高嶺土深加工技術(shù)

1、高嶺土深加工技術(shù),武漢理工大學(xué),目錄,高嶺土剝片超細(xì)高嶺土制備煅燒高嶺土高嶺土煅燒增白高嶺土表面改性高嶺土合成分子篩高嶺土合成聚合氯化鋁和白炭黑高嶺土包膜二氧化鈦復(fù)合顏料的制備,一、高嶺土剝片,除了白度、純度等指標(biāo)外，為了滿足銅版紙、涂布紙及紙板以及高檔油漆涂料、塑料和橡膠制品等對(duì)高嶺土產(chǎn)品的技術(shù)要求，粒度及其分布是至關(guān)重要的指標(biāo)。 由于高嶺石為片狀晶型，因此，高嶺土的濕式超細(xì)粉碎又稱為剝片，意即將較厚的疊層狀的高嶺土剝

2、分成較薄的小薄片。 剝片的方法有濕法研磨、擠壓和化學(xué)浸泡法。,高嶺土剝片,,疊層狀高嶺土磨剝成薄片高嶺土示意圖,剪切剝分,高嶺土疊層,高嶺土片,剝片實(shí)例,研磨法,研磨法是借助于研磨介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)高嶺土顆粒產(chǎn)生剪切、沖擊和磨剝作用，使其沿層間剝離成薄片狀微細(xì)顆粒。常用的設(shè)備是研磨剝片機(jī)、攪拌球磨機(jī)、砂磨機(jī)等。研磨介質(zhì)常用玻璃珠、氧化鋁珠、剛玉珠、氧化鋯珠、天然石英砂等，粒徑0.8~3mm。,擠壓法,擠壓法使用的設(shè)備為高壓均漿機(jī)。其工

3、作原理是通過活塞泵使均漿器料筒內(nèi)的高嶺土料漿加壓到20~60MPa，高壓料漿從均漿器的噴嘴（表面經(jīng)過硬化處理的很窄的縫隙）以大于950m/s的線速度相互磨擠噴出。由于壓力突然急劇降低，從而使料漿內(nèi)高嶺土晶體疊層產(chǎn)生“松動(dòng)”，高速噴出的料漿射到常壓區(qū)的葉輪上，突然改變運(yùn)動(dòng)方向，產(chǎn)生很強(qiáng)的穴蝕效應(yīng)。松動(dòng)的晶體疊層在穴蝕作用下達(dá)到沿層間剝離。,化學(xué)法,化學(xué)浸泡法是利用化學(xué)藥劑溶液對(duì)高嶺土進(jìn)行浸泡，當(dāng)藥劑浸入到晶體疊層以氫鍵結(jié)合的晶面間時(shí)，晶面

4、間的結(jié)合力變?nèi)?，晶體疊層出現(xiàn)松懈現(xiàn)象，此時(shí)再施以較小的外力，即可使疊層的晶片剝離?；瘜W(xué)浸泡法使用的藥劑有尿素、聯(lián)苯胺、乙酰胺等。,二、超細(xì)高嶺土制備,為了制備微米、亞微米和納米級(jí)的高嶺土產(chǎn)品，可以采用插層剝片等方法。將高嶺土粉料加入插層劑、助磨劑和水，采用濕法研磨剝片，用水沖掉插層劑，重復(fù)上述過程多次循環(huán)直至完全剝離。只要選擇合適的插層劑和研磨時(shí)間、控制循環(huán)次數(shù)，就能制備出不同類別的產(chǎn)品。,超細(xì)高嶺土制備,超細(xì)高嶺土應(yīng)用利用插層剝離法

5、剝離高嶺石片層或使有機(jī)大分子插入高嶺石層間，可制備各種聚合物/高嶺土納米復(fù)合材料，如聚丙烯/高嶺土納米復(fù)合材料，聚胺酯/高嶺土納米復(fù)合材料、橡膠/高嶺土納米復(fù)合材料、聚氯乙烯/高嶺土納米復(fù)合材料等，這些新型的復(fù)合材料具有高的強(qiáng)度和韌性，是目前新材料發(fā)展的重要領(lǐng)域。,三、煅燒高嶺土,煅燒是高嶺土的重要的加工工藝之一。通過煅燒加工高嶺土脫除了結(jié)構(gòu)水或結(jié)晶水、碳質(zhì)及其他揮發(fā)性物質(zhì)，變成偏高嶺石，商品名稱為“煅燒高嶺土”。煅燒高嶺土具有白度高、

6、容重小、比表面積和孔體積大、吸油性、遮蓋性和耐磨性好，絕緣性和熱穩(wěn)定性高等特性，廣泛應(yīng)用于涂料、造紙、塑料、橡膠、化工、醫(yī)藥、環(huán)保、高級(jí)耐火材料等領(lǐng)域。因此煅燒加工已成為高嶺土（巖）加工的深加工技術(shù)。,煅燒高嶺土,,,,高嶺土在不同煅燒溫度下的化學(xué)反應(yīng)如下：,煅燒高嶺土,高嶺土煅燒加工的溫度不同，其產(chǎn)品的脫水和結(jié)構(gòu)特性變化不同，因而具有不同的物化性能，可以作為不同的工業(yè)原料，具有不同的工業(yè)用途。 優(yōu)質(zhì)煤系煅燒高嶺土大多采用干、濕結(jié)合，

7、先磨后燒的生產(chǎn)工藝。原則生產(chǎn)工藝流程如下：,四、高嶺土煅燒增白,提高煅燒高嶺土產(chǎn)品的白度方法對(duì)高嶺土原礦采用化學(xué)漂白、高梯度磁選等預(yù)處理方法或?qū)褵邘X土再進(jìn)行處理等方法。這些方法雖然可以提高高嶺土和煅燒高嶺土的白度，但工藝過程復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、廢水對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。 選擇質(zhì)量好的原料，控制其有色雜質(zhì)的含量和原料的白度，但不能有效合理利用高嶺土資源，致使許多高嶺土不能用作深加工煅燒高嶺土的原料。 提高煅燒溫度，但煅燒高嶺土的活性會(huì)下

8、降，使煅燒高嶺土產(chǎn)品的性能達(dá)不到要求。,五、高嶺土表面改性,經(jīng)選礦提純和粉碎加工后的高嶺土粉體表面帶有羥基和含氧基團(tuán)，具有酸性；經(jīng)過煅燒加工后的高嶺土酸性更強(qiáng)，此外比表面較大、表面能較高，與有機(jī)高聚物的相容性差。因此在用作高聚物（如環(huán)氧樹脂或乙烯基樹脂）材料的填料時(shí)要對(duì)其進(jìn)行表面改性處理。,高嶺土表面改性,高嶺土改性的目的高嶺土粉體經(jīng)過表面改性后，能達(dá)到疏水、降低表面能、改善其分散性和與高聚物基料的相容性，以達(dá)到提高塑料、橡膠等高聚物

9、基復(fù)合材料綜合性能的目的。,高嶺土表面改性,一般的改性方法采用表面化學(xué)包覆的方法。常用的表面改性劑主要有硅烷偶聯(lián)劑、有機(jī)硅（油）或硅樹脂、表面活性劑及有機(jī)酸等。用途不同，所選用的表面改性劑的品種和配方也有所不同。 硅烷偶聯(lián)劑是高嶺土填料最常用和最有效的表面改性劑。 影響最終處理效果的因素主要是高嶺土粉的粒度、比表面積及表面特性、硅烷偶聯(lián)劑的品種、用量、用法、改性設(shè)備的性能以及表面改性處理的時(shí)間、溫度等。,六、高嶺土合成分子篩,分子

10、篩在石油、化學(xué)、冶金及電子工業(yè)方面有廣泛用途。迄今為止，我國大多數(shù)分子篩工廠都是利用堿、水玻璃和鋁的氫氧化物合成，消耗大量的化學(xué)藥品，妨礙分子篩的批量生產(chǎn)。,高嶺土合成分子篩,合成4A沸石系一種鈉鋁硅酸鹽，其化學(xué)式為：Na2O·Al2O3·2SiO2·4.5H2O，合成的4A沸石是一種無毒、無害、不磨損織物、不污染環(huán)境，具有較高的選擇性離子交換、吸附作用和催化干燥性的新型洗滌助劑。其Ca+交換能力高、粒度微

11、細(xì)、易分散、白度好、價(jià)格便宜，是當(dāng)今替代三聚磷酸鈉生產(chǎn)無磷或低磷洗滌劑的最好助劑。并在石油、化工、輕工、電子、冶金、化妝品、海水淡化、環(huán)境保護(hù)、尖端科學(xué)和國防工業(yè)等均有廣泛的用途，國內(nèi)外市場均有廣闊的前景。,高嶺土合成分子篩,高嶺土合成4A沸石一般分兩步進(jìn)行。,（1）高嶺土經(jīng)高溫焙燒，轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀追磻?yīng)的偏高嶺石。,Al2O3·2SiO2·2H2O,,Al2O3·2SiO2,焙燒,偏高嶺石,（2）與濃堿反應(yīng)（水

12、熱合成）,Al2O3·2SiO2+NaOH,,Na2O·Al2O3·2SiO2+H2O,煅燒高嶺土合成4A沸石，需經(jīng)過凝膠、老化、結(jié)晶三個(gè)過程。,高嶺土合成分子篩,煅燒高嶺土合成4A沸石試驗(yàn)流程,七、高嶺土合成聚合氯化鋁和白炭黑,聚合氯化鋁是一種陽離子型無機(jī)高分子電解質(zhì)凈水混凝劑，是一種性質(zhì)優(yōu)良的高效凈水劑，具有用量少、礬花大、絮凝快、效果好和成本低等特點(diǎn)。同傳統(tǒng)的硫酸鋁、氯化鋁等凈水劑相比，它的凈水效果要

13、高4倍以上。聚合氯化鋁不但是工業(yè)廢水和生活用水的理想凈水劑，而且在造紙、制藥、精密鑄造和耐火鋁硅纖維棉的粘結(jié)方面也有研究和應(yīng)用。白碳黑可用于橡膠中作補(bǔ)強(qiáng)填充劑，在淺色橡膠和塑料制品中可代替炭黑等深色補(bǔ)強(qiáng)劑和填充劑，也可用作塑料的填充劑、涂料的防沉劑和油墨的增稠劑等。,高嶺土合成聚合氯化鋁和白炭黑,生產(chǎn)聚合氯化鋁的工藝過程如下：,（1）煅燒 高嶺土經(jīng)煅燒轉(zhuǎn)變?yōu)槠邘X石。,Al2O3·2SiO2·2H2O,,Al2O3

14、·2SiO2+2H2O,高嶺石,偏高嶺石,（2）酸浸 煅燒高嶺土與鹽酸反應(yīng)生成結(jié)晶氯化鋁（六水氯化鋁）。,Al2O3·2SiO2+HCl,2AlCl3·6H2O+SiO2,,偏高嶺石,結(jié)晶氯化鋁,高嶺土合成聚合氯化鋁和白炭黑,（3）熱解 結(jié)晶氯化鋁熱解生成堿式氯化鋁（聚合氯化鋁單體）,2AlCl3·6H2O,Al2(OH)nCl6-n+(12-n)H2O+nHCl,,六水氯化鋁,堿式氯化鋁,（

15、4）聚合 堿式氯化鋁水解生成聚合氯化鋁。,mAl2(OH)nCl6-n+mxH2O,[Al2(OH)nCl6-n·xH2O]m,,堿式氯化鋁,聚合氯化鋁,高嶺土合成聚合氯化鋁和白炭黑,高嶺土生產(chǎn)聚合氯化鋁工藝流程,高嶺土合成聚合氯化鋁和白炭黑,制取聚合氯化鋁和白炭黑工藝流程,八、高嶺土包膜二氧化鈦復(fù)合顏料的制備,鈦白粉是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣、性能最佳的一種白色顏料。它廣泛用于塑料、造紙和涂料等工業(yè)。近年來，由于世界工業(yè)的迅速發(fā)

16、展，對(duì)鈦白粉的需求量驚人增長，鈦白粉的國際市場價(jià)格扶搖直上。在這種情況下，迫使鈦白粉的主要用戶去開發(fā)鈦白粉的代用品，以降低生產(chǎn)成本。高嶺土包膜二氧化鈦復(fù)合顏料是在超微細(xì)的煅燒高嶺土表面上包裹一層TiO2的膜，以提高高嶺土粉的遮蓋力，起著鈦白粉的作用，解決在造紙、油漆和涂料工業(yè)中用量大，價(jià)格昂貴的鈦白粉替代問題。是一種很有發(fā)展前途的產(chǎn)品。,制備工藝過程中要注意以下問題：,（1）原料的選擇和處理 包膜法的制備對(duì)原料有嚴(yán)格的要求，根據(jù)顏料

17、本身的要求、使用要求及制備工藝，對(duì)原料有以下要求：白度在85%以上，有害雜質(zhì)含量低，對(duì)酸穩(wěn)定。原料一般需經(jīng)煅燒（除去其中有機(jī)物和結(jié)構(gòu)水），一般溫度為600~800℃，2~4h。煅燒后需經(jīng)細(xì)粉碎、酸處理。通過酸處理可除去對(duì)酸不穩(wěn)定的物質(zhì)。,制備工藝過程中要注意以下問題：,（2）包膜技術(shù) 包膜是生產(chǎn)復(fù)合顏料的關(guān)鍵。最主要的問題是如何讓TiO2包裹在高嶺土表面，而不自聚或結(jié)晶。首先必須使TiO2吸附在礦粉上，并使之活化，讓TiO2結(jié)晶沉積在