高嶺土介紹

高嶺土是一種非金屬礦產(chǎn)，是一種以高嶺石族粘土礦物為主的粘土和粘土巖。因呈白色而又細膩，又稱白云土。因江西省景德鎮(zhèn)高嶺村而得名。

其質(zhì)純的高嶺土呈潔白細膩、松軟土狀，具有良好的可塑性和耐火性等理化性質(zhì)。其礦物成分主要由高嶺石、埃洛石、水云母、伊利石、蒙脫石以及石英、長石等礦物組成。高嶺土用途十分廣泛，主要用于造紙、陶瓷和耐火材料，其次用于涂料、橡膠填料、搪瓷釉料和白水泥原料，少量用于塑料、油漆、顏料、砂輪、鉛筆、日用化妝品、肥皂、農(nóng)藥、醫(yī)藥、紡織、石油、化工、建材、國防等工業(yè)部門。

組成成分

高嶺土類礦物是由高嶺石、地開石、珍珠石、埃洛石等高嶺石簇礦物組成，主要礦物成分是高嶺石。

高嶺石的晶體化學式為2SiO2·Al2O3·2H2O，其理論化學組成為46.54%的SiO2，39.5%的Al2O3，13.96%的H2O。高嶺土類礦物屬于1:1型層狀硅酸鹽，晶體主要由硅氧四面體和鋁氫氧八面體組成，其中硅氧四面體以共用頂角的方式沿著二維方向連結(jié)形成六方排列的網(wǎng)格層，各個硅氧四面體未公用的尖頂氧均朝向一邊；由硅氧四面體層和招氧八面體層公用硅氧四面體層的尖頂氧組成了1:1型的單位層 。

物化性質(zhì)

性狀：多無光澤，質(zhì)純時顏白細膩，如含雜質(zhì)時可帶有灰、黃、褐等色。外觀依成因不同可呈松散的土塊狀 及致密狀態(tài)巖塊狀。

密度：2．54-2．60 g/cm³。

熔點：約1785℃。

具有可塑性，濕土能塑成各種形狀而不致破碎，并能長期保持不變。

工藝特性

白度亮度

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—7000Å（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(zhì)，相當于4570Å；（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(zhì)有關(guān)。一般含F(xiàn)e2O3呈玫瑰紅、褐黃色；含F(xiàn)e2+呈淡藍、淡綠色；含MnO2呈淡褐色；含有機質(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、鈦礦物還會影響煅燒白度，使瓷器出現(xiàn)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(xù)的不同粒級（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礦石的可選性及工藝應(yīng)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(shù)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(zhì)量的標準之一。各工業(yè)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?zhí)盍闲∮?μm的占78—80%。

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。通常用可塑性指數(shù)和可塑性指標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，以百分數(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(shù)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

結(jié)合性

結(jié)合性指高嶺土與非塑性原料相結(jié)合形成可塑性泥團并具有一定干燥強度的性能。結(jié)合能力的測定，是在高嶺土中加入標準石英砂（其質(zhì)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(jié)合能力就越強。通常凡可塑性強的高嶺土結(jié)合能力也強。

粘性

粘性是指流體內(nèi)部由于內(nèi)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�。ㄗ饔糜�1單位面積的內(nèi)摩擦力），單位是Pa·s。粘度的測定，一般采用旋轉(zhuǎn)粘度計，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)，對造紙工業(yè)影響也很大。據(jù)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(jīng)稠化成凝膠狀不再流動的泥漿受力后變?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(guān)，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(shù)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(zhì)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(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度及體積變化的百分數(shù)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(fā)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(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。

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（一般超過1000℃）時，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，試樣中的液相不斷增加，試樣開始變形，此時溫度即稱轉(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。

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，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，也會產(chǎn)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(yè)下發(fā)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(jīng)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(jié)果之和為100時其中Al2O3所占的質(zhì)量百分比；R2O為SiO2和Al2O3分析結(jié)果之和為100時其它氧化物所占的質(zhì)量百分比。

通過此公式計算耐火度的誤差在50℃以內(nèi)。

耐火度與高嶺土的化學組成有關(guān)，純的高嶺土的耐火度一般在1700℃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(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%。

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(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(jīng)手工挑選，機械加工和化學處理，以除去有害雜質(zhì)，使質(zhì)量達到工業(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、除硫等項目。

吸附性

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

含有機質(zhì)（球土）10—120mg/100g

化學穩(wěn)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(zhì)可用它合成分子篩。

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。

分離方式

（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(zhì)，生產(chǎn)出能滿足各工業(yè)領(lǐng)域需求的高嶺土產(chǎn)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。

（1）干法一般是將采出的原礦經(jīng)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(jīng)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(chǎn)成本低，產(chǎn)品通常用于橡膠、塑料及造紙等工業(yè)的低價填料。

（2）濕法加工工藝一般將原礦破碎后，經(jīng)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(chǎn)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(nèi)蒸干燥、煅燒、解聚等。 [4]

（3）煅燒法　煅燒是為生產(chǎn)特殊高嶺土產(chǎn)品而廣泛應(yīng)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(chǎn)品應(yīng)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(jīng)1000℃煅燒的高嶺土可代Tio2，用作紙張?zhí)盍希唤?jīng)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(nèi)襯等。

（4）剝片法　為了制取涂料級高嶺土產(chǎn)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(zhì)（如石英砂、瓷珠、玻璃珠、尼龍聚乙烯珠等）的研磨機內(nèi)，研磨一定時間后、過篩，再經(jīng)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(fā)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(lián)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(chǎn)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

應(yīng)用

工業(yè)用途

高嶺土已成為造紙、陶瓷、橡膠、化工、涂料、醫(yī)藥和國防等幾十個行業(yè)所必需的礦物原料。

陶瓷工業(yè)是應(yīng)用高嶺土最早、用量較大的行業(yè)。一般用量為配方的20%～30%。高嶺土在陶瓷中的作用是引入Al2O3，有利于莫來石的生成，提高其化學穩(wěn)定性和燒結(jié)強度，在燒成中高嶺土分解生成莫來石，形成坯體強度的主要框架，可防止制品的變形，使燒成溫度變寬，還能使坯體具有一定的白度。同時，高嶺土具有一定的可塑性、粘結(jié)性、懸浮性和結(jié)合能力，賦予瓷泥、瓷釉良好的成形性，使陶瓷泥坯有利于車坯及注漿，便于成形。如用在電線中，可以增加絕緣性，降低其介電損耗。

陶瓷不僅對高嶺土的可塑性、結(jié)合性、干燥收縮、干燥強度、燒結(jié)收縮、燒結(jié)性質(zhì)、耐火度及燒后白度等有嚴格要求，而且涉及到化學特性，特別是鐵、鈦、銅、鉻、錳等致色元素的存在，使燒后白度降低，產(chǎn)生斑點。

對高嶺土的粒度要求一般是越細越好，使瓷泥具有良好的可塑性和干燥強度，但對要求快速澆鑄、加快注漿速度和脫水速度的澆鑄工藝，需提高配料的粒度。此外，高嶺土中高嶺石結(jié)晶程度的差異，也將明顯影響瓷坯的工藝性能，結(jié)晶程度好，則可塑性、結(jié)合能力就低，干燥收縮小，燒結(jié)溫度高，其雜質(zhì)含量也減少;反之，則其可塑性就高，干燥收縮大，燒結(jié)溫度較低，相應(yīng)雜質(zhì)含量也偏高。