高嶺土工業(yè)指標

高嶺土

“高嶺土(Kaolin)”一詞來源于中國江西景德鎮(zhèn)高嶺村產的一種可以制瓷的白色粘土而得名。高嶺土礦是高嶺石亞族粘土礦物達到可利用含量的粘土或粘土巖。

高嶺土因具有許多優(yōu)良的工藝性能，廣泛用于造紙、陶瓷、橡膠、塑料、耐火材料，化工、農藥、醫(yī)藥、紡織、石油、建材及國防等部門。隨著工業(yè)技術的發(fā)展和科技迅速提高，陶瓷制品的種類愈來愈多，它不僅與人們日常生活密切相關，而且在國防尖端技術的應用也很廣泛，如電氣、原子能、噴氣式飛機、火箭、人造衛(wèi)星、半導體、微波技術、集成電路、廣播、電視及雷達等方面幾乎都需要陶瓷制品�？梢姼邘X土礦產在國民經濟和國防建設中所占的重要地位。

一、 礦物原料特點

高嶺土的巖石學特征與礦物學特征相同，具有松散土狀和堅硬巖石狀兩種外貌，其礦物成分、化學成分和粒度變化都較大。

高嶺土的礦物成分由粘土礦物和非粘土礦物組成，前者主要包括高嶺石、迪開石、珍珠陶土、變高嶺石(1.0nm和0.7nm埃洛石)、水云母和蒙脫石；后者主要是石英、長石、云母等碎屑礦物，少量的重礦物及一些自生和次生的礦物，如磁鐵礦、金紅石、褐(針)鐵礦、明礬石、三水鋁石、一水硬鋁石和一水軟鋁石等(表4.22.1)。

高嶺石及其多型礦物迪開石和珍珠陶土同屬1∶1型二八面體的層狀硅酸鹽，結構單元層完全相同，單位構造高度為0.7nm，層間以氫鍵相聯結， 無水分子和離子。 它們的理想結構式為Al4［Si4O10］(OH)8，理論化學成分為SiO2 46.54%、Al2O3 39.50%、H2O 13.96%，它們之間區(qū)別在于單元層間堆疊方式不同。高嶺石為三斜晶系，一般為無色至白色的細小鱗片，單晶呈假六方板狀或書冊狀，平行連生的集合體往往呈蠕蟲狀或手風琴狀，粒徑以0.5～2nm為主，個別蠕蟲狀可達數毫米。自然界高嶺土中高嶺石常見，迪開石少見，珍珠陶土罕見。   變高嶺石(也稱埃洛石)包括1.0nm和0.7nm兩種。1.0nm埃洛石的結構特征是結構單元層與高嶺石相同，但層間有一層水分子。 結構單元層高度為1.6nm， 結構式為Al4［Si4O10］(OH)8·4H2O，其形態(tài)為小于幾微米的管狀和球粒狀。1.0nm埃洛石不穩(wěn)定，層間水在室溫下就可脫出，結構單元層高度減為0.76～0.73nm，而且這種變化是不可逆的。失水后形成0.7nm埃洛石，在自然界比較穩(wěn)定。由于失水管狀和球粒狀被破壞，呈破裂管狀和球粒狀。高嶺石亞族成分特征見表4.22.1。

水云母：基本結構與白云母相似，為二八面體2∶1型層狀硅酸鹽，礦物結構單元層高度為1.0nm左右。與白云母不同的是顆粒細小，層間陽離子鉀和鈉減少，層間水增加，四面體中鋁代硅減少，結構無序程度高，其形態(tài)呈不規(guī)則薄片或長條狀，粒徑一般比高嶺石大。

表4.22.1高嶺石亞族礦物典型特征

蒙脫石在高嶺土中常有少量存在，易與埃洛石共生，晶粒極細小，具有很強的膨脹性和吸水性。

綠泥石和葉蠟石在蠟石型高嶺土礦床中有時出現。常為鋁綠泥石。

水鋁英石為非晶質粘土礦物，是氧化鋁和氧化硅的凝膠體，一般為球粒狀，不穩(wěn)定。   高嶺土的化學成分主要是SiO2、Al2O3和H2O，純凈的高嶺土成分接近于高嶺石或埃洛石的理論成分，由于各種雜質的影響，因此往往含有害組分Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3等。有害組分Fe2O3、TiO2一般在沉積礦床較高，其次是風化型高嶺土，蝕變型礦床中鐵質最少。高嶺土的K2O、Na2O含量在風化型礦床中較多，一般在2%～7%，隨深度增加而增加。另外，含明礬石的高嶺土礦床中SO3含量相當可觀，也屬有害雜質。   高嶺土的粒度成分以粘土級和粉砂級的顆粒最多。據粒度成分，可將高嶺土劃分為：土狀高嶺土，絕大部分由小于10μm的泥粒組成；含砂高嶺土，含5%～25%的砂和粉砂級顆粒組成。

高嶺土中常見的結構有凝膠狀結構，顆粒極細而致密；泥質結構，礦石中小于0.01mm以下顆粒占絕大多數；粉砂泥質或砂泥質結構，指礦石中含25%～50%的砂或粉砂；植物泥質結構，指礦石中含有機質植物殘體等；變余結構，指蝕變高嶺土中常有變余凝灰或變余斑狀等結構。高嶺土中常見的構造有皺紋狀或條紋狀構造、角礫狀和斑點構造等。

質純的高嶺土具有白度高，質軟易分散懸浮于水中，良好的可塑性和高的粘結性，優(yōu)良的電絕緣性能，具有良好的抗酸溶性、很低的陽離子交換量，較高的耐火度等物理化學性能，見表4.22.2。

表4.22.2高嶺土的物理化學性能

高嶺土的礦石類型可根據高嶺土礦石的質地、可塑性和砂質的含量劃分為硬質高嶺土、軟質高嶺土和砂質高嶺土三種類型：

硬質高嶺土質硬，無可塑性，粉碎、細磨后具可塑性；

軟質高嶺土質軟，可塑性一般較強，砂質含量小于50％；

砂質高嶺土質松散，可塑性一般較弱，除砂后較強，砂質含量大于50％。

根據影響工業(yè)利用的有害雜質種類，冠“含”字(其含量允許小于5％)劃分亞類型。如：含黃鐵礦硬質高嶺土，含有機質軟質高嶺土，含褐鐵礦砂質高嶺土等。

二、 用途與技術經濟指標

高嶺土的應用領域不同，對其質量要求截然不同。按工業(yè)用途可分為造紙工業(yè)用高嶺土、搪瓷工業(yè)用高嶺土、橡膠工業(yè)用高嶺土和陶瓷工業(yè)用高嶺土等。在化學成分方面，對造紙涂料、無線電瓷、耐火坩堝等要求高嶺土的Al2O3和SiO2接近高嶺石的理論值，日用陶瓷，建筑衛(wèi)生陶瓷、白水泥原料、橡膠和塑料的填充劑對高嶺土的Al2O3含量要求可適當放低，SiO2含量可酌情高些。對Fe2O3、TiO2、SO3等有害成分，亦有不同允許含量。對CaO、MgO、K2O、Na2O含量的允許值，不同的用途中也不相同。在工藝性能方面，各應用領域要求的側重點更為明顯。如造紙涂料主要要求高的白度、低的粘濃度及細的粒度；陶瓷工業(yè)要求有良好的可塑性、成型性能和燒成白度；耐火材料要求有高的耐火度；搪瓷工業(yè)要求有良好的懸浮性等。這就決定了高嶺土產品規(guī)格、牌號的多樣性。工業(yè)應用高嶺土質量的要求按國家標準(GB/T14563-93)執(zhí)行，見表4.22.3～4.22.9。

表4.22.3產品類別、代號及主要用途

表4.22.4各級產品外觀質量要求

表4.22.5造紙工業(yè)用高嶺土各級產品化學成分和物理性能

表4.22.6搪瓷工業(yè)用高嶺土各級產品化學成分和物理性能要求

表

.22.7橡膠工業(yè)用高嶺土粉各級產品化學成分和物理性能要求

表4.22.8陶瓷工業(yè)用高嶺土各級產品化學成分和物理性能要求

表4.22.9各類產品水分要求

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