（中國粉體技術網/班建偉）高嶺土是一種白色的或具有各種色調的黏土類巖石,主要由- 2μm的微小片狀或管狀高嶺石族礦物晶體組成,其主要是高嶺石( Al2O3·SiO2·2H2O) 。我國高嶺土礦床可分5 種: 熱液蝕變、風化殘余、風化淋積、河湖海灣沉積和含煤建造沉積型。
一、高嶺土工業進展
1.1現狀
我國是世界上最早利用高嶺土資源的國家, 目前, 全國共擁有縣級以上的高嶺土企業100 多家, 原礦生產能力超過3000 kt , 選礦能力700 kt , 主要的生產省份有江蘇、福建、廣東、廣西、湖南、江西、浙江。我國高嶺土公司的機選能力超過50 kt , 而超過10 kt礦山企業也有30 多家。并且自80 年代以來, 高嶺土產品由初級加工向精加工、由單一產品向新科技產品也有了進一步的發展。
隨著科學技術的進一步發展, 精選加工工藝技術設備的研制成功, 萬噸級煅燒超細高嶺土生產企業已有20 多家, 年生產能力約150 kt , 加上廠礦點直接出售的原礦可達300 kt左右。而且國內高嶺土消費領域十分廣闊, 涉及到陶瓷、電子、造紙、橡膠、石油化工、光學玻璃、化纖、建筑材料、化肥及耐火材料等行業。
為了分離高嶺土中的石英、長石、云母等非黏土礦物,生產出能滿足各應用領域需求的產品, 重選、浮選等選礦方法及改善高嶺土質量的加工方法, 都已應用。我國高嶺土行業采用的漂白、剝片、煅燒和離心技術, 使高嶺土的白度和粒度指標已達到國際水平。
而當今非金屬礦最重要的深加工技術之一的表面改性,其產品也在塑料、橡膠、膠粘劑等高分子材料、高聚合物基復合材料、功能材料以及造紙、涂料等工業添料中廣泛使用。因此, 對高嶺土的進一步加工是深入研究的方向。
1.2 深加工
精細提純
高嶺土在用作陶瓷、造紙和化工添料時, 要求具有很高的白度和亮度, 但是產出的天然礦物中, 其自然白度往往因含有一些著色雜質而受到影響。采用常規的方法, 往往因礦物粒度極細和礦物與雜質緊密共生而難以奏效, 因此, 國內外普遍對礦石進行提純處理:———氧化還原漂白提純。
高嶺土礦物中有害的著色雜質主要是有機質和含Fe 、Ti 、Mn 等礦物。由于有機質通過煅燒等方法容易除去, 上述金屬氧化物成為提高礦物白度的主要處理對象。采用強酸溶解的方法, 有可能破壞高嶺土等黏土類礦物的晶格結構, 因此, 氧化還原漂白法在黏土礦漂白提純中占有重要的地位。目前常用的漂白法包括氧化法、還原法、氧化還原聯合法等, 其中還原法應用最廣泛。
高溫煅燒提純高嶺土是由高嶺土鍛燒脫水和除去揮發性物質而獲得。溫度一般在500～1200 ℃, 煅燒有機污染, 提高其純度和白度。高溫煅燒后的高嶺土產品性質穩定, 具有高亮度、低磨耗度和不透明性。
微細加工
在非金屬礦的精細加工方面, 許多國家都大力研究微粉碎和超粉碎技術設備, 主要包括機械和氣流沖擊式粉碎機兩大類:
機械式超細粉碎。該設備是依靠高速旋轉的各種粉碎體, 因離心力而使高嶺土分散到粉碎室內壁處成為粗礦粒, 給這些礦粒以線速度, 使顆粒之間發生沖擊碰撞,而最終達到粉碎的目的。
氣流式超細粉碎。該機是利用高壓氣流使物料互相受到沖擊(碰撞) 、摩擦及剪切作用而達到粉碎目的, 是一種應用廣泛、高效的超微粉碎方法。
改性
黏土礦的改性是深加工的一種重要形式。由于原生高嶺土表面呈酸性, 因此和乙烯樹脂等有機材料有較差的混溶性。利用高嶺土表面的羥基和含氧基團易于和表面改性劑作用, 形成表面包裹層的特點, 用表面化學包裹法對高嶺土進行表面吸附改性。
高嶺土表面改性, 可提高在有機高分子材料中的分散性。用改性高嶺土作原料不但提高產品的性能, 而且因為高嶺土的添加量大, 可降低產品的成本及提高附加值。
1．3 工藝進展
插層高嶺土
高嶺土在結構上是具有特殊層狀的含水鋁硅酸黏土礦物, 它的主要礦物組成呈8 面體層狀硅酸鹽, 層間以氫鍵結合, 不含可交換陽離子; 層與層之間具有較強的結合力,是較難與有機化合物發生插層反應的。但是一些強極性的有機小分子, 可以直接插入到高嶺石層間, 其它有機分子利用有機小分子與高嶺石也可形成夾層復合物作為前驅體, 用取代置換法插入到高嶺石層間生成插層材料。
剝片型高嶺土
作為高嶺土加工工藝中的一道重要工序, 分為機械剝片和化學試劑剝片。由于造紙涂布用高嶺土的需要, 對將其分離出所需控制的粒級, 一般需要剝片工藝將高嶺土加工成- 2μm占80 %以上的細薄片產品。經剝片產出的細片高嶺土, 還需經過磁選除鐵和漂白, 使產品白度提高到83 %～85 %以上。
經剝片和漂白后的細片高嶺土可達到低磨耗和高白度的要求, 廣泛用于造紙涂布顏料。
微生物除鐵
此法是對含氧化鐵礦物雜質的礦物原料進行微生物除鐵的一種方法。把含草酸溶液以及含草酸的微生物發酵液加進鹽酸后, 用于淋濾高嶺土中的鐵。此外, 還除掉了大部分不需要的組分, 如TiO2和CaO 等。
細化印刷用高嶺土的顆粒
這種制法是將高嶺土濕式粉碎而制成的, 可一定程度上代替剝片黏土, 將平均粒徑+ 115μm和- 6μm的高嶺土, 通過采用合成樹脂玻璃珠的濕式球磨機或介質攪拌型磨機進行磨碎, 經處理的高嶺土粒度分布變寬, 能獲得較好的涂料用高嶺土。
二、開發利用現狀
2.1 天然水凈化處理
水資源的匱乏成了新的難題, 而充分、環保利用天然水是有效的解決途徑之一。使天然水進入凈化池, 按照天然水氫氧化物沉淀物處理方法, 在凈化池中水凈化和處理過程中形成的沉淀物, 用高嶺土黏土作添加料, 而在一定的溫度條件下, 得到潔凈的水, 有效地充分利用了匱乏的水資源。
2.2 高嶺土微晶玻璃裝飾板材
以高嶺土為主要原料、硅灰石為主晶相的微晶玻璃生產的裝飾板材, 采用熔結晶化成型工藝。該方法成本低,產品色澤、花紋、外觀效果理想, 其表面在具有天然石材花紋的基礎上, 還具有多彩的色調圖案, 在外觀及價格上有極大的競爭力。
2.3 人工合成分子篩中的應用
近年來以高嶺土為原料合成NaY 型分子篩取得成功。其合成方法是將一部分高嶺土原粉經高溫煅燒得到高溫煅燒土; 另一部分高嶺土在較低溫度下煅燒得到偏高嶺土,將兩種煅燒高嶺土按一定比例混合后或在其中的一種煅燒高嶺土存在時, 得到一種NaY型分子篩。
目前, 我國大多數分子篩工廠都是利用堿、水玻璃和鋁的氫氧化物合成, 消耗大量的化學藥品, 阻礙了分子篩的成批生產。而高嶺土的應用極大地改進了這一技術。
2.4 水泥基材料中的應用
高嶺土經過脫水后, 轉變成為具有高火山灰活性的偏高嶺土。偏高嶺土通過堿激活制備的土聚水泥和直接作為混凝土礦物摻合料, 使混凝土的工作性、強度和耐久性等均有明顯的改善, 同時對高性能混凝土普遍存在的自收縮現象也有較好的抑制作用。
高嶺土水泥基材料其廣闊的應用領域和優異的性能,必將有一個迷人的應用前景, 但這方面的研究工作在國內尚屬起步階段, 但隨著這種材料的發展對我國的經濟建設和社會發展將會產生深遠的影響。
2.5 電纜
生產高絕緣性能電纜需要超量加入電性能改良劑。高嶺土作為惟一能制成電性能改良劑的產品, 自然前景看好。在要求電絕緣性能較高的塑料電纜及絕緣材料中, 需添加改性煅燒高嶺土。
2.6其它
高嶺土的用途很廣泛。除上述用途外, 還可用于生產白水泥、聚合鋁。低鐵和低硫的高嶺土可應用在催化劑生產中。高嶺土有親水性, 經常用疏水物質覆蓋其顆粒表面。此外, 還在化肥、農藥、化妝品等方面應用。
結語
高嶺土應用于各行各業, 對高嶺土的需求量急速增加,高嶺土市場將保持穩定增長, 并且對高嶺土的質量要求也越來越高。而我國作為最早應用高嶺土的國家之一, 應該充分利用高嶺土, 不僅采取深加工、開發新產品、立足于傳統的應用領域, 而且要面向高科技、新技術、高效益的領域, 綜合開發利用高嶺土資源。因此, 隨著科學技術的進步, 它的應用范圍將會越來越廣泛。
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