资源型矿物简介、高岭土讲述.ppt

十二、高岭土 东北大学矿物材料与粉体技术研究中心 高鹏 第三章、非金属矿物分述 12.1、高岭土基本特征 n高岭土：又称为“高岭石粘土”，俗称为“瓷土” n高岭土是一种以高岭石为主要成分可塑性很强的粘土是 在湿热条件下，由富含铝酸盐矿物的岩石风化而来，也可 由热液蚀变或表生沉积作用形成 n高岭土原矿外观呈白、浅灰等色，含杂质时呈黄、灰或玫 瑰等色；致密块状或疏松土状，质软，有滑腻感，硬度小 ；密度为2.4~2.6g/cm3；耐火度高，可达1700~1790℃；具 良好的绝缘性和化学稳定性纯净的高岭土煅烧后颜色洁 白，白度可达80%~90% n高岭石：矿物名 化学式为：Al4[Si4O10](OH)8、Al2Si2O5(OH)4 、 Al2O3·2SiO2·2H2O n理论化学成分为SiO246.54%，Al2O339.50%，H2O 13.96% n高岭土中的高岭石一般为无色或白色的细小鳞片，单晶体 呈六方板状或书册状，平行连生的集合体往往呈蠕虫状或 手风琴状，粒径以0.5~2μm者为多，个别蠕虫晶体可达数 毫米 高岭土的矿物组成 n风化型高岭土矿是以砂质高岭土为主，有用矿物以高 岭石为主，次为埃洛石。

其它矿物有石英、长石、云 母、褐铁矿等石英、长石、白云母可综合回收、利 用 n热液蚀变型高岭土矿，主要矿物有高岭石、地开石、 埃洛石其它矿物有黄铁矿、明矾石、石英、云母、 叶蜡石、蒙脱石等其中黄铁矿、明矾石、石英可综 合回收利用 n沉积型高岭土矿，主要矿物为高岭石少量的有机质 、水铝石、勃姆石、石英、云母、蒙脱石、赤铁矿、 金红石等其他矿物为杂质，没有回收价值 12.2、高岭土的工艺特性 n1．白度和亮度 n白度是高岭土工艺性能的主要参数之一，纯度高的高岭土 为白色 n白度可用白度计测定白度计是测量对3800—7000 Å 波长 光的反射率的装置 n在白度计中，将待测样与标准样(如BaSO4、MgO等)的反 射率进行对比，即白度值(如白度90即表示相当于标准样 反射率的90%) 2．粒度分布 n高岭土的粒度分布特征对矿石的可选性及工艺应用具有重 要意义，其颗粒大小，对其可塑性、泥浆粘度、离子交换 量、成型性能、干燥性能、烧成性能均有很大影响 n高岭土矿都需要进行技术加工处理，是否易于加工到工艺 所要求的细度，已成为评价矿石质量的标准之一 n各工业部门对不同用途的高岭土都有具体的粒度和细度要 求。

如美国对用作涂料的高岭土要求小于2μm的含量占90 ～95%，造纸填料小于2μm的占78～80% 3．可塑性 n高岭土与水结合形成的泥料，在外力作用下能够变形，外 力除去后，仍能保持这种形变的性质即为可塑性 n可塑性是高岭土在陶瓷坯体中成型工艺的基础，也是主要 的工艺技术指标可 n塑性指标代表高岭土泥料的成型性能，用可塑仪直接测定 泥球受压破碎时的荷重及变形大小可得，以kg·cm表示， 往往可塑性指标越高，其成型性能越好 4．结合性 n结合性指高岭土与非塑性原料相结合形成可塑性泥团 并具有一定干燥强度的性能 n结合能力的测定，是在高岭土中加入标准石英砂(其 质量组成0.25—0.15粒级占70%，0.15—0.09mm粒级 占30%)以其仍能保持可塑泥团时的最高含砂量及干 燥后的抗折强度来判断其高低，掺入的砂越多，则说 明这种高岭土结合能力就越强通常凡可塑性强的高 岭土结合能力也强 5．粘性和触变性 n粘性是指流体内部由于内摩擦作用而阻碍其相对流动的一 种特征，以粘度来表示其大小，单位是Pa·s粘度的测定 ，一般采用旋转粘度计，以在含70%固含量的高岭土泥浆 中的转速来衡量 n在生产工艺中，粘度具有重要意义，它不仅是陶瓷工业的 重要参数，对造纸工业影响也很大。

据资料表明，国外用 高岭土作涂料，在低速涂布时要求粘度约0.5Pa·s，高速涂 布时要求小于1.5Pa·s n 触变性指已经稠化成凝胶状不再流动的泥浆受力后变为流 体，静止后又逐渐稠化成原状的特性 n以厚化系数表示其大小，采用流出粘度计和毛细管粘度计 测定 n6．干燥性能 n干燥性能指高岭土泥料在干燥过程中的性能包括干燥收 缩、干燥强度和干燥灵敏度等 n干燥收缩指高岭土泥料在失水干燥后产生的收缩高岭土 泥料一般在40—60℃至多不超过110℃温度下就发生脱水 而干燥，因水分排出，颗粒距离缩短，试样的长度和体积 就要发生收缩 n干燥收缩分线收缩和体收缩，以高岭土泥料干燥至恒重后 长度及体积变化的百分数表示 n7．烧结性 n烧结性是指将成型的固体粉状高岭土坯体加热至接近其熔 点时，物质自发地充填粒间隙而致密化的性能 n气孔率下降到最低值，密度达到最大值的状态，称为烧结 状态，相应的温度称为烧结温度继续加热时，试样中的 液相不断增加，试样开始变形，此时温度即称转化温度 烧结温度与转化温度的间隔称烧结范围 n烧结温度和烧结范围在陶瓷工业中是决定坯料配方、选择 窑炉类型的重要参数试料以烧结温度低、烧结范围宽 (100—150℃)为宜。

n8．烧成收缩 n烧成收缩性是指已干燥的高岭土坯料在烧成过程中，发生 一系列物理化学变化(脱水作用、分解作用、生成莫来石 ，易熔杂质熔化生成玻璃相充填于质点间的空隙等)，而 导致制品收缩的性能，也分为线收缩和体收缩两种 n同干燥收缩一样，烧成收缩太大，容易导致坯体开裂另 外，焙烧时，坯料中若混有大量的石英，它将发生晶型转 化(三方→六方)，使其体积膨胀，也会产生膨胀 n9．耐火性 n耐火性是指高岭土抵抗高温不致熔化的能力在高温作业 下发生软化并开始熔融时温度称耐火度其可采用标准测 温锥或高温显微直接测定，也可用M．A．别兹别洛道夫 经验公式进行计算 n耐火度t(℃)=[360+Al2O3-R2O]/0.228 n式中：Al2O3为SiO2和Al2O3分析结果之和为100时其中 Al2O3所占的质量百分比；R2O为SiO2和Al2O3分析结果之 和为100时其它氧化物所占的质量百分比 n通过此公式计算耐火度的误差在50℃以内 n耐火度与高岭土的化学组成有关，纯的高岭土的耐火度一 般在1700℃左右，当水云母、长石含量多，钾、钠、铁含 量高时，耐火度降低，高岭土的耐火度最低不小于1500℃ 。

n工业部门规定耐火材料的R2O含量小于1.5—2%，Fe2O3小 于3% n10．悬浮性和分散性 n悬浮性和分散性指高岭土分散于水中难于沉淀的性能又 称反絮凝性一般粒度越细小，悬浮性就越好用于搪瓷 工业的高岭土要求有良好的悬浮性一般据分散于水中的 样品经一定时间的沉降速度来确定其悬浮性能的好坏 n11．可选性 n高岭土的可选性取决于有害杂质的矿物成分、赋存状态、 颗粒大小等石英、长石、云母、铁、钛矿物等均属有害 杂质高岭土选矿主要包括除砂、除铁、除硫等项目 12.3、高岭土的提纯 n高岭土原矿的选矿提纯工艺取决于原矿的性质及产品的最 终用途，在工业生产中应用的工艺有两种：干法和湿法工 艺，通常硬质高岭土采用干法生产，软质高岭土采用湿法 生产 n干法工艺是一种简单经济的加工工艺原矿经锤式和笼式 破碎机破碎，利用笼式破碎机内的热空气将高岭土的水分 由采出的20%降至10%左右再经配有离心分离机和旋风 除尘器的吹气式雷蒙磨磨细该工艺可除去大部分砂石， 产品通常用于橡胶、塑料及造纸工业的低价填料 n湿法工艺包括矿石准备、选矿加工和产品处理三个阶段 n准备阶段包括配料、破碎和捣浆等作业 n捣浆是将高岭土原矿与水、分散剂混合在捣浆机内制浆， 捣浆作业可使原矿分散，为选别作业制备适当细度的高岭 土矿浆，并同时去掉大粒的砂石 。

n选矿阶段可能包括水力分级、浮选、选择性絮凝、磁选、 化学处理(漂白)等作业 n一般来讲，不经选别的最终产品白度较低，只有在流程中 配置磁选、泡沫浮选或选择性絮凝作业才能获得高白度的 粘土产品 n以下是除去高岭土中杂质铁，提高其白度的几种方法 n(1) 吸附浮选法 n在细碎高岭土(细度为-43m，含Fe2O3 0.72%)矿浆中加入 载体石灰石粉，石灰石粉作为吸附剂，把Fe2O3从矿浆中吸 附到石灰石粉载体上，载体既可依靠自身的疏水性，又可 靠捕收剂造成的疏水性附着于气泡，得到含铁的载体泡沫 产品与含高岭土精矿的槽内产品 n吸附浮选所用设备即为常规的机械搅拌式浮选机，所用捕 收剂为塔尔油，硫酸铵用于抑制高岭土，碳酸钠作pH调整 剂，水玻璃作矿浆分散剂 n吸附浮选工艺流程如图12.1所示用吸附浮选法可使高岭土 中的Fe2O3由0.72%降至0.5%以下 n(2) 双液浮选法 n将高岭土矿调成一定浓度的水溶液矿浆，加入pH调整剂调 至所需的pH值，搅拌一定时间后加入捕收剂，继续调浆一 定时间后，然后加入有机溶液，再充分搅拌合适的时间后 ，静置分层、分离，得到有机相产品(含Fe2O3)和水相产品( 含高岭土)。

n本方法所用装置类似于萃取分离装置 n工艺流程见图12.2此法除铁效果不错，能使-2m高岭土 Fe2O3的脱除率和高岭土精矿产品的回收率达到理想结果 同时，有机溶液回收再生，循环使用效果甚佳 n(3) 化学漂白 Ø对于一些牢固覆盖在高岭土颗粒表面的氧化铁，采用磁选 、浮选方法是很难将其去掉的 Ø采用酸洗的方法可以将一些染色杂质除掉，但酸的强度过 高会溶解高岭土中的Al2O3，造成晶格结构的变化 Ø为此出现了漂白工艺： 着色漂白 化学漂白：氧化法、还原法等 n(4) 磁选除铁法 n高岭土中的染色杂质(如赤铁矿等)具有弱磁性，因而可 以利用高梯度磁选机将其除去 n超导磁选机已成功地应用于高岭土分选，不仅能耗减 少，而且场强可以大大提高，高岭土精矿的质量也更 高 n(5) 磁种磁选法 n把细碎煤系高岭土(细度为-20μm)矿浆放入可调整转速的搅 拌器中搅拌，添加定量溶解好的分散剂，调整矿浆浓度为 40%~50%加入pH调整剂，调节pH值为5.5~7.0，搅拌 10min，待搅拌均匀后，添加事先分散调节好的磁种(-6μm 的磁铁矿或-1μm的人造铁氧体微粒)，使磁种选择性地与铁 、钛矿物颗粒凝聚，提高这些弱磁性目的矿物的磁性。

采 用磁种分离工艺，可使原矿含Fe2O31.38%、含TiO20.97% 的煤系高岭土的铁、钛去除率分别达52.2%和49.5% n(6) 加氯高温焙烧法 n煤系高岭土中固定碳含量一般为2%左右，碳存在于高岭石 结晶体间隙中，使煤系高岭土呈现灰黑或灰白色，这种高 岭土常采用高温氧化焙烧法除碳来提高高岭土的白度 n高岭土中的含Fe矿物，如黄铁矿、菱铁矿及褐铁矿，在高 温焙烧时均会转变成Fe2O3，造成原料发黄或呈砖红色，因 此，必须在焙烧前或焙烧过程中采取除铁、钛措施，才能 将产品白度提至90%以上 采用加氯高温焙烧法，在除碳的同时，能够去除铁、钛致色 因子，达到高岭土增白的目的 n加氯高温焙烧高岭土，在高岭土中碳的参与下，将铁钛的 氧化物转化为低熔点高挥发性的FeCl3(沸点315℃)及TiCl4( 沸点136℃)，碳则转化为CO、CO2，从而使C、Fe、Ti与 高岭土分离其化学反应式如下： 苏州观山高岭土选矿厂工 艺流程 湛江高岭土选矿厂 12.4、高岭土的超细碎 n除了白度、纯度等指标外，为了满足铜版纸、涂布纸及纸 板以及高档油漆涂料、塑料和橡胶制品等对高岭土产品的 技术要求，部分优质高岭土、粒度及其分布是至关重要的 指标，部分优质高岭土，尤其是硬质高岭土还需要进行超 细粉碎加工。

n12.4.1干法超细碎大多用于硬质高岭土的超细粉碎，特别 是用于直接生产满足用户要求的超细粉，产品细度一般是 d90≤10μm，加工设备大多采用高速机械冲击式的超细粉 磨机、振动磨、高速离心式自磨机、气流磨等 n气流粉碎法 n气流粉碎法的实质是利用流体能量，使粉料受到很大 的剪切碰撞、摩擦力等的作用当作用力大于粒子本 身的破坏应力时，粒子即被粉碎。