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剥片高岭土的开发与应用
来源:中国粉体技术网    更新时间:2014-09-12 10:33:10    浏览次数:
 
      (中国粉体技术网/班建伟)在我国,高岭土主要用作陶瓷原料和耐火材料,其次用于造纸涂料、橡胶填料、搪瓷釉料和白水泥原料,少量用于塑料、油漆、颜料、日用化妆品、肥皂、农药、纺织、石油、化工、建材等工业部门。在国外,用作造纸涂料和填料的常占很大比例。随着我国经济的不断发展,高岭土在造纸涂料、油漆填料等行业上的应用在逐步扩大。
       随着我国非金属矿行业在国民经济中的地位不断提高,非金属矿的加工工艺也得到较快的发展,国外很多先进的选矿工艺逐步引入到我国非矿行业的生产中,其中超细粉体、纳
米材料成为世界普遍关注的重要研究课题。而作为重要的非金属矿之一的高岭土,其加工工艺也在不断发展。磁选除铁、剥片、煅烧加工等工艺都相继应用起来,高岭土的剥片更是相当重要的一种加工工艺。

1 开发
       多年来,造纸涂料所需高岭土一般是重力分级出的细粒级和粗粒级土,细的粒级用作涂料,粗的粒级常常作为填料出售。但填料市场有限,且经济价值要低得多。一般情况下,天然沉积型高岭土,如美国佐治亚高岭土,含有的颗粒范围从小于0.1μm到15μm,直径小于2μm 的颗粒多为薄片;截面平均6~10层。对涂料用黏土颗粒来说,2μm是临界值。这就是说,2μm以下的高岭土颗粒主要是单个的扁平的六角片状物,其厚度约为它们直径的1/10;而大于2μm的颗粒不是薄片,而是由不同数量的单个晶体表面与表面黏结在一起的叠片状或书册状物,在外形上更近于立方体;粗粒高岭土基本上由这些叠片状物组成。
       高岭土剥片就是从这种厚叠片状物中通过剥离分层,把其分成较为单一薄片状。早期的剥片加工使用的设备,有卵石研磨机、球磨机、管磨机、胶体磨机等。但每种方法用来剥片都有不足之处,生产效率低、能耗大、投资成本高、研磨效率差,有的还会给产品带来污染等。经过改进的高岭土剥片加工,是通过搅拌和细研磨介质等一系列工艺过程达到剥离的。剥离使用的研磨介质有多种,如有足够刚性的颗粒物料玻璃珠、氧化锆球、刚玉球等。磨剥机从上世纪九十年代至今,也得到了快速发展。机体容积从仅有的80L发展到现在的3000L 等,由盘式磨剥片到棒式搅拌磨等,有的设备垂直高度甚至已达到7~8m,并且在硬质高岭土以及软质高岭土行业都得到了较广泛的使用。
       我国的高岭土资源主要集中在江西、湖南、福建以及两广地区,尤其是两广地区的高岭土矿床属于风化型矿床,晶体结构假六边形片状,具有良好的遮盖力,是良好的涂布纸生产颜料。但是风化过程造成较多的叠片状结构,所以采出并洗选后的高岭土产品,适用于造纸涂料的并不多。通过剥片工艺使叠片状聚集体解离成片状单体,制出适于涂布造纸以及涂料行业使用的颜料,有着重要的研究价值和一定开发价值。剥片工艺是值得在上述地区高岭土
生产企业逐步推广的加工工艺

2 应用
       剥片加工不仅使叠片状粗粒高岭土变成薄片,而且还能释放出高岭土中的着色杂质,可以通过沉降或离心分级除去。经过剥片加工的高岭土称为剥片土,它不同于自然风化颗粒细的高岭土(通常称水洗高岭土),二者有明显的区别:①径厚比大;②黏度大。
2.1 纸张涂布用
       用相同或接近粒度组成的剥片高岭土涂布的纸,比水洗高岭土涂布的纸更白亮,显示出极好的印刷性能,有显著的高光泽度和表面强度。表1 所列为国内某剥片土与水洗土、国外剥片土涂布成纸性能的比较结果。
      剥片高岭土与水洗高岭土涂布纸其他物理性能比较,见图1~3


       从图1~3 中,我们不难看出:同等粒度条件下,剥片高岭土在涂布纸的光泽度、遮盖率以及胶印速率方面,都表现出比水洗高岭土更加优异的性能,是较理想的涂布造纸涂料产品,有着广泛的应用价值。

2.2 涂料
       剥片高岭土在乳胶漆中具有更好的遮盖率,是良好涂料填料,可以达到部分替代钛白粉的功能(表2)。

       由表2 可看出,用剥片高岭土取代10%、20% 的钛白粉时,对比率基本无变化,涂料外观良好,黏度变化小。说明剥片高岭土部分替代钛白粉是可行的,因而可以适当降低涂料的生产成本,生产效益得以提高。
       煅烧剥片土与水洗高岭土在涂料上应用,也有着较明显的差别,物理性能比较的结果,见表3。
3 结语
       通过前述我们可以确信:剥片高岭土虽然是目前高岭土的新型产品,但从它在涂布造纸以及涂料行业的应用来看,具有很好的开发和利用价值。与水洗高岭土涂布纸物理性能的比较中我们还可看出,剥片高岭土表现出良好的应用性能时,其-2μm含量一般在80%~85%。所以,盲目地追求较高的粒度组成,必将使径厚比大的特点遭到破坏,造成应用性能的不理想;另外粒度增细,颗粒的比表面积增大,黏度将更大,流动性能更差。
       这与目前广大用户要求高细度高岭土产品的要求是相悖的。但是应当肯定的是:适当的粒度组成和粒度级配,必将更加突出剥片高岭土的特性,这就需要我们在今后的应用过程逐步达成共识。
磨剥设备的改进和发展,带来剥片高岭土生产工艺的新发展,但是现有任何磨剥设备都不可避免地对高岭土的片状晶体结构(主要是软质高岭土)产生破坏,黏度增大比较明显,而高岭土越来越多的应用领域,需要其具备良好的流动性能。目前,普遍采用改变磨剥介质的种类、配比、充填率等工艺手段,来达到适宜的粒度级配,尽量减少对晶体结构的破坏。可以相信,随着我们对磨剥工艺参数的不断摸索以及对磨剥设备的不断改进,必将使剥片高岭土得到更好的开发和应用。


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