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，日本還有將高嶺土用于代替鋼鐵制造切削刀具、車床鉆頭和內(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2350萬噸。造紙工業(yè)是精制高嶺土最大的消費(fèi)部門，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31900萬噸，全球造紙涂料用

高嶺土總用量為約1360萬噸。

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(或稱抄紙)過程中使用的填料，另一個(gè)是在表面涂布過程中使用的顏料。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)陶瓷原料來說，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?？伤苄允歉邘X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)來表示可塑性的大小?？伤苄灾笖?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)度來判斷其高低，摻入的砂越多，則說明這種高嶺土結(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，粒度及陽離子類型有關(guān)，一般，蒙脫石含量多的，顆粒細(xì)的，交換性陽離子以鈉為主的，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(fā)生變形或開裂。

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(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)，稱為燒結(jié)狀態(tài)，相應(yīng)的溫度稱為燒結(jié)溫度。繼續(xù)加熱時(shí)，試樣中的液相不斷增加，試樣開始變形，此時(shí)溫度即稱轉(zhuǎn)化溫度。燒結(jié)溫度與轉(zhuǎn)化溫度的間隔稱燒結(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)生軟化并開始熔融時(shí)溫度稱耐火度。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

高嶺土具有從周圍介質(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，見表8。

表8 不同類型高嶺土的陽離子交換容量

　礦物成份特點(diǎn)陽離子交換容量

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。