高嶺土應(yīng)用廣泛，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷革新，各行各業(yè)對(duì)高嶺土的各項(xiàng)指標(biāo)都有了更高的要求，特別是造紙、涂料、橡膠等行業(yè)對(duì)高品質(zhì)高嶺土的需求不斷增加。對(duì)高嶺土進(jìn)行改性可以改變其表面的理化性質(zhì)，進(jìn)而提升其附加值，以滿足現(xiàn)代新工藝、新技術(shù)及新材料方面的需求。目前常用的改性方法有煅燒改性、酸堿改性、磨剝細(xì)化處理以及插層剝離改性等方法。
1、煅燒改性
煅燒改性是高嶺土行業(yè)最常用也是最成熟的改性方法，特別是對(duì)于煤系高嶺土，煅燒改性能去除其中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)而得到高白度、高質(zhì)量的高嶺土產(chǎn)品。影響高嶺土煅燒品質(zhì)的因素眾多，原料品質(zhì)、原料粒度、煅燒制度、煅燒氣氛以及添加劑的選擇都對(duì)煅燒高嶺土的品質(zhì)有重大的影響。
對(duì)高嶺土進(jìn)行煅燒會(huì)使其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的轉(zhuǎn)變，低溫煅燒下，高嶺土中部分有機(jī)質(zhì)及物理吸附水逐漸脫離，煅燒至500~900℃時(shí)，高嶺土脫羥基，晶體結(jié)構(gòu)破壞，成無(wú)定形化，層狀結(jié)構(gòu)坍塌，比表面積增大，活性也相應(yīng)提升，這個(gè)溫度階段煅燒得到高嶺土稱為偏高嶺土。煅燒溫度達(dá)到1000℃左右時(shí)高嶺石發(fā)生相轉(zhuǎn)變，生成鋁硅尖晶石結(jié)構(gòu)；煅燒至1100℃以上時(shí)發(fā)生莫來(lái)石轉(zhuǎn)變。
各個(gè)煅燒溫度的高嶺土產(chǎn)品都有廣泛的應(yīng)用，低溫煅燒得到的偏高嶺土用作水泥添加劑，發(fā)揮其火山灰活性，增加混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B性和耐腐蝕性，因其具有較大的比表面積而被作吸附劑，吸附重金屬離子及有機(jī)污染物；高嶺土高溫煅燒產(chǎn)品基本都形成強(qiáng)度較大的莫來(lái)石，常被用來(lái)制造石油壓裂支撐劑。
近年來(lái)有學(xué)者發(fā)現(xiàn)通過(guò)微波快速升溫能有效地提升煤系高嶺土的比表面積，相較傳統(tǒng)煅燒工藝更加高效節(jié)能，也有學(xué)者通過(guò)微波煅燒的方式以煤系高嶺土為原料合成了13X型分子篩，大大提升了高嶺土的活性，進(jìn)一步提高了高嶺土的吸附性。
2、酸堿改性
對(duì)高嶺土進(jìn)行酸堿改性能有效地改善粉體表面的吸附性和反應(yīng)活性。王玉飛分別用鹽酸、氫氧化鈉對(duì)煅燒煤系高嶺土進(jìn)行改性，得出了吸油值最佳時(shí)所對(duì)應(yīng)的處理?xiàng)l件，由于高嶺土煅燒處理后形成了具有酸反應(yīng)活性的四面體Al，鹽酸改性后高嶺土中的Al元素浸出，極大地豐富了高嶺土的孔道結(jié)構(gòu)；氫氧化鈉改性能浸出煅燒高嶺土中的Si元素，使小孔結(jié)構(gòu)增加，這是因?yàn)殪褵幚砗蟾邘X土中的一部分SiO2轉(zhuǎn)化為游離的SiO2，易于與堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。酸改性中高嶺土中的金屬氧化物雜質(zhì)浸出，也能使高嶺土孔道豐富，進(jìn)一步提升其孔徑、粒度分布、比表面積等重要性能參數(shù)。隨堿處理時(shí)間的增加，煅燒煤系高嶺土孔徑分布變寬，比表面積減小、孔體積增加，裂化活性和裂化選擇性提高。
3、插層/剝離改性
對(duì)高嶺土進(jìn)行插層剝離改性，制備超微細(xì)粉體是提升高嶺土品質(zhì)的一個(gè)重要的手段，對(duì)提升高嶺土可塑性、白度、易分散性以及吸附性有著重要的意義。高嶺土結(jié)構(gòu)是由硅氧四面體和鋁氧八面體周期性重復(fù)排列，缺乏膨脹性，較難與有機(jī)物發(fā)生插層反應(yīng)，只有少數(shù)分子量小、極性較強(qiáng)的有機(jī)小分子才能插入到高嶺土層間，如甲酰胺、醋酸鉀、二甲基亞砜以及尿素等。常見的高嶺土插層復(fù)合物的制備方法有浸漬法、機(jī)械攪拌法、超聲法以及微波誘導(dǎo)的方法，插層處理能使高嶺土的層間距從0.72nm擴(kuò)大到1.12nm左右。對(duì)于一些不能直接發(fā)生插層反應(yīng)的有機(jī)物還需進(jìn)行兩步置換插層或是三步插層才能將其有效插入高嶺土分子層間，將高嶺土層結(jié)構(gòu)撐開。一般是將一種極性小分子插入其中作為前置物，然后通過(guò)超聲波輔助或高溫高壓的方式將大分子與小分子進(jìn)行置換，進(jìn)而將高嶺土剝離開來(lái)。
Li等人以張家口高嶺土為原料，利用超聲波輔助剝離，促進(jìn)CTAC插入高嶺土層間，形成了高嶺土納米卷，層間距約3.9nm，其比表面積較原土增加了10倍。Xu等人以高嶺土/DMSO插層復(fù)合物為前驅(qū)體在100℃進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，使CTAC插入高嶺土層間，也制備得到“高嶺土納米管”。
4、磨剝處理
高嶺土的粒度是一個(gè)重要的指標(biāo)，在造紙?zhí)盍贤苛闲袠I(yè)，剝片后的高嶺土涂覆在紙張的表層，這些薄片狀高嶺土相互交錯(cuò)、疊加并平行于紙張的表面，紙張就會(huì)更光滑，更白、更亮，且印刷后墨水不會(huì)產(chǎn)生水印等效果。
常用的高嶺土磨剝方法有干法超細(xì)粉碎、濕法研磨、擠壓以及化學(xué)浸泡等。干法粉碎一般是將高嶺土原料在氣流粉碎機(jī)、旋風(fēng)自磨機(jī)、高速機(jī)械沖擊式超細(xì)粉磨機(jī)以及振動(dòng)磨中進(jìn)行粉磨，為了控制粒度品級(jí)，一般還需進(jìn)行分級(jí)等工序。研磨法是借助研磨介質(zhì)與物料進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)高嶺土顆粒進(jìn)行剪切、沖擊以及磨剝作用，使其沿層間剝離成超微細(xì)顆粒。擠壓法是用高壓均漿機(jī)將高嶺土漿料高速磨擠噴出，使其晶體疊層產(chǎn)生松動(dòng)，從而沿層間剝離。化學(xué)浸泡法是用化學(xué)藥劑破壞高嶺土中以氫鍵結(jié)合的晶體面，使其層間結(jié)合力減弱進(jìn)而將晶體片剝離，原理等同于高嶺土插層處理。
程宏飛等人采用插層與機(jī)械磨剝相結(jié)合的方法成功制備出粒度近于1μm的煤系高嶺土片層材料，通過(guò)粒度測(cè)試和掃描電鏡對(duì)插層-磨剝過(guò)程中引起粒度變化的影響因素進(jìn)行了分析，研究表明：應(yīng)該選擇較為合適的磨剝時(shí)間(2h)，并非時(shí)間越長(zhǎng)效果越好；當(dāng)介質(zhì)球直徑以(0.8~1.2mm):(1.5~2.0mm):(2.0~2.5mm)=3:2:1的比例混合時(shí)磨剝效果最佳，對(duì)煤系高嶺土中高嶺石晶形的破壞較小。
Tang等人研究評(píng)估了干磨對(duì)由高嶺土制備的二氧化硅材料的理化性質(zhì)的影響，由二氧化硅的X射線衍射數(shù)據(jù)計(jì)算出的非晶化程度隨研磨時(shí)間的增加而增加，形態(tài)和結(jié)構(gòu)研究表明，高嶺土殘留物的晶體結(jié)構(gòu)在研磨過(guò)程中被破壞，浸出樣品的SiO2含量隨研磨時(shí)間而變化，最大值在92%以上。研磨使得二氧化硅的表面積增加至167.84m2/g，但又隨研磨時(shí)間的延長(zhǎng)而減小，研磨引起的結(jié)構(gòu)破壞被認(rèn)為是提高浸出行為和改善SiO2含量和多孔性的主要原因。
資料來(lái)源：《張濤.超聲波輔助改性煅燒煤系高嶺土及其吸油性能研究[D].太原理工大學(xué),2021》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！
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