高岭土是以高岭石为主要成分的黏土类矿物,俗称为“瓷土”,包括:高岭石、珍珠石、地开石、埃洛石。高岭石的晶体化学式为AI4[Si4O10](OH)8,是1:1型层状硅酸盐矿物,由一个硅氧四面体层和一个铝氧八面体层构成,层间由氢氧键连接。
根据其质地、可塑性可分为硬质高岭土、软质高岭土、砂质高岭土,根据其成因可分为煤系高岭土、非煤系高岭土。
高岭土的脉石矿物有长石、石英、钛的氧化矿物、铁矿物、云母,主要化学成分有二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化钙与氧化镁、有机混合物、烧失量、碱金属氧化物、流酐。
高岭土烧成颜色为白色或接近白色,白度最高大于95%;软质高岭土硬度为1~2,硬质高岭土硬度可达3~4;有良好的成型、干燥和烧结性能;在水中易分散、悬浮,成稳定性良好的悬浮液;具有优良的电绝缘性能,200℃时电阻率大于1010Ω·cm-1。具有良好的抗酸溶性,阳离子交换量(CMC)一般为0.03-0.05mmol/g,具有良好的耐火性能,耐火度为1750-1790℃。
高岭土具有良好的可塑性、分散性、耐火性、粘结性和稳定性等特性,在农业、耐火材料、造纸、陶瓷、橡胶等多个领域得到广泛应用。
随着改性技术和纳米技术的出现及发展,改性高岭土和纳米高岭土展现出了更加优异的性能,极大地拓展和延伸了高岭土的应用领域。全球高岭土约45%用于造纸领域,约16%用于耐火材料,约15%用于陶瓷领域,玻璃纤维和水泥制备领域各占约6%。
高岭土的深加工工艺
经过选矿提纯后的高岭土产品达到自然状态下的最好品质,但仍未满足某些应用方面的要求,因此需要对高岭土进行进一步的深加工,高岭土的深加工有:煅烧、超细粉碎、表面改性。
- 超细粉碎
高岭土在超细粉碎过程中结品层断裂产生片状颗粒,因此高岭土的超细粉碎又称为剥片。工业上应用的剥片机主要是高压均浆器、搅拌磨机等。
高压均浆器采用处于高压中的矿浆喷出时产生相互摩擦所产生的剪切力和喷出后压力突降所产生的粉碎效应,使高岭石晶体结构遭到破坏,晶层间氢键断裂,使得高岭土层层爆裂导致一片片剥离下来。
用搅拌磨机超细粉碎高岭土时,为了不产生二次污染和保证产品白度,使用瓷球、玻璃球、铁石和刚玉等作为粉碎介质。由于粉碎介质的充填率会影响磨机的生产能力,介质多,剥片效果好,但处理能力低,因此最佳充填率应根据设备性能通过试验来确定。
- 煅烧加工
高岭土煅烧加工可以排除高岭石矿物中的结构水,同时可以除去有机污染源和一些挥发性物质,是目前处理高岭土最有效的方法之一。不仅可以提高高岭土的纯度与白度,还可以改变高岭土的性能,使高岭土具有煅烧前其不具有的性能,如:密度小、比表面积大、良好的遮盖性、良好的耐磨性。高岭土的缎烧工艺及设备主要有倒焰窑煅烧、回转窑煅烧、漩涡气流煅烧、隧道窑煅烧。
高岭土作为陶瓷用时通常使用倒焰窑进行煅烧,高岭土进窑前控制高岭土水分含量在15%左右,这样在煅烧过程中高岭土不会胶结,并且节省燃料。
目前采用的回转窑多为卧式回转窑,该回转窑采用低热煤作为燃料,通过回转窑的转动使高岭土不断翻滚,且运动方向与高温气流方向相反,从而使高岭土与高温烟气进行彻底的热交换,可以进行连续生产。
漩涡气流煅烧使用圆锥形漩涡器对精选高岭土粉料进行加工。煅烧过程中,通过漩涡器形成旋转向上的热气流,将极细的物料通过喷雾器分散到圆锥内反应室中进行煅烧,此时制得的非晶质煅烧高岭土还可进一步加热处理,会导致新的结晶和物理状态,物料比第一阶段的煅烧高岭土白度更高,而且具有更优良的特性。
隧道窑煅烧生成的产品已经成为烧结的耐火熟料,在这个过程中将高岭土制成特定的形状,送入隧道窑中煅烧,烧结后的物料送破碎、分级,并制成标准粒级,一部分进入球磨机磨至-120目和-200目或送筛分分出80~120目。