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| 我國(guó)水洗高嶺土加工技術(shù)研究進(jìn)展 |
| 來(lái)源：中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-08-04 11:22:43 瀏覽次數(shù)： |
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高嶺土用途十分廣泛，主要用于陶瓷和耐火材料，其次是作為造紙、涂料、油漆、建材、橡膠等工業(yè)原料。近年來(lái)，隨著我國(guó)造紙行業(yè)和涂料油漆行業(yè)的快速發(fā)展，業(yè)內(nèi)對(duì)優(yōu)質(zhì)高嶺土產(chǎn)品的需求量逐年增長(zhǎng)，市場(chǎng)缺口較大。然而自然界中高白高純的優(yōu)質(zhì)高嶺土資源越來(lái)越少，已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)要求，水洗高嶺土是國(guó)內(nèi)運(yùn)用于造紙涂布上比較理想的原材料，其本身具有遮蓋力強(qiáng)、白度高、粒徑分布均勻的特點(diǎn)。在造紙涂布過程中更容易提高紙的印刷適性、吸墨性和光潔度。煅燒水洗高嶺土作為制備優(yōu)質(zhì)高嶺土的手段之一，具有較好的開發(fā)應(yīng)用前景。
在工業(yè)生產(chǎn)上，高嶺土選礦工藝可分為干法和濕法。對(duì)于軟質(zhì)高嶺土和砂質(zhì)高嶺土一般釆用濕法選礦工藝流程。高嶺土濕法工藝的主要流程為：高嶺土原礦粗碎→制漿提純→分級(jí)→機(jī)械超細(xì)粉碎→離心脫水→干燥→粉磨。
為了使高嶺土很好分散，可邊加料邊攪拌，必要時(shí)可以加入少量分散劑。常用的分散劑有碳酸鈉、水玻璃、聚丙烯酸鈉、三聚磷酸鹽及六偏磷酸鈉。張燕依據(jù)漿體內(nèi)摩擦力、質(zhì)點(diǎn)分散機(jī)理、粘度影響因素等理論，利用恩氏粘度計(jì)測(cè)試各種分散劑混合使用后對(duì)礦漿粘度的影響，確定了能有效降低茂名水洗高嶺土粘度的方法是調(diào)節(jié)礦漿的pH值和添加合理的分散劑DC和STPP。
1、煅燒法
可以使高嶺土脫水和脫揮發(fā)性物質(zhì)，也可以使高嶺土的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而獲得特殊的表面性質(zhì)，其主要目的在于提高高嶺土的白度、純度、改變晶體結(jié)構(gòu)、表面物理化學(xué)性質(zhì)及加工性能等。
陳強(qiáng)針對(duì)提高水洗高嶺土的白度進(jìn)行煅燒實(shí)驗(yàn)，其水洗高嶺土在煅燒后白度可達(dá)90%以上。由于其煅燒前的鐵含量比較高，在選礦工藝上增加磁選作業(yè)再進(jìn)行煅燒，白度可以達(dá)到94.5，為水洗高嶺土的持續(xù)開發(fā)和深加工提供了一定的依據(jù)。
劉欽甫等人考察了不同溫度條件下煅燒高嶺土對(duì)橡膠力學(xué)性能的影響，煅燒后產(chǎn)物由晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定形的非晶態(tài)，煅燒水洗高嶺土產(chǎn)品性能隨煅燒溫度而異，吸油值和體積電阻率在700℃時(shí)效果最好，且在丁苯橡膠中具有良好的力學(xué)性能。
曾偉能在水洗高嶺土傳統(tǒng)加工工藝的基礎(chǔ)上經(jīng)過適當(dāng)溫度煅燒、高效解聚分散、改性等工藝對(duì)高嶺土資源進(jìn)行深加工，制備出具有火山灰特性的活性高嶺土，可用作高端混凝土添加劑、電纜填料、水性涂料等領(lǐng)域，具有凝結(jié)時(shí)間短，早期強(qiáng)度高、補(bǔ)償收縮、對(duì)鋼筋無(wú)銹蝕、電阻率高等特點(diǎn)，提升高嶺土資源附加值，市場(chǎng)空間潛力巨大。
李三華經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)確定煅燒溫度控制在960-980℃時(shí)，煅燒產(chǎn)品有較好的吸油值和大的比表面積，并且有良好的遮蓋率和不透明性，同時(shí)產(chǎn)品的白度可達(dá)91.8%-93%。
李微微在煅燒溫度為900℃，保溫時(shí)間1h，添加2%的NaCl作為助白劑時(shí)，產(chǎn)品白度最大值達(dá)到92.84%。
何利喜分析了煅燒溫度、恒溫時(shí)間對(duì)其晶態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，并考察了煅燒產(chǎn)品的白度、吸油量在煅燒過程中的變化規(guī)律。在750℃左右得到白度最高為86.27%，吸油量最高為83.8mL/l00g水洗高嶺土，白度先大幅度增加，50min后增加趨勢(shì)變小，吸油量與延長(zhǎng)保溫時(shí)間沒有顯著的變化。
2、離心分級(jí)
一般采用臥螺離心分級(jí)技術(shù)，使產(chǎn)品細(xì)度達(dá)到-2μm占90%以上，分級(jí)效率在80%以上。李啟成采用離心分級(jí)機(jī)對(duì)高嶺土進(jìn)行了超細(xì)分級(jí)試驗(yàn)研究，通過一次離心分級(jí)，分級(jí)溢流中-2μm粒級(jí)含量可達(dá)85%-90%以上，達(dá)到了刮刀涂料的粒度要求。
湯紅偉確定了風(fēng)化型高嶺土精確分級(jí)的最佳分散條件為：固含量5%、六偏濃度0.2%、DC濃度0.1%、pH值為中性，具有較好的分散性，可較好地實(shí)現(xiàn)不同大小顆粒的自由沉降和分離。
易龍生以澳大利亞某砂質(zhì)高嶺土為原料，經(jīng)過離心除砂，離心產(chǎn)率達(dá)到58.5%，總產(chǎn)率達(dá)到28.1%，產(chǎn)品的SiO2含量從52.4%降低到47.2%，Al2O3含量從36.5%提升到38.0%。對(duì)精礦進(jìn)行氯化焙燒除鐵鈦，使Fe2O3和TiO2含量分別從1.26%和1.03%降低到0.35%和0.46%，焙燒產(chǎn)品SiO2含量為52.9%，Al2O3含量為45.8%，煅燒白度從86.3%提升到93.6%，達(dá)到國(guó)標(biāo)造紙用煅燒高嶺土ZT-(D)1產(chǎn)品的要求。
姜磊等對(duì)煤系高嶺土原礦進(jìn)行初選、破碎、粉磨、剝片之后，利用水力旋流器進(jìn)行選礦試驗(yàn)，得到的最終產(chǎn)品白度大于88%，且產(chǎn)品中主要雜質(zhì)鐵、鈦含量均有所下降。
3、除鐵技術(shù)
白度是影響高嶺土工藝性能的主要參數(shù)，白度越高，純度越高，其利用價(jià)值越高。天然高嶺土常因含有雜質(zhì)而使白度降低，高嶺土中影響礦物白度的物質(zhì)主要為有機(jī)質(zhì)、鐵、含鈦礦和暗色礦物。其中，鐵是影響高嶺土白度的主要物質(zhì)，含鐵礦物在高溫鍛燒時(shí)會(huì)變成Fe2O3，造成原料發(fā)黃或呈磚紅色。這些著色雜質(zhì)通常具有弱磁性，可通過強(qiáng)磁選法除去。
王浩通過高梯度磁選，精礦中Fe203含量從1.33%降低到1.04%，除鐵率為21.80%，K2O含量從1.68%降低到1.27%，除去了高嶺土中的大量云母等雜質(zhì)礦物；通過還原漂白后精礦中Fe203含量從1.33%降低到1.07%，除鐵率為19.55%，降低了鐵雜質(zhì)的含量；高梯度磁選-還原漂白聯(lián)合工藝精礦產(chǎn)品Fe203含量從1.33%降低到0.95%，除鐵率為28.57%，K20含量從1.68%降低1.29%，煅燒白度從76.53%提高到84.00%，產(chǎn)品滿足陶瓷工業(yè)用二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(TC-2)。
4、化學(xué)改性
宋海峰對(duì)水洗高嶺土進(jìn)行親水改性，使用鈦酸酯偶聯(lián)劑，通過機(jī)械共混法制備了親水改性高嶺土/水性聚氨酯復(fù)合材料。當(dāng)改性高嶺土質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為24.4MPa，比聚氨酯增加53.1%，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)492%，增加9.6%，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料的增韌增強(qiáng)。
孫濤等人發(fā)現(xiàn)高嶺土在750℃煅燒時(shí)吸油值最高，為80.272g/100g，此時(shí)煅燒高嶺土的比表面積最大，孔徑分布集中于微孔和中孔，平均孔徑最小。甘學(xué)鋒等人通過配漿濃度10%，保險(xiǎn)粉4%，水浴溫度85℃，NaCl為1%，得到了白度可達(dá)92.89%的高嶺土精粉。
羅榮煌以福建某地水洗高嶺土為主要原料，經(jīng)過礦物活化、加酸分解、分離等工藝，制備白炭黑聯(lián)產(chǎn)硫酸鋁，產(chǎn)品達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，具有良好經(jīng)濟(jì)效益。HongliangXu通過用甲醇嵌入和溶劑熱法，制備出長(zhǎng)度300nm-2000nm，內(nèi)外直徑分別為15-55，40-80的高嶺石納米管。
劉雪寧等將不同改性的高嶺土與聚丙烯共混，制備了聚丙烯插層的PP/高嶺土納米復(fù)合材料。翟由濤等人利用酸改性改變了高嶺土的吸附活性點(diǎn)位，提高了其對(duì)磷的吸附凈化性能，而通過煅燒活化高嶺石中的鋁進(jìn)一步提高其對(duì)磷的吸附凈化性能。
SoniaZul?qar利用二甲基亞砜使高嶺土的層間距從0.712nm增至1.12nm，使高嶺土的吸附性能增強(qiáng)。高嶺石有機(jī)插層化合物將成為一種全新的功能化納米復(fù)合材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。董文輝等使用還原加絡(luò)合的方法，顯著提高了高嶺土的白度、有效降低了高嶺土中鐵的含量，使其最終產(chǎn)品白度達(dá)到86%，滿足了橡膠填料、塑料填料等領(lǐng)域的應(yīng)用要求。楊明安等對(duì)高嶺土進(jìn)行活化處理，加入聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺，無(wú)需分解絮凝及煅燒，將白度從72%提高至82%。
單一的選礦提純方法對(duì)高嶺土的提純效果有限，在工業(yè)上一般采用多種工藝聯(lián)合作用對(duì)高嶺土進(jìn)行選礦提純。張凌燕]等以廣東某地砂質(zhì)高嶺土為研究對(duì)象，經(jīng)“磁選---還原漂白”后，高嶺土白度從56.04%提升到66.61%，1200℃煅燒后白度達(dá)86.10%。SamyaEl 通過酸浸和煅燒的方法提高了銅版紙的光學(xué)性能，伸展和抗張強(qiáng)度分別增長(zhǎng)17.5%和19.7%。
5、存在的問題
目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的水洗高嶺土含有較多的吸附水、結(jié)構(gòu)水及有機(jī)質(zhì)和其它著色雜質(zhì)元素，使其存在白度低、空隙率低、油墨吸收性差、遮蓋力低等缺陷，并且粘度大，品種規(guī)格少，產(chǎn)品缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。高嶺土作為高附加值的造紙?zhí)盍?、造紙涂料等用途時(shí)，對(duì)產(chǎn)品的白度要求很高，一般要求白度大于90%，特別是做造紙涂料用途時(shí)，還要求產(chǎn)品有比較低的粘度。
6、展望
高嶺土在各行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，隨著需求量的增加，優(yōu)質(zhì)高嶺土資源的供需逐漸緊張，然而普通的高嶺土又不能滿足工業(yè)需求，因此中低品質(zhì)高嶺土的深加工成為高嶺土資源綜合利用的熱點(diǎn)問題。目前，在某些應(yīng)用領(lǐng)域“雙90”的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿足應(yīng)用需要，高嶺土的粒度和白度急需得到進(jìn)一步的提高，這將為高嶺土的深層次加工利用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)合理開發(fā)利用高嶺土資源也將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
作者：張克南 杜高翔 宋銳 李玉成（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100083）（山西省靈丘縣元通振華鐵礦有限公司,山西大同，034400）
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