(中國粉體技術網/班建偉)在我國,高嶺土主要用作陶瓷原料和耐火材料,其次用于造紙涂料、橡膠填料、搪瓷釉料和白水泥原料,少量用于塑料、油漆、顏料、日用化妝品、肥皂、農藥、紡織、石油、化工、建材等工業部門。在國外,用作造紙涂料和填料的常占很大比例。隨著我國經濟的不斷發展,高嶺土在造紙涂料、油漆填料等行業上的應用在逐步擴大。
隨著我國非金屬礦行業在國民經濟中的地位不斷提高,非金屬礦的加工工藝也得到較快的發展,國外很多先進的選礦工藝逐步引入到我國非礦行業的生產中,其中超細粉體、納
米材料成為世界普遍關注的重要研究課題。而作為重要的非金屬礦之一的高嶺土,其加工工藝也在不斷發展。磁選除鐵、剝片、煅燒加工等工藝都相繼應用起來,高嶺土的剝片更是相當重要的一種加工工藝。
1 開發
多年來,造紙涂料所需高嶺土一般是重力分級出的細粒級和粗粒級土,細的粒級用作涂料,粗的粒級常常作為填料出售。但填料市場有限,且經濟價值要低得多。一般情況下,天然沉積型高嶺土,如美國佐治亞高嶺土,含有的顆粒范圍從小于0.1μm到15μm,直徑小于2μm 的顆粒多為薄片;截面平均6~10層。對涂料用黏土顆粒來說,2μm是臨界值。這就是說,2μm以下的高嶺土顆粒主要是單個的扁平的六角片狀物,其厚度約為它們直徑的1/10;而大于2μm的顆粒不是薄片,而是由不同數量的單個晶體表面與表面黏結在一起的疊片狀或書冊狀物,在外形上更近于立方體;粗粒高嶺土基本上由這些疊片狀物組成。
高嶺土剝片就是從這種厚疊片狀物中通過剝離分層,把其分成較為單一薄片狀。早期的剝片加工使用的設備,有卵石研磨機、球磨機、管磨機、膠體磨機等。但每種方法用來剝片都有不足之處,生產效率低、能耗大、投資成本高、研磨效率差,有的還會給產品帶來污染等。經過改進的高嶺土剝片加工,是通過攪拌和細研磨介質等一系列工藝過程達到剝離的。剝離使用的研磨介質有多種,如有足夠剛性的顆粒物料玻璃珠、氧化鋯球、剛玉球等。磨剝機從上世紀九十年代至今,也得到了快速發展。機體容積從僅有的80L發展到現在的3000L 等,由盤式磨剝片到棒式攪拌磨等,有的設備垂直高度甚至已達到7~8m,并且在硬質高嶺土以及軟質高嶺土行業都得到了較廣泛的使用。
我國的高嶺土資源主要集中在江西、湖南、福建以及兩廣地區,尤其是兩廣地區的高嶺土礦床屬于風化型礦床,晶體結構假六邊形片狀,具有良好的遮蓋力,是良好的涂布紙生產顏料。但是風化過程造成較多的疊片狀結構,所以采出并洗選后的高嶺土產品,適用于造紙涂料的并不多。通過剝片工藝使疊片狀聚集體解離成片狀單體,制出適于涂布造紙以及涂料行業使用的顏料,有著重要的研究價值和一定開發價值。剝片工藝是值得在上述地區高嶺土
生產企業逐步推廣的加工工藝
2 應用
剝片加工不僅使疊片狀粗粒高嶺土變成薄片,而且還能釋放出高嶺土中的著色雜質,可以通過沉降或離心分級除去。經過剝片加工的高嶺土稱為剝片土,它不同于自然風化顆粒細的高嶺土(通常稱水洗高嶺土),二者有明顯的區別:①徑厚比大;②黏度大。
2.1 紙張涂布用
用相同或接近粒度組成的剝片高嶺土涂布的紙,比水洗高嶺土涂布的紙更白亮,顯示出極好的印刷性能,有顯著的高光澤度和表面強度。表1 所列為國內某剝片土與水洗土、國外剝片土涂布成紙性能的比較結果。

剝片高嶺土與水洗高嶺土涂布紙其他物理性能比較,見圖1~3
從圖1~3 中,我們不難看出:同等粒度條件下,剝片高嶺土在涂布紙的光澤度、遮蓋率以及膠印速率方面,都表現出比水洗高嶺土更加優異的性能,是較理想的涂布造紙涂料產品,有著廣泛的應用價值。
2.2 涂料
剝片高嶺土在乳膠漆中具有更好的遮蓋率,是良好涂料填料,可以達到部分替代鈦白粉的功能(表2)。
由表2 可看出,用剝片高嶺土取代10%、20% 的鈦白粉時,對比率基本無變化,涂料外觀良好,黏度變化小。說明剝片高嶺土部分替代鈦白粉是可行的,因而可以適當降低涂料的生產成本,生產效益得以提高。
煅燒剝片土與水洗高嶺土在涂料上應用,也有著較明顯的差別,物理性能比較的結果,見表3。
3 結語
通過前述我們可以確信:剝片高嶺土雖然是目前高嶺土的新型產品,但從它在涂布造紙以及涂料行業的應用來看,具有很好的開發和利用價值。與水洗高嶺土涂布紙物理性能的比較中我們還可看出,剝片高嶺土表現出良好的應用性能時,其-2μm含量一般在80%~85%。所以,盲目地追求較高的粒度組成,必將使徑厚比大的特點遭到破壞,造成應用性能的不理想;另外粒度增細,顆粒的比表面積增大,黏度將更大,流動性能更差。
這與目前廣大用戶要求高細度高嶺土產品的要求是相悖的。但是應當肯定的是:適當的粒度組成和粒度級配,必將更加突出剝片高嶺土的特性,這就需要我們在今后的應用過程逐步達成共識。
磨剝設備的改進和發展,帶來剝片高嶺土生產工藝的新發展,但是現有任何磨剝設備都不可避免地對高嶺土的片狀晶體結構(主要是軟質高嶺土)產生破壞,黏度增大比較明顯,而高嶺土越來越多的應用領域,需要其具備良好的流動性能。目前,普遍采用改變磨剝介質的種類、配比、充填率等工藝手段,來達到適宜的粒度級配,盡量減少對晶體結構的破壞??梢韵嘈?,隨著我們對磨剝工藝參數的不斷摸索以及對磨剝設備的不斷改進,必將使剝片高嶺土得到更好的開發和應用。
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