第4章3高嶺土課件

第4章硅酸鹽礦物之

4.3高嶺土鄭水林中國礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院電話綱礦石性質(zhì)與礦物結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域與技術(shù)指標(biāo)要求加工技術(shù)選礦提純超細(xì)粉碎煅燒表面改性4·3·1礦石性質(zhì)與礦物結(jié)構(gòu)高嶺石(土)（Kaolinite）主要由小于2m的微細(xì)片狀或管狀高嶺石族礦物組成。結(jié)構(gòu)：1：1型層狀硅酸鹽,即一個SiO4四面體層與一個AlO2(OH)4八面體層連接而成，層間為氫氧鍵?；窘Y(jié)構(gòu)單元沿晶體c軸方向重復(fù)堆疊組成高嶺石晶體，相鄰的結(jié)構(gòu)單元層通過鋁氧八面體的OH與相鄰硅氧四面體的O以氫鍵相聯(lián)系，晶體常呈假六方片狀，易沿001方向裂解為小的薄片高嶺石的微觀結(jié)構(gòu)4·3·1礦石性質(zhì)與礦物結(jié)構(gòu)高嶺石族礦物礦物名稱理論化學(xué)組成/%莫氏硬度密度g/cm3

顏色Al2O3SiO2H2O高嶺石39.5046.5413.962～2.52.609白、灰白、黃、淺紅珍珠石39.5046.5413.962.5～32.581藍(lán)白、黃白地開石39.5046.5413.802.5～32.589白、灰白7?埃洛石34.6640.9024.441～22.0白、灰綠、黃、藍(lán)、紅4·3·1礦石性質(zhì)與礦物結(jié)構(gòu)理化特性：顏色：白色或近于白色，最高白度>95%；硬度：軟質(zhì)一般為1~2，硬質(zhì)有時達(dá)3~4；可塑性：良好的成型、干燥和燒結(jié)性能；分散性：在水中易分散、懸浮，能形成穩(wěn)定性良好的懸浮液；電絕緣性：200℃時電阻率>1010Ω.cm，頻率50Hz時擊穿電壓>25kV/mn，可用于電纜填料；化學(xué)穩(wěn)定性：高嶺土具有良好的抗酸溶性；陽離子交換量（CEC）：一般3~5nmol/100g。

4·3·1礦石性質(zhì)與礦物結(jié)構(gòu)-熱性質(zhì)

耐火度：高嶺土的化學(xué)成分為A12O3和SiO2，所以具有優(yōu)良的耐火性能，耐火度為1770~1790℃。高嶺土的加熱變化（熱性質(zhì)）如下：110℃左右排出各種吸附水；110～400℃時排出層間水；溫度繼續(xù)升高后，在不同煅燒溫度下的化學(xué)反應(yīng)如下：

450～750℃

Al2O3·2SiO2·2H2OAl2O3·2SiO2+2H2O

高嶺石偏高嶺石

925℃～980℃

2（Al2O3·2SiO2）2Al2O3·3SiO2+SiO2

偏高嶺石硅鋁尖晶石

1050℃

2Al2O3·3SiO22Al2O3·SiO2+2SiO2

硅鋁尖晶石似莫來石4·3·1礦石性質(zhì)與礦物結(jié)構(gòu)礦石類型及特征：根據(jù)其成因、質(zhì)量、可塑性和砂質(zhì)（石英、長石、云母等礦物粒徑50m）的含量，可劃分為硬質(zhì)高嶺巖（土）、軟質(zhì)高嶺土和砂質(zhì)高嶺土三種工業(yè)類型硬質(zhì)高嶺土(巖):質(zhì)硬（莫氏硬度3～4）無可塑性，粉碎細(xì)磨后才有可塑性。該類高嶺土包括以煤層的頂板、底板、夾矸形式產(chǎn)出或賦存于距煤層較近的所謂煤系高嶺巖，此種高嶺巖（土）由于含有有機質(zhì)及雜質(zhì)而呈黑灰、褐、淡綠、灰綠等色，致密塊狀或砂狀軟質(zhì)高嶺土：質(zhì)軟，可塑性一般較強，砂質(zhì)含量50%砂質(zhì)高嶺土：質(zhì)松軟，可塑性一般較弱，除砂后可塑性較強，砂質(zhì)含量50%

硬質(zhì)高嶺土(巖)砂質(zhì)高嶺土軟質(zhì)高嶺土4·3·2應(yīng)用領(lǐng)域與技術(shù)指標(biāo)要求（1）主要應(yīng)用領(lǐng)域陶瓷工業(yè)：日用與建筑衛(wèi)生陶瓷、電瓷、化工耐腐蝕陶瓷、工藝美術(shù)陶瓷、特種陶瓷等造紙工業(yè)：填料，銅板紙、涂布白紙板、涂布紙等的涂料或顏料涂料工業(yè)：填料和顏料耐火材料及水泥：光學(xué)玻璃和玻璃纖維用坩鍋、耐火磚、匣缽、耐火泥、白水泥等塑料、橡膠、電纜：橡膠、塑料的填料，電纜的絕緣填料等石油化工：石油裂解催化劑載體、分子篩、吸附劑等醫(yī)藥、輕工：吸附劑、醫(yī)藥涂層、添加劑、漂白劑、化妝品、鉛筆、顏料等農(nóng)業(yè)：化肥、農(nóng)藥、殺蟲劑等載體等4·3·2應(yīng)用領(lǐng)域與技術(shù)指標(biāo)要求（2）技術(shù)指標(biāo)要求高嶺土的應(yīng)用領(lǐng)域不同，其質(zhì)量要求也不同?；瘜W(xué)成分：造紙涂料、電瓷、耐火坩鍋、石化載體等要求高嶺土Al2O3和SiO2的含量接近理論值；日用與建筑衛(wèi)生陶瓷、白水泥、橡塑填料等對Al2O3含量的要求可適當(dāng)放低，SiO2的含量可酌情高些；電纜填料不僅要求純度高，而且對其體積電阻率有較高要求，對Fe2O3、TiO2、SO3等有害成分含量有嚴(yán)格要求；CaO、MgO、K2O、Na2O的含量允許值，不同用途也不盡相同。物理性能：各應(yīng)用領(lǐng)域要求的側(cè)重點更為明顯，造紙涂料主要要求高白度、低黏度及細(xì)的粒度；陶瓷工業(yè)要求良好的可塑性、成型性能和燒成白度；耐火材料要求較高的耐火度；搪瓷工業(yè)要求良好的懸浮性等。2008年我國頒布了新的高嶺土國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14563-2008)，內(nèi)容包括等級劃分；外觀質(zhì)量要求；造紙、搪瓷、橡塑、陶瓷、涂料用高嶺土的化學(xué)成分和物理性能要求等4·3·3加工技術(shù)

（1）選礦提純原礦雜質(zhì)含量較少、白度較高、含鐵雜質(zhì)少、主要雜質(zhì)為砂質(zhì)（石英、長石等）的高嶺土，可采用簡單的粉碎后風(fēng)選分級的方法除去（即干法選礦）雜質(zhì)含量較多、白度較低、砂質(zhì)礦物及鐵質(zhì)礦物含量較高的高嶺土，一般要綜合采用重選（除砂）、強磁選或高梯度磁選（除鐵、鈦礦物）、化學(xué)漂白（除鐵質(zhì)礦物并將三價鐵還原為二價鐵）、浮選（與含鋁礦物，如明礬石分離或除去銳鈦礦）等方法有機質(zhì)含量較高的高嶺土，除前述方法外，還要采用打漿后篩分（除植物纖維）和煅燒（除有機泥炭）等方法。4·3·3加工技術(shù)（1）選礦提純-

軟質(zhì)和砂質(zhì)高嶺土

原則工藝流程：原礦堆存或混勻制漿除植物纖維分級除砂磁選漂白壓濾脫水干燥還原漂白原理：Fe2O3+Na2S2O4+H2SO4Na2SO4+2FeSO3+H2O

4·3·3加工技術(shù)（1）選礦提純-

硬質(zhì)高嶺土破碎篩分采用顎式破碎機、對輥破碎機、振動篩等；磨粉采用懸輥磨（雷蒙磨）、機械沖擊磨、球磨機等；干法分級除砂采用渦輪式空氣分級機，濕法分級采用旋流器組或臥式螺旋卸料沉降式離心機；干式磁選主要采用振動式強磁選機（永磁或電磁），濕式磁選主要采用濕式強磁選機或高梯度磁選機。我國儲量豐富的煤層共/伴生高嶺巖（統(tǒng)稱為“煤系高嶺土”）中含有一定量的煤泥或炭質(zhì),嚴(yán)重影響高嶺土的白度。目前去除這些炭質(zhì)的主要方法是煅燒。通過煅燒不僅可以有效去除炭質(zhì)，顯著提高煤系高嶺土的白度，同時可以脫除高嶺石中高達(dá)14%左右的結(jié)晶水，變成一種新的功能粉體材料——煅燒高嶺土

4·3·3加工技術(shù)（2）超細(xì)粉碎

分干法和濕法兩種。干法主要用于硬質(zhì)高嶺土或高嶺巖的超細(xì)粉碎，特別是用于直接加工成滿足用戶要求的超細(xì)粉，產(chǎn)品細(xì)度一般是d9010m，加工設(shè)備主要采用機械旋沖式的超細(xì)粉磨機、球磨機、干法攪拌磨等；為了控制產(chǎn)品細(xì)度和粒度分布，常需要配置精細(xì)分級設(shè)備，如LHB型、ATP型、MS及MSS型氣流分級機。濕法主要用于軟質(zhì)和砂質(zhì)高嶺土除砂和除雜后的超細(xì)粉碎，特別是用于加工d802m或d902m的涂料級產(chǎn)品，也是工業(yè)上用硬質(zhì)高嶺土或高嶺石加工d802m或d902m的造紙涂料級高嶺土產(chǎn)品所必須采用的超細(xì)粉碎方法。4·3·3加工技術(shù)（2）超細(xì)粉碎-濕法濕式超細(xì)粉碎又稱為剝片，意即將較厚的疊層狀的高嶺土剝分成較薄的小薄片。剝片的方法有濕法研磨、擠壓和化學(xué)浸泡等。4·3·3加工技術(shù)（2）超細(xì)粉碎-濕法剝片研磨法：借助于研磨介質(zhì)的相對運動對顆粒產(chǎn)生剪切、沖擊和磨剝作用，使其沿層間剝離成薄片狀微細(xì)顆粒。常用設(shè)備是研磨剝片機、攪拌磨、砂磨機等。研磨介質(zhì)常用氧化鋁珠、剛玉珠、氧化鋯珠、天然石英砂等，粒徑0.8～3㎜。擠壓法：采用高壓均漿機。工作原理：活塞泵使均漿器料筒內(nèi)的高嶺土料漿加壓到20～60Mpa，高壓料漿從均漿器的噴嘴以大于950m/s的線速度相互磨擠噴出；因壓力突降，使料漿內(nèi)高嶺土晶體疊層產(chǎn)生“松動”，高速噴出的料漿射到常壓區(qū)的葉輪上，突然改變運動方向，產(chǎn)生很強的穴蝕效應(yīng)，松動了的晶體疊層在穴蝕作用下沿層間剝離?；瘜W(xué)浸泡法：利用化學(xué)藥劑對高嶺土進行浸泡，藥劑浸入到晶體疊層以氫鍵結(jié)合的晶面間使晶面間的結(jié)合力變?nèi)酰w疊層出現(xiàn)松解，此時再施以較小的外力，即可使疊層的晶片剝離。使用的藥劑有尿素、聯(lián)苯胺、乙酰胺等。4·3·3加工技術(shù)（3）煅燒煅燒是高嶺土的重要加工工藝之一。通過煅燒加工，高嶺土脫除了結(jié)構(gòu)或結(jié)晶水、炭質(zhì)及其它揮發(fā)性物質(zhì)，變成偏高嶺石，商品名稱為“煅燒高嶺土”。煅燒高嶺土具有白度高、容重小、比表面積和孔體積大、吸油性、遮蓋性和耐磨性好、絕緣性和熱穩(wěn)定性高等特性，廣泛應(yīng)用于油漆涂料、造紙、塑料、橡膠、化工、醫(yī)藥、環(huán)保、高級耐火材料等領(lǐng)域。煅燒加工已成為高嶺土（巖）加工的專門技術(shù)。4·3·3加工技術(shù)（3）煅燒-工藝與設(shè)備目前，優(yōu)質(zhì)煤系煅燒高嶺土大多采用干、濕結(jié)合，先磨后燒的生產(chǎn)工藝。原則生產(chǎn)工藝流程如下：

高嶺土破碎粉磨調(diào)漿超細(xì)研磨剝片干燥打散解聚煅燒打散解聚分級包裝粉磨一般采用雷蒙磨、機械沖擊磨機和球磨機等；干燥一般采用離心或壓力噴霧干燥機；濕式超細(xì)研磨采用攪拌磨或研磨剝片機，研磨產(chǎn)品細(xì)度一般是d902m；打散解聚采用高速渦旋磨；分級采用渦輪式空氣分級機。煅燒采用直焰式或隔焰式回轉(zhuǎn)窯，煅燒溫度一般為900～1050℃。4·3·3加工技術(shù)-煅燒高嶺土4·3·3加工技術(shù)-煅燒高嶺土4·3·3加工技術(shù)-煅燒高嶺土原料破碎與篩選4·3·3加工技術(shù)-煅燒高嶺土雷蒙磨磨粉4·3·3加工技術(shù)-煅燒高嶺土攪拌磨超細(xì)研磨4·3·3加工技術(shù)-煅燒高嶺土噴霧干燥打散解聚4·3·3加工技術(shù)-煅燒高嶺土煅燒（直焰式回轉(zhuǎn)窯4·3·3加工技術(shù)-煅燒高嶺土包裝4·3·3加工技術(shù)（4）表面改性有機表面