什么是高岭土?

2018-07-12

地球上的矿产,主要分为能源矿产、金属矿产和非金属矿产三种类型。高岭土是一种重要的非金属矿产,与云母、石英、碳酸钙并称为四大非金属矿。
高岭土是黏土中的一种,是水合硅酸铝矿物产品,分子式可表达为Al2O3.2SiO2.2H2O,一般含有40-50%SiO2,30-40%Al2O3,1.2-2.0%Fe2O3,烧失量为11-12%,此外还含有微量Ti,Ca,Mg,K,Na等金属元素的氧化物。
高岭土的主要特征:它的单项是一种双层水合硅酸铝,一层是二氧化硅,一层是水合氧化铝,通过化学键的结合而成;两个侧面的不同以及处于边沿处的断裂键的高活性,使得高岭土有强烈地结团倾向,且结团现象随颗粒变小而显著。然而,活性表面却容易与有机硅烷,各种金属盐,极性聚合物,润滑剂等物质起作用,即易于表面处理,使分散容易。较大粒径的由块状和片状颗粒组成,小粒径的几乎均为薄片状,平均片径为厚度的4-10倍。
自然产出的高岭土矿石,根据其质量、可塑性和砂质(石英、长石、云母等矿物粒径>50微米)的含量,可划分为煤系高岭土、软质高岭土和砂质高岭土三种类型。
天然水合高岭土的密度为2.58g/cm³,充分煅烧后为2.63g/cm³。天然水合高岭土的莫氏硬度为2,无腐蚀性,而充分煅烧后莫氏硬度为6-8。具有酸性范围的PH值,若不进行表面处理抑制其酸性活化点,作为环氧树脂和聚烯烃的填料使用时,会发生副反应。极易吸潮,使用前必须干燥。高岭土往往与石英,云母,碳,铁,氧化钛及其他黏土矿伴生,我国许多煤矿都发现与煤层共生的高岭土矿,这种煤系高岭土,属于硬制高岭土矿石,呈棕褐色或黑色块状,有黑砂石之称,经煅烧白度可达90%以上,最好的可达95%以上。
非含煤高岭土(软质高岭土和沙质高岭土),主要应用于造纸涂料和陶瓷行业方面。非煤系高岭土的晶体结构上主要分为单片状(径厚比为8:1)、管状和叠片状。其中:以茂名盆地为代表的单片状结构高岭土(石)经简单工艺处理即可直接应用于造纸涂料,加工成本相对稍低,附加值较高;以福建龙岩为代表的管状结构高岭土(石)可应用于陶瓷材料、耐火材料;以广西合浦、湛江廉江为代表的叠片状高岭土(石)属风化不完全(形象而言即十月怀胎不足,早产儿),先天不足,但经剥片处理,也可用于造纸,成本相对茂名土稍高。而且,据专家分析,天然品质的局限性,使得合浦土的粘浓度较低,在目前技术条件下,还无法加工后用于高档造纸涂料。
目前世界上有60多个国家和地区拥有高岭土,美国、英国、巴西、乌克兰、中国是世界最主要的高岭土生产国,其产量占世界总产量的78%。1996年全世界高岭土的探明储量大约在270亿吨左右,其中美国以79亿吨居第一位,主要是佐治亚州的一条绵延800公里矿带,其矿石含矿量超过70-90%,资源非常丰富。我国是产煤大国,基本上大型煤矿都伴生有煤系高岭土,因而煤系高岭土储量十分丰富。非煤系高岭土1996年探明工业储量14.32亿吨。与其它非金属资源相比,高岭土不属于我国的优势资源,如按人均算则更为短缺。而且我国高岭土资源的分布比较分散,品位不高,大多数为煤系高岭土(国外很少),需要经过煅烧或改性,用于造纸涂布有天然的局限性。中国煤系高岭土资源虽以独特而丰富著称于世,但以煤系高岭土为原料的煅烧高岭土的工业规模生产直到20世纪90年代才起步,而以所谓“双90”(即白度≥90%、细度-2μm含量≥90%)产品为标志的优质煅烧高岭土的规模化生产在1998年前后才真正开始,且生产厂家不多,规模不大。仅2000年优质高岭土(含煅烧高岭土)的进口量就达18.276万吨
高岭土的特性和用途
质纯的高岭土具有白度高、质软、易分散悬浮于水中、良好的可塑性和高的粘结性、优良的电绝缘性能;具有良好的抗酸溶性、很低的阳离子交换量、较好的耐火性等理化性质。因此高岭土已成为造纸、陶瓷、橡胶、化工、涂料、医药和国防等几十个行业所必需的矿物原料。有报道称,日本还有将高岭土用于代替钢铁制造切削刀具、车床钻头和内燃机外壳等方面应用。特别是最近几年,现代科学技术飞速发展,使得高岭土的应用领域更加广泛,一些高新技术领域开始大量运用高岭土作为新材料,甚至原子反应堆、航天飞机和宇宙飞船的耐高温瓷器部件,也用高岭土制成。
填料应用
高岭土作为填料的组成基本是硅酸铝。最初,作为一种廉价的填充料消费于造纸工业,目前仍在大量应用。近年来,生产商正使高岭土向适用于涂料工业发展。原先生产中只是简单地通过空气干燥和浮选,现在已被水洗、严格地粒度控制、煅烧和表面处理所代替,从而提高了产品的档次。
高岭土粒子形态绝大部分是薄片状,或六角形片状物。用途最广的品种粒径大约10μm。所有品种都具有不同程度的亲水性,化学上都是中性,非煅烧品种的吸油量为25~44,煅烧品种为55~90。亮度为85%~97%反射值。高岭土填料每加仑体积大约重21.6磅,比碳酸钙大约少1磅。
由于其片状体能增强涂膜机械力,所以瓷土能赋予涂膜柔软性。
如果用于房屋涂料,抗粉化性比滑石粉更强。
高岭土已广泛地应用于金属底漆,以提高其打磨性能。如美国水洗土已经在汽车电泳底漆大量成熟应用。
煅烧高岭土在室内平光墙面漆和需要平整涂膜的涂料中用量不断增加。这类品种的粒径极细,用于彩色半光和有光涂料中能降低浮色和漂浮倾向。
特殊应用:
煅烧高岭土及其改性高岭土因其特殊的空间结构,可应用在弹性涂料如地坪漆中,能够增强漆膜的反弹性能,有良好的尺寸稳定性,及抗撕裂能力。
同时,煅烧高岭土可在绝缘涂料中大幅提高绝缘性能,降低导电能力。
在溶剂型涂料中,有些品种高岭土容易沉底结块,但经过煅烧和表面处理后的品种可克服上述弊端。
由于高岭土亲水,所以是水性涂料用的良好的填料,它们在水性涂料中具有很好的悬浮性能,容易分散,且赋予涂膜良好的刷涂和流平性。瓷土通常与其它填料一起配用。