嶺土礦業的質量與數量,這將會是一場激烈的資源爭奪戰。預計到2013年,全球對高嶺土的需求量將達到2480萬噸,增幅1.7%,超過2003-2008年幾年間的增幅。預計造紙業和涂料市場對高嶺土的需求量會有所增長,從而彌補陶瓷市場對高嶺土的需求期望量的降低。[5]

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