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高岭土—特性

发布日期:2021/3/29 11:43:57

高岭土是一种以高岭石族矿物为主的粘土或粘土岩。是一种非金属矿产，是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩。因呈白色而又细腻，又称白云土。因江西省景德镇高岭村而得名。

其质纯的高岭土呈洁白细腻、松软土状，具有良好的可塑性和耐火性等理化性质。其矿物成分主要由高岭石、埃洛石、水云母、伊利石、蒙脱石以及石英、长石等矿物组成。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。

主要成分

高岭土得名于中国江西省景德镇高岭村出产的瓷白色粘土。

又名：白云土、观音土、阁土粉、陶土。

高岭土的矿物成分主要由高岭石（Al4 [Si4O10]（OH）8）、埃洛石（Al4 [Si4O10]（OH）8·4H2O）、水云母、伊利石、蒙脱石（NaX(H2O)4{（Al2[Alx Si4-xO10](OH)2}）以及石英、长石等矿物组成；主要矿物成分是高岭石，含量达90%以上。

物理性质

性状：多无光泽，质纯时颜白细腻，如含杂质时可带有灰、黄、褐等色。外观依成因不同可呈松散的土块状及致密状态岩块状。

密度：2．54-2．60 g/cm3。

熔点：约1785℃。

具有可塑性，湿土能塑成各种形状而不致破碎，并能长期保持不变

矿床成因

高岭土是自然界常见的、非常重要的一种粘土矿物，是在缺少碱金属和碱土金属的酸性介质中，由火成岩和变质岩中的长石或其他硅酸盐矿物经风化作用形成。

土质分类

自然界中高岭土所包含的矿物主要分为粘土矿物和非粘土矿物。其中粘土矿物主要包含高岭石族矿物和少量的蒙脱石、云母和绿泥石；非粘土矿物主要包含长石、石英和招的水化物，还有一些铁矿物如赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿等、钛矿物如金红石等和有机质如植物纤维等。决定高岭土性能的主要是粘土矿物 [1] 。

成因分类

以高岭土矿床成因为基础，根据不同成矿作用所体现的成矿地质、地理条件、矿床规模、矿体形态和赋存特征、矿石物质组分等方面的差异，《高岭土矿地质勘探规范》将中国高岭土矿床划分为三种类型、六种亚类型。

1、风化型：又分为风化残积亚型和风化淋积亚型；

2、热液蚀变型：又分为热液蚀变亚型和现代热泉蚀变亚型；

3、沉积型：又分为沉积和沉积-风化亚型及含煤地层中高岭石粘土岩亚型 [2] 。

工业类型

根据其质地、可塑性和砂质的质量分数分为三种类型：

1、硬质高岭土：质硬，无可塑性，粉碎细磨后具可塑性。

2、软质高岭土：质软，可塑性较强，砂质质量分数<50%；

3、砂质高岭土：质松软，可塑性较弱，砂质质量分数>50%

资源分布

中国分布

中国高岭土矿产资源排名世界前列，已探明267处矿产地，探明储量29.10亿吨，其中：我国非煤建造高岭土,资源储量居世界第五位.已探明储量14.68亿吨，主要集中分布在广东,陕西,福建,江西,湖南和江苏六省占全国总储量的84.55%；含煤建造高岭土(高岭岩)储量占世界首位，探明储量为14.42亿吨，主要分布在山西大同,怀仁,朔州,内蒙古准格尔,乌达,安徽淮北,陕西韩城等地其中以内蒙古准格尔煤田的资源最多。

国内有五大高岭土矿产地：

(1)湖南省衡阳县界牌镇矿产资源丰富。高岭土、纳长石、钾长石、石英石储量达2亿吨，现有采矿及矿产品加工企业近40家。大牌岭矿区(以高岭土矿为主)单矿蕴藏量雄居亚洲之冠达8000万吨。全镇年采矿量在50万吨以上，供应全国数百家陶瓷厂。

（2）茂名地区高岭土，茂名盆地内高岭土矿属沉积岩风化残积亚型矿床，其石英等砂质含量大于50%，故称为砂质高岭土矿。茂名高岭土从成因上说经过风化残积——搬运自磨;——再风化三个阶段，高岭土风化完全，晶片以单片状为主，粒度细。主要为造纸涂料原料。

（3）龙岩高岭土，属风化残余型高岭土矿床。由于含铁量低于0.3%，钛低于0.02%，并含有一定量低温溶剂元素（Li2O）是电瓷、高档日用、美术瓷的理想原料。

（4）苏州阳山高岭土，该矿床为热液蚀变型高岭土。质地纯净的苏州阳山泥，其化学成分十分接近高岭石的理论成分，Al2O3含量可高达39.0%左右，颜色洁白、颗粒细腻。主要用于催化剂载体及化工原料。

（5）合浦高岭土：属风化残余型高岭土矿床。主要用于建筑陶瓷原料。

（6）北方煤系高岭土：为沉积型高岭岩，主要分布于我国产煤区域，可用于建筑、涂料、油漆及造纸涂料——煤系土。

上述6大产区产量约占中国80%以上，在资源类型方面也有主要的代表性。 [1]

国外分布

世界高岭土资源丰富，分布较为广泛。美国、英国、巴西、印度、保加利亚、澳大利亚、俄罗斯等国家有优质高岭土资源。当前，世界已查明高岭土资源量约为209亿吨。

国内外主要高岭土矿床

（1）美国佐治亚州——南卡罗来纳州高岭土矿带是美国的高岭土矿床和产区。该区矿床为次生沉积矿床。该高岭土矿的特点是自身均一性好，因为自然沉积作用过程中，高岭土按大小进行了天然的分级。

（2）英国康沃尔地区高岭土矿床，为热液蚀变原生矿床其含铁量很低，具有极好的白度，这些特殊成矿条件使英国生产的高岭土驰名于世 [2] 。

工艺特性

白度亮度

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。高岭土白度分自然白度和煅烧后的白度。对陶瓷原料来说，煅烧后的白度更为重要，煅烧白度越高则质量越好。陶瓷工艺规定烘干105℃为自然白度的分级标准，煅烧1300℃为煅烧白度的分级标准。白度可用白度计测定。白度计是测量对3800—7000Å（即埃，1埃=0.1纳米）波长光的反射率的装置。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%）。

亮度是与白度类似的工艺性质，相当于4570Å；（埃）波长光照射下的白度。

高岭土的颜色主要与其所含的金属氧化物或有机质有关。一般含Fe2O3呈玫瑰红、褐黄色；含Fe2+呈淡蓝、淡绿色；含MnO2呈淡褐色；含有机质则呈淡黄、灰、青、黑等色。这些杂质存在，降低了高岭土的自然白度，其中铁、钛矿物还会影响煅烧白度，使瓷器出现色斑或熔疤。

粒度分布

粒度分布是指天然高岭土中的颗粒，在给定的连续的不同粒级（以毫米或微米筛孔的网目表示）范围内所占的比例（以百分含量表示）。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。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。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%。

可塑性

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。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。通常用可塑性指数和可塑性指标来表示可塑性的大小。可塑性指数是指高岭土泥料的液限含水率减去塑限含水率，以百分数表示，即W塑性指数=100(W液性限度-W塑性限度）。可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。高岭土的可塑性可分为四级。

可塑性强度可塑性指数可塑性指标

强可塑性>153.6

中可塑性7—152.5—3.6

弱可塑性1—7<2.5

非可塑性<1

结合性

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。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。 [3]

粘性

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（作用于1单位面积的内摩擦力），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。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。

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。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。

粘性和触变性与泥浆中矿物成分，粒度及阳离子类型有关，一般，蒙脱石含量多的，颗粒细的，交换性阳离子以钠为主的，其粘度和厚化系数高。因此工艺上常用添加可塑性强的粘土、提高细度等方法提高其粘性和触变性，用增加稀释电解质和水分等方法降低之。

干燥性能

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。

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。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。高岭土的干燥线收缩一般在3—10%。粒度越细，比表面积越大，可塑性越好，干燥收缩越大。同一类型的高岭土，因掺合水的不同，其收缩也不同，多者，收缩大。在陶瓷工艺中，干燥收缩过大，坯体容易发生变形或开裂。

干燥强度指泥为干燥至恒重后的抗折强度。

干燥灵敏度指坯体干燥时，可能产生变形和开裂倾向的难易程度。灵敏度大，在干燥过程中容易变形和开裂。一般干燥灵敏度高的高岭土（干燥灵敏度系数K>2）容易形成缺陷；低者（干燥灵敏度系数K<1）在干燥中比较安全。

烧结性

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（一般超过1000℃）时，物质自发地充填粒间隙而致密化的性能。气孔率下降到最低值，密度达到值的状态，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。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，工艺上可以用掺配助熔原料及将不同类型的高岭土按比例掺配的方法控制烧结温度及烧结范围。

烧成收缩

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。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，也会产生反收缩。

耐火性

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。

耐火度t（℃）=[360+Al2O3-R2O]/0.228

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。

通过此公式计算耐火度的误差在50℃以内。

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℃。工业部门规定耐火材料的R2O含量小于1.5—2%，Fe2O3小于3% [2] 。

悬浮性

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。

可选性

可选性是指高岭土矿石经手工挑选，机械加工和化学处理，以除去有害杂质，使质量达到工业要求的性能。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 [2] 。

吸附性

高岭土具有从周围介质中吸附各种离子及杂质的性能，并且在溶液中具较弱的离子交换性质。这些性能的优劣主要取决于高岭土的主要矿物成分，见表8。

表8 不同类型高岭土的阳离子交换容量

矿物成份特点阳离子交换容量

高岭石为主2—5mg/100g

埃洛石为主13mg/100g

含有机质（球土）10—120mg/100g

化学稳定

高岭土具有强的耐酸性能，但其耐碱性能差。利用这一性质可用它合成分子筛。

电绝缘性

优质高岭土具有良好的电绝缘性，利用这一性质可用之制作高频瓷、无线电瓷。电绝缘性能的高低可以用它的抗电击穿能力来衡量。

开发与应用

高岭土主要用来制作日用陶瓷、工业陶瓷、建筑卫生陶瓷和耐火材料，也作为造纸、建筑、涂料、橡胶、塑料、纺织品等的充填料或白色颜料。

高岭土作为纸张填料

造纸工业，高岭土的国际市场比较繁荣，其销量超过陶瓷、橡胶、油漆、塑料、耐火材料等行业。在纸浆中，高岭土通常少与其配料发生反应，有较强的稳定性，能够完好地保留在纸张纤维中。同时，高岭土粒度细，流动性强，机械化生产中可确保纸张涂层厚度均匀，高岭土可填补纸张纤维间的空隙，提高纸张密度，降低纸张透明度，改善纸张平整度，增强纸张吸收油墨的能力。

高岭土作为陶瓷的填料

陶瓷工业，高岭土的应用比其他行业早，用量也非常大，通常可以占到配方的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进行，从而提高了陶瓷的稳定性和烧结强度。在陶瓷烧成中，高岭土分解成莫来石是形成坯体框架的过程，此过程可令烧成温度范围变宽，陶瓷坯体不容易走样变形，并且提高陶瓷的白度。同时，高岭土自身还具有粘结性、可塑性、结合性、悬浮性等特性，可使瓷泥瓷釉的成形性得到改善，更利于车坯、注浆、陶瓷成形等加工过程。

高岭土用于橡胶填料

橡胶工业，高岭土填充到胶体混合物中，可以增强橡胶的耐磨性、化学稳定性和机械强度，延长其硬化时间，还可以调整橡胶的混炼性、流变性、硫化性，提高未硫化制品的粘稠度，防止其塌软、凹陷、下垂、扁管、变形等。橡胶制品的通透性、防水性、化学活性、防火抗燃性等特性也相应得到了极大的改善。同时，高岭土作为填料还可以降低其他原材料在橡胶中的用量，极大地减少了橡胶的生产成本而并不明显影响橡胶的性能。

高岭土用于塑料填料

塑料工业，高岭土作为塑料填料，可以使塑料制品外表平整、尺寸精确、抵抗化学腐蚀、减少热收缩和热裂变，有利于抛光打磨过程的进行。

高岭土用于涂料行业

涂料工业，高岭土由于其色白、价廉、流动性良好、化学性质稳定、表面阳离子交换量大，因此很早就被用作为涂料和油漆的填料，用于涂料的高岭土一般有水洗超细高岭土和锻烧超细高岭土两类。其中锻烧高岭土是最近几年刚刚研究开发出来的，其作为一种新的功能型添加料，具有良好的白度、覆盖性、柔软度、耐磨性、不透明性、不收缩性等，并在高聚合物中使涂料保持很好的色泽和稳定性。高岭土本身为白色，用作添加料并没有覆盖性，但是如果适量地添加到白色涂料或油漆中，便可以起到增强光泽的作用，提高其覆盖能力。

高岭土坩埚

耐火材料，白度高、粉度细、悬浮性好的高岭土主要用于生产耐火材料、半酸性耐火材料及特殊耐火材料(如熔炼、光学玻璃、控制玻璃纤维用的坩埚可替代铂坩埚)。

高岭土用于农业

农业，高岭土稀释后涂在植物上，可防止和减少病虫害的侵害。苹果、梨和其他果树身上喷洒高岭土溶液可减轻夏季强烈阳光对树身的热辐射，减少水分蒸发，提高产果率；高岭土用于农药可降低用药量，延长杀虫时间，降低成本，又能大大的减少农药残留。

高岭土用于化妆品

化妆品行业，高岭土对皮肤的粘附性好，有抑制皮脂分泌及吸汗性能，在化妆品中主要用于粉饼、粉底、眼影、爽身粉、散粉、腮红等各类化妆品的重要原料。近年来高岭土面膜也收到广大女性的追捧，高岭土有很强的吸油控油功能，能深层清洁皮肤，吸出毛孔中堆积的油脂和污垢，不过应该注意的是敏感肌肤不太适用，容易伤害角质层。