(中國粉體技術網/班建偉)高嶺土是主要成分為高嶺石的粘土礦物,作為一種重要的非金屬礦產,被廣泛應用于油漆、涂料、造紙、橡膠、塑料、電纜、陶瓷、搪瓷、耐火材料、紡織、水泥、汽車、化學、環保及農業等領域。高嶺土除含高嶺石外,一般還含有埃洛石、石英、明礬石和少量黃鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦及金紅石或銳鈦礦等有害雜質,本文介紹以高嶺石為主。
目前,全世界約有五十多個國家出產高嶺土,主要集中在美國、巴西、中國、英國和捷克,總產量占到世界市場的一半以上。高嶺土早期主要為制作陶瓷的礦物原料,中國是世界上最早使用高嶺土制作陶瓷的國家。
1 高嶺土簡介
高嶺土的主要礦物,高嶺石(Kaolinite),化學分子式Al4[Si4O10](OH)4,為含氧鹽大類層狀結構硅酸鹽高嶺石族礦物。之所以稱之為高嶺石,淵源于我國江西省東北部景德鎮市東面的高嶺村產出質地優良高嶺石資源,海內外享有盛名。
1.1 成分結構
高嶺石主要的化學組成約為:Al2O3 41.2%,SiO248.0%,H2O 10.8%。受地質條件影響,高嶺石可能混有Mg、Fe、Cr、Cu 等元素陽離子作為Al 的類質同像替代。此外,還可能有堿和堿金屬元素由于機械混入出現在高嶺土中。高嶺石存在不同的多型,形態多為隱晶質致密狀或土狀集合體。在自然界中,高嶺土主要成分為晶體結構呈微小片狀、管狀、疊片狀等形狀的高嶺石。
1.2 物理性質及工藝性能
純高嶺石為白色,由于含有雜質發生染色,呈現深淺不同的紅、黃、綠、藍、褐等顏色;致密塊體呈土狀光澤或蠟狀光澤,有滑膩感;{001}極完全解理;硬度為2.0~3.5;相對密度在2.60~2.63。同時,高嶺土作為重要的工業非金屬材料,具有多種優異的工藝性能,如:可塑性、燒結性、耐火性、電絕緣性、耐酸堿性等。
2 高嶺土的成因及分類
自然界高嶺土分布廣泛,物質來源主要為:富鋁硅酸鹽的各類巖石在酸性介質環境中風化和低溫熱液作用的產物,如風化殼中的基性斜長石、正長石和云母等。高嶺土按其成因可分為原生高嶺土、次生高嶺土。前者又可分為風化型高嶺土和熱液蝕變型高嶺土;后者為沉積型高嶺土,多是原生高嶺土經搬遷沉積形成。
我國高嶺土按礦床成因主要可分為5 種:熱液蝕變型、風化殘余型、風化淋積型、河湖海灣沉積型和含煤建造沉積型。各種成因類型對應的特點和常用加工方法見表1。
3 討論
由此可見,高嶺土的成因類型,決定了其成分、結構及性能特征,從而影響到對其采取的加工方式。按照高嶺土成因類型所決定的性能特征,通過綜合采用精細提純、煅燒、微細加工、改性等加工方式,能夠有效地制造出某些行業所需的較高品質產品。如:我國煤系高嶺土屬沉積型,其特點是高嶺石含量高、雜質少,適合用于陶瓷、橡膠等行業,但由于其原礦缺少粘結性,不易直接作為造紙或耐火材料的原料,需煅燒改性增白以后方能適用;而水洗高嶺土的原礦具有較好的粘結性,可以直接做耐火材料粘結劑或造紙填料。此外,還有我國江蘇蘇州高嶺土多為熱液蝕變型,礦石具有選出率高,可塑性、結合性好,顆粒較細,懸浮性好,耐火度高,吸附性能好,白度高等顯著優點,同時,缺點也很突出,如燒結性差,脫水困難,雜質難分離。因此,針對不同成因類型的原礦,在加工方式和應用行業的選取時,應該深入研究其原材料地質成因及所造成的影響。
4 結語
高嶺土,由于其多樣的性能,在很多方面滿足了近現代工業對非金屬礦物材料的需求,應用十分廣泛,具體應用及相關性能要求見表2。
高嶺土的成因類型,深刻影響了其開發方式和應用價值。對高嶺土成因類型及相關的加工方式、應用行業等特征進行系統研究,有助于更加科學、合理地利用高嶺土資源。隨著深加工技術的進步,高嶺土早已不僅限用于傳統行業,已更多轉向高層次、新技術、高效益的領域發展,尤其是在新材料開發方面得到了快速的發展。
我國高嶺土資源產地分散、成因類型多樣,相關理論研究體系仍不完善。針對各種特殊成因類型的高嶺土,尚未形成完整的、成熟的開發和深加工產業鏈。今后,我們應該加大對高嶺土成因類型特征與開發利用相結合的研究工作,并以之為依托,將高嶺土的開發向標準化、系列化、高檔化、精細化、專用化和功能化方向推進。只有這樣,才能做到更科學、合理地利用高嶺土資源。
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