第4章3高岭土

1、第第4章硅酸盐矿物章硅酸盐矿物之之4.3 高岭土高岭土郑水林中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院电话提 纲纲n矿石性质与矿物结构矿石性质与矿物结构n应用领域与技术指标要求应用领域与技术指标要求n加工技术加工技术n选矿提纯选矿提纯n超细粉碎超细粉碎n煅烧煅烧n表面改性表面改性431矿石性质与矿物结构矿石性质与矿物结构n高岭石(土)（Kaolinite）主要由小于2m的微细片状或管状高岭石族矿物组成。n结构：1：1型层状硅酸盐,即一个SiO4四面体层与一个AlO2(OH)4八面体层连接而成，层间为氢氧键。基本结构单元沿晶体c轴方向重复堆叠组成高岭石晶体，相邻的结构单元层

2、通过铝氧八面体的OH与相邻硅氧四面体的O以氢键相联系，晶体常呈假六方片状，易沿001方向裂解为小的薄片 Si-O 四面体片 Al-(O,OH)八面体片 d=7.15 O2+ (OH)- Si4+ Al3+ 高岭石的微观结构431矿石性质与矿物结构矿石性质与矿物结构n高岭石族矿物高岭石族矿物矿物名称 理论化学组成/% 莫氏硬度 密度 g/cm3 颜色 Al2O3SiO2H2O高岭石 39.50 46.54 13.96 22.5 2.609 白、灰白、黄、浅红 珍珠石 39.50 46.54 13.96 2.53 2.581 蓝白、黄白 地开石 39.50 46.54 13.80 2.53 2.5

3、89 白、灰白7埃洛石34.66 40.90 24.44122.0 白、灰绿、黄、蓝、红 431矿石性质与矿物结构矿石性质与矿物结构n理化特性：理化特性：n颜色：颜色：白色或近于白色，最高白度95%；n硬度：硬度：软质一般为12，硬质有时达34；n可塑性：可塑性：良好的成型、干燥和烧结性能；n分散性：分散性：在水中易分散、悬浮，能形成稳定性良好的悬浮液；n电绝缘性：电绝缘性：200时电阻率1010.cm，频率50Hz时击穿电压25kV/mn，可用于电缆填料；n化学稳定性：化学稳定性：高岭土具有良好的抗酸溶性；n阳离子交换量（阳离子交换量（CECCEC）：）：一般35nmol/100g。 431

4、矿石性质与矿物结构矿石性质与矿物结构- -热性质热性质 n耐火度：耐火度：高岭土的化学成分为A12O3和SiO2，所以具有优良的耐火性能，耐火度为17701790。n高岭土的加热变化（热性质）如下：n110左右排出各种吸附水；110400时排出层间水；温度继续升高后，在不同煅烧温度下的化学反应如下：n 450750n Al2O32SiO22H2O Al2O32SiO2+2H2On 高岭石高岭石 偏高岭石偏高岭石n 925980n 2（Al2O32SiO2）2 Al2O33SiO2+ SiO2n 偏高岭石偏高岭石 硅铝尖晶石硅铝尖晶石n 1050n 2 Al2O33SiO2 2 Al2O3SiO

5、2+2 SiO2n 硅铝尖晶石硅铝尖晶石 似莫来石似莫来石431矿石性质与矿物结构矿石性质与矿物结构n矿石类型及特征：矿石类型及特征：n根据其成因、质量、可塑性和砂质（石英、长石、云母等矿物粒径50m）的含量，可划分为硬质高岭岩（土）、软质高岭土和砂质高岭土三种工业类型n硬质高岭土硬质高岭土( (岩岩):):质硬（莫氏硬度34）无可塑性，粉碎细磨后才有可塑性。该类高岭土包括以煤层的顶板、底板、夹矸形式产出或赋存于距煤层较近的所谓煤系高岭岩，此种高岭岩（土）由于含有有机质及杂质而呈黑灰、褐、淡绿、灰绿等色，致密块状或砂状n软质高岭土：软质高岭土：质软，可塑性一般较强，砂质含量50% n砂质高岭土

6、：砂质高岭土：质松软，可塑性一般较弱，除砂后可塑性较强，砂质含量50% 硬质高岭土硬质高岭土( (岩岩) )砂质高岭土软质高岭土软质高岭土4 43 32 2应用领域与技术指标要求应用领域与技术指标要求n（1 1）主要应用领域主要应用领域n陶瓷工业陶瓷工业：日用与建筑卫生陶瓷、电瓷、化工耐腐蚀陶瓷、工艺美术陶瓷、特种陶瓷等 n造纸工业造纸工业：填料，铜板纸、涂布白纸板、涂布纸等的涂料或颜料 n涂料工业涂料工业：填料和颜料n耐火材料及水泥耐火材料及水泥：光学玻璃和玻璃纤维用坩锅、耐火砖、匣钵、耐火泥、白水泥等n塑料、橡胶、电缆塑料、橡胶、电缆：橡胶、塑料的填料，电缆的绝缘填料等 n石油化工石油化工

7、：石油裂解催化剂载体、分子筛、吸附剂等n医药、轻工医药、轻工：吸附剂、医药涂层、添加剂、漂白剂、化妆品、铅笔、颜料等 n农业农业：化肥、农药、杀虫剂等载体等 4 43 32 2应用领域与技术指标要求应用领域与技术指标要求n（2 2）技术指标要求）技术指标要求n高岭土的应用领域不同，其质量要求也不同。n化学成分：造纸涂料、电瓷、耐火坩锅、石化载体等要求高岭土Al2O3和SiO2的含量接近理论值；日用与建筑卫生陶瓷、白水泥、橡塑填料等对Al2O3含量的要求可适当放低，SiO2的含量可酌情高些；电缆填料不仅要求纯度高，而且对其体积电阻率有较高要求，对Fe2O3、TiO2、SO3等有害成分含量有严格要

8、求；CaO、MgO、K2O、Na2O的含量允许值，不同用途也不尽相同。n物理性能：各应用领域要求的侧重点更为明显，造纸涂料主要要求高白度、低黏度及细的粒度；陶瓷工业要求良好的可塑性、成型性能和烧成白度；耐火材料要求较高的耐火度；搪瓷工业要求良好的悬浮性等。n2008年我国颁布了新的高岭土国家标准(GB/T 14563-2008)，内容包括等级划分；外观质量要求；造纸、搪瓷、橡塑、陶瓷、涂料用高岭土的化学成分和物理性能要求等 433加工技术加工技术 n（1 1）选矿提纯）选矿提纯n原矿杂质含量较少、白度较高、含铁杂质少、主要杂质原矿杂质含量较少、白度较高、含铁杂质少、主要杂质为砂质（石英、长石等

9、）的高岭土，可采用简单的粉碎为砂质（石英、长石等）的高岭土，可采用简单的粉碎后风选分级的方法除去（即干法选矿）后风选分级的方法除去（即干法选矿）n杂质含量较多、白度较低、砂质矿物及铁质矿物含量较杂质含量较多、白度较低、砂质矿物及铁质矿物含量较高的高岭土，一般要综合采用重选（除砂）、强磁选或高的高岭土，一般要综合采用重选（除砂）、强磁选或高梯度磁选（除铁、钛矿物）、化学漂白（除铁质矿物高梯度磁选（除铁、钛矿物）、化学漂白（除铁质矿物并将三价铁还原为二价铁）、浮选（与含铝矿物，如明并将三价铁还原为二价铁）、浮选（与含铝矿物，如明矾石分离或除去锐钛矿）等方法矾石分离或除去锐钛矿）等方法n有机质含量较

10、高的高岭土，除前述方法外，还要采用打有机质含量较高的高岭土，除前述方法外，还要采用打浆后筛分（除植物纤维）和煅烧（除有机泥炭）等方法。浆后筛分（除植物纤维）和煅烧（除有机泥炭）等方法。433加工技术加工技术n（1 1）选矿提纯）选矿提纯- - 软质和砂质高岭土软质和砂质高岭土 n原则工艺流程：原则工艺流程：n原矿原矿堆存或混匀堆存或混匀制浆制浆除植物纤维除植物纤维分级除分级除砂砂磁选磁选漂白漂白压滤脱水压滤脱水干燥干燥n还原漂白原理：还原漂白原理：nFe2O3+ Na2S2O4+H2SO4Na2SO4+2FeSO3+H2O 433加工技术加工技术n（1 1）选矿提纯）选矿提纯- - 硬质高岭土

11、硬质高岭土n破碎筛分采用颚式破碎机、对辊破碎机、振动筛等；磨粉采用悬辊磨（雷蒙磨）、机械冲击磨、球磨机等；干法分级除砂采用涡轮式空气分级机，湿法分级采用旋流器组或卧式螺旋卸料沉降式离心机；干式磁选主要采用振动式强磁选机（永磁或电磁），湿式磁选主要采用湿式强磁选机或高梯度磁选机。n我国储量丰富的煤层共/伴生高岭岩（统称为“煤系高岭土”）中含有一定量的煤泥或炭质,严重影响高岭土的白度。目前去除这些炭质的主要方法是煅烧。通过煅烧不仅可以有效去除炭质，显著提高煤系高岭土的白度，同时可以脱除高岭石中高达14%左右的结晶水，变成一种新的功能粉体材料煅烧高岭土 433加工技术加工技术（2 2）超细粉碎）超细

12、粉碎 分干法和湿法两种。分干法和湿法两种。n干法干法主要用于硬质高岭土或高岭岩的超细粉碎，特别是用于直接加工成满足用户要求的超细粉，产品细度一般是d9010m，加工设备主要采用机械旋冲式的超细粉磨机、球磨机、干法搅拌磨等；为了控制产品细度和粒度分布，常需要配置精细分级设备，如LHB型、ATP型、MS及MSS型气流分级机。n湿法湿法主要用于软质和砂质高岭土除砂和除杂后的超细粉碎，特别是用于加工d802m或d902m的涂料级产品，也是工业上用硬质高岭土或高岭石加工d80 2m或d902m的造纸涂料级高岭土产品所必须采用的超细粉碎方法。433加工技术加工技术n（2 2）超细粉碎）超细粉碎- -湿法湿

13、法n湿式超细粉碎又称为剥片，意即将较厚的叠层状的高岭土剥分成较薄的小薄片。n剥片的方法有湿法研磨、挤压和化学浸泡等。 433加工技术加工技术n（2 2）超细粉碎）超细粉碎- -湿法剥片湿法剥片n研磨法：借助于研磨介质的相对运动对颗粒产生剪切、冲击和磨剥作用，使其沿层间剥离成薄片状微细颗粒。常用设备是研磨剥片机、搅拌磨、砂磨机等。研磨介质常用氧化铝珠、刚玉珠、氧化锆珠、天然石英砂等，粒径0.83。n挤压法：采用高压均浆机。工作原理：活塞泵使均浆器料筒内的高岭土料浆加压到2060Mpa，高压料浆从均浆器的喷嘴以大于950m/s的线速度相互磨挤喷出；因压力突降，使料浆内高岭土晶体叠层产生“松动”，高

14、速喷出的料浆射到常压区的叶轮上，突然改变运动方向，产生很强的穴蚀效应，松动了的晶体叠层在穴蚀作用下沿层间剥离。n化学浸泡法：利用化学药剂对高岭土进行浸泡，药剂浸入到晶体叠层以氢键结合的晶面间使晶面间的结合力变弱，晶体叠层出现松解，此时再施以较小的外力，即可使叠层的晶片剥离。使用的药剂有尿素、联苯胺、乙酰胺等。433加工技术加工技术n（3 3）煅烧）煅烧n煅烧是高岭土的重要加工工艺之一。n通过煅烧加工，高岭土脱除了结构或结晶水、炭质及其它挥发性物质，变成偏高岭石，商品名称为“煅烧高岭土”。煅烧高岭土具有白度高、容重小、比表面积和孔体积大、吸油性、遮盖性和耐磨性好、绝缘性和热稳定性高等特性，广泛应

15、用于油漆涂料、造纸、塑料、橡胶、化工、医药、环保、高级耐火材料等领域。n煅烧加工已成为高岭土（岩）加工的专门技术。 433加工技术加工技术n（3 3）煅烧）煅烧- -工艺与设备工艺与设备n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：n 高岭土高岭土破碎破碎粉磨粉磨调浆调浆超细研磨剥片超细研磨剥片干燥干燥打散解聚打散解聚煅烧煅烧打散解聚打散解聚分级分级 包装包装n粉磨一般采用雷蒙磨、机械冲击磨机和球磨机等；干燥一般采用离心或压力喷雾干燥机；湿式超细研磨采用搅拌磨或研磨剥片机，研磨产品细度一般是d902m；打散解聚采用高速涡旋磨；分级采用涡轮式空气分级机。

16、煅烧采用直焰式或隔焰式回转窑，煅烧温度一般为9001050。433加工技术加工技术- -煅烧高岭土煅烧高岭土433加工技术加工技术- -煅烧高岭土煅烧高岭土433 加工技术加工技术- -煅烧高岭土煅烧高岭土原原料料破破碎碎与与筛筛选选4 43 33 3加工技术加工技术- -煅烧高岭土煅烧高岭土雷蒙磨磨粉雷蒙磨磨粉433加工技术加工技术- -煅烧高岭土煅烧高岭土搅拌磨超细研磨搅拌磨超细研磨4 43 33 3加工技术加工技术- -煅烧高岭土煅烧高岭土喷雾干燥喷雾干燥打散解聚打散解聚4 43 33 3加工技术加工技术- -煅烧高岭土煅烧高岭土煅烧（直焰式回转窑煅烧（直焰式回转窑433加工技术加工技术- -煅烧高岭土煅烧高岭土包 装433加工技术加工技术n（4 4）表面改性）表面改性n有机表面改性有机表面改