高嶺土指標及應(yīng)用

1、高嶺土指標及應(yīng)用高齡土的用途質(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)藥和國防等幾十個行業(yè)所必需的礦物原料。有報道稱，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)域開始大量運用高嶺土作為新材料，甚至原子反應(yīng)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。目前，全球高嶺土總產(chǎn)量約為4000 萬噸（該數(shù)據(jù)屬于

2、簡單的國與國產(chǎn)量的相加， 其中沒有統(tǒng)計原礦的貿(mào)易量，包含較多的重復(fù)計算）， 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部門，約占高嶺土總消費量的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。主要有兩個領(lǐng)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。對于一般文化紙，填料量占紙重量的10-20% 。對于涂布紙和紙板（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

3、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。高齡土的工藝特性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 7000 ? 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

4、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4570 ? 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。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（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、

5、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2匹的含量占90 95% ,造紙?zhí)盍闲∮?叩的占 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。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)

6、=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7152.5 3.6弱可塑性1 7<2.5非可塑性<14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

7、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。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流動的一種特征，以粘度來表示其大?。ㄗ饔糜?單位面積的內(nèi)摩擦力），單位是Paso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 So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

8、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。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4060 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

9、百分數(shù)表示。高嶺土的干燥線收縮一般在310% 。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。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（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

10、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。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

11、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。9耐火性在高溫作業(yè)下發(fā)生軟化并開始耐火性是指高嶺土抵抗高溫不致熔化的能力。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

12、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%， Fe2O3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。11 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(xué)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

13、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。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/100g13 化學(xué)穩(wěn)定性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。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

14、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。一、資源狀況中國是世界上高嶺土資源豐富的國家之一，截止1996 年底，保有高嶺土礦產(chǎn)地208處，保有礦石儲量143169萬t,其中B + C級34497萬t（表4.22.10）。礦石儲量大于100 萬 t 的大、中型礦區(qū)有97 處，保有儲量為134 410 2 萬t （B+C級30230 . 7萬t）,占總儲量的94%,小型礦區(qū)111處，保有儲量為8759萬t （B + C級4266 . 3萬t）,占總儲量的6%。此外， 中國還發(fā)現(xiàn)600 多個高嶺土礦點，據(jù)地質(zhì)礦產(chǎn)部礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略分析（ 1984 ），估計中國高嶺土的資源量在12 億

15、 t 以上。另據(jù)近期煤炭部門報道對中國北方石炭紀侏羅紀、第三紀煤系地層中沉積型高嶺土的預(yù)測其遠景資源可達 180 億 t， 由此可見沖國高嶺土的資源總量有可能超過190 億 t， 僅次于美國、原蘇聯(lián)、英國，居世界第4 位。二、資源特點中國高嶺土的礦石類型以砂質(zhì)高嶺土為主，大約占總儲量的60 以上；軟質(zhì)高嶺土和硬質(zhì)高嶺土占總儲量分別為6和5左右；其它未劃分類型的高嶺土占總儲量的27 左右。從礦石質(zhì)量來看，中國高嶺土礦石大多為陶瓷用土，Al2O3 含量（品位）一般為 20左右，最高可達38以上，最低不低于10。過去，中國造紙涂料和填料級的高嶺土比較短缺，1989 年新探明的廣東茂名高嶺土礦，不僅儲

16、量巨大，而且礦石質(zhì)地優(yōu)良，達刮刀涂布級質(zhì)量標準。它的發(fā)現(xiàn)，使中國進入擁有優(yōu)質(zhì)高嶺土資源的大國之列。在全國高嶺土儲量中，造紙級高嶺土占41 06 ，陶瓷級高嶺土占48 35，其它如白水泥級，橡膠級和電瓷用高嶺土合計僅占10.59 。中國高嶺土礦床以中小型為主。在保有的208 個礦產(chǎn)地中，據(jù)高嶺土礦地質(zhì)勘探規(guī)范礦床規(guī)模劃分標準，礦石儲量大于2000 萬 t 的特大型礦有江蘇吳縣觀山礦（ 3421 . 1萬t）、福建龍巖東宮下西礦區(qū)（5172萬t）、江西貴溪縣 上祝礦（2843 . 7萬t）、江西興國縣上壟礦（2167 . 4萬t）、廣東茂名山閣 礦（28633 . 3萬t）、廣東茂名大同礦（566

17、1萬t）、廣西合浦縣十字路北風 塘礦（5294 . 1萬t）、廣西十字路區(qū)龐屋礦（2578 . 1萬t）和陜西府谷縣海 則廟段寨礦（35105萬t）、陜西府谷縣沙川溝礦（2012 . 7萬t）共10處礦 石儲量為2000500萬t的大型礦有25處；礦石儲量為500萬t至100萬t 的中型礦有62 處； 礦石儲量小于100 萬 t 的小型礦有111 處。 在大型礦床中已進行勘探地質(zhì)工作的有10 處，詳查的有16 處，普查的有9 處；中型礦床中進行勘探工作有9 處，詳查的有29 處，普查的有24 處；小型礦床中進行勘探工作的有 9 處，詳查的有53 處，普查的有42 處。據(jù)地質(zhì)礦產(chǎn)部、國家建材局我

18、國建材非金屬礦產(chǎn)資源對2010 年國民經(jīng)濟建設(shè)保證程度論證報告（1995年），19922000年全國高嶺土礦石累計需 求量與可采儲量之比為1: 6.9, 1992年2020年礦石累計需求量與可采儲量 之比為 1 ： 3 7。 表明在 2010 年前中國高嶺土儲量可以充分保證需要，到 2020年仍可滿足需要。中國高嶺土礦以單一礦產(chǎn)為主，共生礦產(chǎn)有明礬石、黃鐵礦、葉蠟石、膨潤土、鉀長石、瓷石、石英巖、鋁土礦、煤、貴金屬、稀有分散元素等，在選礦中盡可能回收利用伴生礦物（如用振動篩回收云母、綜合利用明礬石）和選礦后的尾砂 （石英砂、長石石英砂、鉀長石砂）以及尾礦中的副礦物（如鈮鐵礦、鋯石、磷灰石），以

19、增加礦山經(jīng)濟效益。三、礦物性質(zhì)高嶺土主要由小于2叩的微小片狀或管狀高嶺石族礦物晶體組成。高嶺石族礦物共有高嶺石、迪開石、珍珠石、7? 埃洛石、10? 埃洛石等五種。屬1： 1型層狀硅酸鹽，單斜晶系。組成高嶺土的礦物有粘土礦物和非粘土礦物兩類。粘土礦物主要是高嶺石族礦物，其次是少量的水云母、蒙脫石和綠泥石。非粘土礦物主要為石英、長石和云母，此外還有鋁的氧化物和氫氧化物，鐵礦物（褐鐵礦、白鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦和菱鐵礦），鈦的氧化物（鈦鐵礦、金紅石、白榍石），有機物質(zhì)（植物纖維、有機泥炭及煤）等。決定高嶺土性能的主要是粘土類礦物。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，較高的耐火度等理化性能。四、礦石類型自然產(chǎn)出的高嶺土礦石，根據(jù)其質(zhì)量、可塑性和砂質(zhì) （石英、長石、云母等礦物粒徑50師）的含量，可劃分為硬質(zhì)高嶺土、軟質(zhì)高嶺土和砂質(zhì)高嶺土三種工業(yè)類型，它們的特征見下表。高嶺土礦石類型礦石特征硬質(zhì)高嶺土（高嶺石巖）質(zhì)硬（硬度34）,尢口塑性，粉碎，磨細后具口塑性軟質(zhì)高嶺土（土狀高嶺土）質(zhì)軟，可塑性一般較強，砂質(zhì)含量50%砂質(zhì)高