高嶺土的作用和用途

高嶺土作用

  質(zhì)純的高嶺土具有白度高、質(zhì)軟、易分散懸浮于水中、良好的可塑性和高的粘結(jié)性、優(yōu)良的電絕緣性能；具有良好的抗酸溶性、很低的陽(yáng)離子交換量、較好的耐火性等理化性質(zhì)。因此高嶺土已成為造紙、陶瓷、橡膠、化工、涂料、醫(yī)藥和國(guó)防等幾十個(gè)行業(yè)所必需的礦物原料。有報(bào)道稱(chēng)，日本還有將高嶺土用于代替鋼鐵制造切削刀具、車(chē)床鉆頭和內(nèi)燃機(jī)外殼等方面應(yīng)用。特別是最近幾年，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，使得高嶺土的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，一些高新技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)始大量運(yùn)用高嶺土作為新材料，甚至原子反應(yīng)堆、航天飛機(jī)

和宇宙飛船的耐高溫瓷器部件，也用高嶺土制成。

高嶺土用途

  目前，全球高嶺土總產(chǎn)量約為4000萬(wàn)噸(該數(shù)據(jù)屬于簡(jiǎn)單的國(guó)與國(guó)產(chǎn)量的相加，其中沒(méi)有統(tǒng)計(jì)原礦的貿(mào)易量，包含較多的重復(fù)計(jì)算)，其中精制土約為2350萬(wàn)噸。造紙工業(yè)是精制高嶺土最大的消費(fèi)部門(mén)，約占高嶺土總消費(fèi)量的60%。據(jù)加拿大Temanex咨詢公司提供的數(shù)據(jù)，2000年全球紙和紙板總產(chǎn)量約為31900萬(wàn)噸，全球造紙涂料用

高嶺土總用量為約1360萬(wàn)噸。

高嶺土在造紙工業(yè)的應(yīng)用十分廣泛。主要有兩個(gè)領(lǐng)域，一個(gè)是在造紙(或稱(chēng)抄紙)過(guò)程中使用的填料，另一個(gè)是在表面涂布過(guò)程中使用的顏料。對(duì)于一般文化紙，填料量占紙重量的10-20%。對(duì)于涂布紙和紙板(主要包括輕量涂布紙、銅版紙和涂布紙板)，除了需要填料外，還需要顏料，填、顏料用的高嶺土所占比重為紙重的20-35%。高嶺土應(yīng)用于造紙，能夠給予紙張良好的覆蓋性能和良好的涂布光澤性能，還能增加紙張的白度、不透明度，光滑度及印刷適性，極大改

善紙張的質(zhì)量。

工藝特性

　1．白度和亮度

白度是高嶺土工藝性能的主要參數(shù)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(duì)陶瓷原料來(lái)說(shuō)，煅燒后的白度更為重要，煅燒白度越高則質(zhì)量越好。陶瓷工藝規(guī)定烘干105℃為自然白度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，煅燒1300℃為煅燒白度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。白度可用白度計(jì)測(cè)定。白度計(jì)是測(cè)量對(duì)3800—7000 ?波長(zhǎng)光的反射率的裝置。在白度計(jì)中，將待測(cè)樣與標(biāo)準(zhǔn)樣(如BaSO4、MgO等)的反射率進(jìn)行對(duì)比，即白度值(如白度90即表示相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)樣反射率的90%)。

　亮度是與白度類(lèi)似的工藝性質(zhì)，相當(dāng)于4570 ?波長(zhǎng)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(jī)質(zhì)有關(guān)。一般含F(xiàn)e2O3呈玫瑰紅、褐黃色；含F(xiàn)e2+呈淡藍(lán)、淡綠色；含MnO2呈淡褐色；含有機(jī)質(zhì)則呈淡黃、灰、青、黑等色。這些雜質(zhì)存在，降低了高嶺土的自然白度，其中鐵、鈦礦物還會(huì)影響煅燒白度，使瓷器出現(xiàn)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(xù)的不同粒級(jí)(以毫米或微米篩孔的網(wǎng)目表示)范圍內(nèi)所占的比例(以百分含量表示)。高嶺土的粒度分布特征對(duì)礦石的可選性及工藝應(yīng)用具有重要意義，其顆粒大小，對(duì)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(jìn)行技術(shù)加工處理，是否易于加工到工藝所要求的細(xì)度，已成為評(píng)價(jià)礦石質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一。各工業(yè)部門(mén)對(duì)不同用途的高嶺土都有具體的粒度和細(xì)度要求。如美國(guó)對(duì)用作涂料的高嶺土要求小于2μm的含量占90—95%，造紙?zhí)盍闲∮?μm的占78—80%。

　　3．可塑性

　高嶺土與水結(jié)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(zhì)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(chǔ)，也是主要的工藝技術(shù)指標(biāo)。通常用可塑性指數(shù)和可塑性指標(biāo)來(lái)表示可塑性的大小。可塑性指數(shù)是指高嶺土泥料的液限含水率減去塑限含水率，以百分?jǐn)?shù)表示，即W塑性指數(shù)=100(W液性限度-W塑性限度)。可塑性指標(biāo)代表高嶺土泥料的成型性能，用可塑儀直接測(cè)定泥球受壓破碎時(shí)的荷重及變形大小可得，以kg•cm表示，往往可塑性指標(biāo)越高，其成型性能越好。高嶺土的可塑性可分為四級(jí)。

可塑性強(qiáng)度可塑性指數(shù)可塑性指標(biāo)

強(qiáng)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

4．結(jié)合性

結(jié)合性指高嶺土與非塑性原料相結(jié)合形成可塑性泥團(tuán)并具有一定干燥強(qiáng)度的性能。結(jié)合能力的測(cè)定，是在高嶺土中加入標(biāo)準(zhǔn)石英砂(其質(zhì)量組成0.25—0.15粒級(jí)占70%，0.15—0.09mm粒級(jí)占30%)。以其仍能保持可塑泥團(tuán)時(shí)的最高含砂量及干燥后的抗折強(qiáng)度來(lái)判斷其高低，摻入的砂越多，則說(shuō)明這種高嶺土結(jié)合能力就越強(qiáng)。通常凡可塑性強(qiáng)的高嶺土結(jié)合能力也強(qiáng)。

5．粘性和觸變性

　粘性是指流體內(nèi)部由于內(nèi)摩擦作用而阻礙其相對(duì)流動(dòng)的一種特征，以粘度來(lái)表示其大小(作用于1單位面積的內(nèi)摩擦力)，單位是Pa•s。粘度的測(cè)定，一般采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，以在含70%固含量的高嶺土泥漿中的轉(zhuǎn)速來(lái)衡量。在生產(chǎn)工藝中，粘度具有重要意義，它不僅是陶瓷工業(yè)的重要參數(shù)，對(duì)造紙工業(yè)影響也很大。據(jù)資料表明，國(guó)外用高嶺土作涂料，在低速涂布時(shí)要求粘度約0.5Pa•s，高速涂布時(shí)要求小于1.5Pa•s。

觸變性指已經(jīng)稠化成凝膠狀不再流動(dòng)的泥漿受力后變?yōu)榱黧w，靜止后又逐漸稠化成原狀的特性。以厚化系數(shù)表示其大小，采用流出粘度計(jì)和毛細(xì)管粘度計(jì)測(cè)定。

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

6．干燥性能

  干燥性能指高嶺土泥料在干燥過(guò)程中的性能。包括干燥收縮、干燥強(qiáng)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(chǎn)生的收縮。高嶺土泥料一般在40—60℃至多不超過(guò)110℃溫度下就發(fā)生脫水而干燥，因水分排出，顆粒距離縮短，試樣的長(zhǎng)度和體積就要發(fā)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(zhǎng)度及體積變化的百分?jǐn)?shù)表示。高嶺土的干燥線收縮一般在3—10%。粒度越細(xì)，比表面積越大，可塑性越好，干燥收縮越大。同一類(lèi)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(guò)大，坯體容易發(fā)生變形或開(kāi)裂。

干燥強(qiáng)度指泥為干燥至恒重后的抗折強(qiáng)度。

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

7．燒結(jié)性

　燒結(jié)性是指將成型的固體粉狀高嶺土坯體加熱至接近其熔點(diǎn)(一般超過(guò)1000℃)時(shí)，物質(zhì)自發(fā)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(dá)到最大值的狀態(tài)，稱(chēng)為燒結(jié)狀態(tài)，相應(yīng)的溫度稱(chēng)為燒結(jié)溫度。繼續(xù)加熱時(shí)，試樣中的液相不斷增加，試樣開(kāi)始變形，此時(shí)溫度即稱(chēng)轉(zhuǎn)化溫度。燒結(jié)溫度與轉(zhuǎn)化溫度的間隔稱(chēng)燒結(jié)范圍。燒結(jié)溫度和燒結(jié)范圍在陶瓷工業(yè)中是決定坯料配方、選擇窯爐類(lèi)型的重要參數(shù)。試料以燒結(jié)溫度低、燒結(jié)范圍寬(100—150℃)為宜，工藝上可以用摻配助熔原料及將不同類(lèi)型的高嶺土按比例摻配的方法控制燒結(jié)溫度及燒結(jié)范圍。

8．燒成收縮

　燒成收縮性是指已干燥的高嶺土坯料在燒成過(guò)程中，發(fā)生一系列物理化學(xué)變化(脫水作用、分解作用、生成莫來(lái)石，易熔雜質(zhì)熔化生成玻璃相充填于質(zhì)點(diǎn)間的空隙等)，而導(dǎo)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(dǎo)致坯體開(kāi)裂。另外，焙燒時(shí)，坯料中若混有大量的石英，它將發(fā)生晶型轉(zhuǎn)化(三方→六方)，使其體積膨脹，也會(huì)產(chǎn)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(yè)下發(fā)生軟化并開(kāi)始熔融時(shí)溫度稱(chēng)耐火度。其可采用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫錐或高溫顯微直接測(cè)定，也可用M．A．別茲別洛道夫經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。

耐火度t(℃)=[360+Al2O3-R2O]/0.228

式中：Al2O3為SiO2和Al2O3分析結(jié)果之和為100時(shí)其中Al2O3所占的質(zhì)量百分比；R2O為SiO2和Al2O3分析結(jié)果之和為100時(shí)其它氧化物所占的質(zhì)量百分比。

通過(guò)此公式計(jì)算耐火度的誤差在50℃以內(nèi)。

耐火度與高嶺土的化學(xué)組成有關(guān)，純的高嶺土的耐火度一般在1700℃左右，當(dāng)水云母、長(zhǎng)石含量多，鉀、鈉、鐵含量高時(shí)，耐火度降低，高嶺土的耐火度最低不小于1500℃。工業(yè)部門(mén)規(guī)定耐火材料的R2O含量小于1.5—2%，F(xiàn)e2O3小于3%。

10．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(chēng)反絮凝性。一般粒度越細(xì)小，懸浮性就越好。用于搪瓷工業(yè)的高嶺土要求有良好的懸浮性。一般據(jù)分散于水中的樣品經(jīng)一定時(shí)間的沉降速度來(lái)確定其懸浮性能的好壞。

11．可選性

可選性是指高嶺土礦石經(jīng)手工挑選，機(jī)械加工和化學(xué)處理，以除去有害雜質(zhì)，使質(zhì)量達(dá)到工業(yè)要求的性能。高嶺土的可選性取決于有害雜質(zhì)的礦物成分、賦存狀態(tài)、顆粒大小等。石英、長(zhǎng)石、云母、鐵、鈦礦物等均屬有害雜質(zhì)。高嶺土選礦主要包括除砂、除鐵、除硫等項(xiàng)目。

12．離子吸附性及交換性

高嶺土具有從周?chē)橘|(zhì)中吸附各種離子及雜質(zhì)的性能，并且在溶液中具較弱的離子交換性質(zhì)。這些性能的優(yōu)劣主要取決于高嶺土的主要礦物成分，見(jiàn)表8。

表8 不同類(lèi)型高嶺土的陽(yáng)離子交換容量

　礦物成份特點(diǎn)陽(yáng)離子交換容量

高嶺石為主2—5mg/100g

埃洛石為主13mg/100g

含有機(jī)質(zhì)（球土）10—120mg/100g

13．化學(xué)穩(wěn)定性

高嶺土具有強(qiáng)的耐酸性能，但其耐堿性能差。利用這一性質(zhì)可用它合成分子篩。

14．電絕緣性

　優(yōu)質(zhì)高嶺土具有良好的電絕緣性，利用這一性質(zhì)可用之制作高頻瓷、無(wú)線電瓷。電絕緣性能的高低可以用它的抗電擊穿能力來(lái)衡量。