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高岭土的几个应用领域及几大研究进展
2018月01月18日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:148
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高岭土用途十分广泛,主要用于造纸、陶瓷和耐火材料,其次用于涂料、橡胶填料、搪瓷釉料和白水泥原料,少量用于塑料、油漆、颜料、砂轮、铅笔、日用化妆品、肥皂、农药、医药、纺织、石油、化工、建材、国防等工业部门。下文将对高岭土的主要应用领域及其工艺进展做简单介绍。

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高岭土原矿:一般高岭土原矿中含有少量蒙脱石、伊利石、水铝英石、以及石英、云母、黄铁矿、方解石、有机质等杂质。经过手选或精制加工后高岭土可达到高岭石的理论组成。

一、高岭土的应用领域

1、造纸工业

高岭土在造纸工业中的用量远超其他行业。高岭石粘土粘土的粒度小,剥离后具有良好的鳞片和片状形态,片径与厚度比例大,化学性质稳定,所以被用作造纸填料和纸张涂层以提高纸张的光泽度、充填纸张纤维之问的空隙、提高不透明度等。

用作填料,在改善纸张眭能的同时还可以降低成本;用作涂布料,则可以改善纸张对油墨的渗透性、包容性以及纸张的外观。在造纸中对高岭石的主要求是粒度及杂质含量,要求粒度小于2μm,白度大于86%。

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高岭土是造纸工业不可缺少的原料

2、陶瓷工业

高岭土在陶瓷工业中应用的时间早,量也大,通常可以占到20~30%。高岭土可以使陶瓷中Al2O3的含量增加,莫来石的生成过程更容易,从而提高陶瓷的烧结强度和稳定性。

烧成陶瓷时,高岭土分解莫来石是形成坯体框架的过程,此过程使陶瓷坯体不容易走样变性,同时使烧成温度范围变宽,并且提高陶瓷的白度。同时,高岭土自身具有的可塑性、粘结性、悬浮性、结合性等特性,使瓷泥瓷釉的成形性,导到改善,更利于车坯、注浆、陶瓷成形等加工过程。

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高岭土在陶瓷工业中广泛、大量应用

3、耐火材料

高岭土具有良好的耐火性,常用来生产耐火材料,其制品能在高温下承受负荷而不变形。以高岭石为主要成分的高岭土,以及膨润土和铝土矿等,据其耐高温的用途,统称为耐火粘土。某些带色的高岭土,不能用于陶瓷和造纸,却是耐火材料的好原料。

高岭土用作耐火材料制品主要有两类:耐火砖、硅铝棉。前者耐火度不低于1730℃.可据需要制成各种尺寸与形状的耐火砖。后者是一种轻质耐火保温材料。是高岭土在1000~1100℃焙烧。再用2000℃电弧炉将矿石熔融,在高速气流下吹制成棉。

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高岭土可用于制备硅铝棉耐火制品

4、涂料工业

高岭土由于其色白、价廉、流动性好、化学性质稳定、表面阳离子交换量大,很早就被用作涂料和油漆的填料,可用于改善涂料的涂刷性、涂料体系储存稳定性、涂层的抗吸潮性等。

高岭土几乎可以适应所有的涂料体系,从底漆到面漆,所有的固体成分、各种涂膜的厚度以及光泽。

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高岭土可适应各类涂料体系

5、橡胶工业

高岭土填充到橡胶的胶体混合物中。可以增强橡胶的化学稳定性、耐磨性和机械强度,延长硬化时间,还可以改善橡胶的流变性、混炼性、硫化性,提高未硫化制品的粘稠度,防止其凹陷、塌软、下垂、变形、扁管等。

高岭土橡胶制品的防水性、通透性、防火抗燃性、化学活性等特性也得到了极大的改善。同时,高岭土在橡胶中还可以作为填料,在不影响橡胶性能的同时可以大幅降低成本。

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高岭土影响橡胶制品的综合性能

6、电缆工业

生产高绝缘性能电缆无疑需要超量加入电性能改良剂。而高岭土则是能制成电性能改良剂极好的产品。高岭土经适当温度煅烧后有极高的电阻率,不同煅烧温度的高岭土空隙率不一样,空隙对电缆材料中一些较活泼的有害成份有一定的吸附作用,能提高电缆绝缘性;

煅烧高岭土再经表面改性,可以提高其在高分子材料中的分散性,增强制品的性能,可在有机高分子材料一改性剂一煅烧高岭土之间产生良好的结合界面,使煅烧高岭土在电缆中能均匀分散,起到更好的桥梁作用。在要求电绝缘性能较高的塑料电缆及绝缘材料中,需添加改性煅烧高岭土。

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高岭土可用于绝缘电缆

7、化妆品及医药

高岭土主要成分为含水硅酸铝,一般为白色或淡黄色细粉,对皮肤的黏附性能好,有抑制皮脂及吸汗的性能,在化妆品中可与滑石粉配合使用,有效缓解消除滑石粉光泽的作用,主要用作散粉、眼影、爽身粉、香饼、粉饼、胭脂等各种粉类的化妆品的重要原料。除了可用在化妆领域,高岭土在医药领域,可用作载体和药剂成片的助剂。

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高岭土在化妆品中用途广泛

8、在水处理和环保工程中的应用

环境污染物的消除需要消耗大量的能源,给能源产业提出了严峻挑战。寻找一种较为廉价的环境净化材料,降低污染物的处理成本,提高净化效率,已成为环境保护中亟待解决的问题。

层状硅酸盐黏土矿物(例如高岭土)的储量丰富、价格低廉。因其独特的层状结构而具有良好的吸附性能和离子交换性能,在废水、废气及土壤修复等众多环境治理领域表现出广阔的应用前景。

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改性高岭土可用于饮用水杀菌除浊处理

应用举例:自来水厂的混凝絮凝消毒大多数是使用无机高分子混凝絮凝剂和氯气,但同时也会产生一系列的有毒物质如:CHCl3、CCl4和CH2ClCOOH等。目前有研究人员采用改性高岭土在pH值为6.5〜8.5、Al/Si摩尔比为5.0(Al=10.5%,Si=2.1%,Fe=3.8%),剂量为200×10-6时可以对水源水的除浊和消毒有着较好效果。

二、高岭土的应用新进展

1、高岭石有机插层材料

插层法一般是由有机物分子或层状聚合物插入层状无机物中制备出插层复合材料。由此法制得的复合材料,其力学性能得到大大的改善,同时还获得了其它新的功能特性。

高岭土在结构上是具有特殊层状的含水铝硅酸黏土矿物,它的主要矿物组成为八面体层状硅酸盐,层间以氢键结合,不含可交换阳离子;层与层之间具有较强的结合力,很难与有机化合物发生插层反应。但是一些强极性的有机小分子,可以直接插入到高岭石层问。其它有机分子利用有机小分子与高岭石也可形成夹层复合物作为前驱体,用取代置换法插人到高岭石层问生成插层材料。

2、石油催化裂化催化剂

在石油化工方面,随着世界原油的重质化和劣质化。在催化裂化过程中,掺炼重油、渣油已成为炼油厂普遍采用的加工方式。由于重油中含较多的胶质、沥青质和重金属,这就要求催化剂具有较高的基质活性、较强的抗重金属污染能力、较好的催化活性和选择性。

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高岭土用于重油催化

在催化剂中,高岭土一直只作为惰性载体。不参与裂化反应。现阶段的研究发现高岭土经过改性可具有一定的孔结构和裂化性能,可增强基质活性,使重油分子在基质上面得到初步裂解。

3、纳米高岭土

纳米材料由于尺寸特殊而具有许多奇特性能,如能屏蔽紫外线、电磁波,用于军事、通信、电脑等行业;在饮水机、冰箱生产过程中添加纳米黏土,具有抗菌、消毒作用;在陶瓷制作中添加纳米黏土,使陶瓷强度提高50倍,可用来制造发动机零件。

添加纳米材料的塑料,密度低、耐热性好、强度高,特别是耐磨性有大幅度提高,且具有阻燃自熄灭性,可以用来制作管材、汽车机械零件、啤酒和肉类制品包装材料等。

4、合成沸石分子筛

高岭土的主要化学成分是硅和铝,可作为硅铝源,用于合成沸石分子筛的过程。其中,高岭土微球原位晶化后可用作催化剂,并进一步制成具有特殊性能的Y型沸石。

利用高岭土合成的沸石分子筛,包括催化剂在内,比凝胶法更有优势。其合成的沸石颗粒大小、活性、抗重金属性、水热稳定性等特性均得到很大的改善。同时高岭土价廉易得、合成过程成本低,使其在学术研究和工业生产上都受到人们的广泛关注。

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Y型沸石电镜图

知识补充:

高岭土是一种重要的非金属矿,与云母、石英、碳酸钙并称为四大非金属矿,其主要是由小于2微米的微小片状、管状、叠片状高岭石簇矿物(高岭石、地开石、珍珠石、埃洛石等)组成。因呈白色而又细腻,又称白云土。因首先在江西景德镇附近的高岭村发现而得名。

纯净的高岭土呈白色或浅灰色,含杂质时则带有灰、黄、褐等色。原矿呈松散的土块状或致密岩块状。高岭土的密度为2.54-2.60g/cm3,熔点约1785℃,岭土的晶体化学式为2SiO2Al2O3-2H2O,其理论化学组成为SiO2含量46.54%,Al2O3含量39.5%,H2O含量13.96%。除此以外,还含有少量的CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2、MnO2、Fe2O3、P2O5等氧化物。

参考资料:

1、刁润丽,王艳晓著,高岭土的综合利用现状及工艺进展。

2、蔡广超,马驰,黄科林等著,高岭土综合利用技术研究进展。

作者:粉体圈小白

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