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一、概述

高岭土是一种以高岭石族粘土矿物为主要成分，质地纯净的细粒粘土或粘土岩。高岭石因首先发现于我国江西景德镇的高岭而得名。高岭石族粘土矿物包括高岭石、埃洛石、迪开石、珍珠陶土等。组成高岭土的其他粘土矿物和非粘土矿物主要有：粘土矿物——水云母、蒙脱石和绿泥石；非粘土矿物——石英、长石和云母。此外，还含有少量铝的氧化物和氢氧化物，铁矿物（褐铁矿、磁铁矿、黄铁矿），钛的氧化物、有机质等。

高岭石的理论化学成分为：Al2O3为39.5%,SiO2为46.54%,H2O为13.96%。高岭石一般为无色-白色的细小鳞片，单晶体呈假六方板状或书册状，粒径以0.5～2μm者为多，个别蠕虫状晶体可达数毫米。纯净的高岭土可达到高岭石族矿物的理论组成，一般呈白色或浅灰色，含杂质时，呈黄、玫瑰或灰、黑色等。原矿呈致密块状或疏松土状，质软，有滑腻感，珍珠光泽或无光泽，半透明至不透明，硬度1～2.5，小于指甲，相对密度2.2～2.6。

质纯的高岭土具有白度高，质软易分散悬浮于水中，良好的可塑性和高的粘结性，优良的电绝缘性能。具有良好的抗酸溶性，很低的阳离子交换量，较高的耐火度等理化性能。见表3-27-1。

表3-27-1　高岭土理化性能

二、矿石类型及工业要求

1.矿石类型

自然产出的高岭土矿石，根据其质量、可塑性和砂质（石英、长石、云母等矿物粒径＞50μm）的含量，可划分为硬质高岭土、软质高岭土和砂质高岭土三种工业类型，它们的特征见表3-27-2。

2.矿床类型

表3-27-2　高岭土矿石类型

我国高岭土矿床成因类型较多，以风化型、热液蚀变型和沉积型为主。其中风化型矿床主要分布在广东、四川等地，沉积型高岭土矿床主要分布在山西、河北、河南、山东、福建等地，热液蚀变型矿床主要分布在江西等地。我国北方所产高岭土多属沉积型矿床，南方所产高岭土多属风化残积型及热液蚀变型。此外，在北方、南方都有风化淋滤型及第四纪沉积型高岭土矿床的分布。高岭土矿成矿时代多为中、新生代。河南省的高岭土矿床类型主要为石炭纪—二叠纪含煤建造中的沉积型硬质高岭土。

3.一般工业要求

不同的工业部门对高岭土矿石的质量要求不尽相同，陶瓷工业通常要求高岭土矿石熟料的白度高，Fe、Mn、Ti等着色、电导性元素含量低，焙烧时使制品易熔、起泡的杂质和其他机械混入物少，有较高的耐火度，烧成后不变形；造纸工业要求矿石生料白度高，造浆性能好，颗粒微细、均匀，如用于刮刀涂布原料的应以粒径小于2μm的占80%以上鳞片状高岭石组成的高岭土；橡胶工业也要求粒度小，以产生高度的分散性和吸附性，并极少含Cu、Mn等易使橡胶过早硬化的杂质，Fe、SO3的含量也必须很低，但对白度却无具体要求；耐火材料工业的基本要求是耐火度＞1580℃；白水泥工业要求矿石中Fe2O3＜0.7%，而对SiO2、Al2O3等则无严格要求。为此，在评价高岭土矿石时，应综合考虑各工业部门的相同与不同要求，以最低工业要求作为划分矿与非矿的标准，在此基础上划分出优质矿石，通过矿床技术经济评价合理确定原矿工业指标。一般工业指标可参照如下标准（表3-27-3）。

表3-27-3　高岭土矿床一般工业标准

高岭土矿床一般开采技术条件要求：沉积型硬质高岭土最低可采厚度：露采0.7～1m，地采0.7m；夹石剔除厚度：露采0.3～0.5m，地采0.3m。其他类型高岭土矿最低可采厚度：露采0.7～2m，地采1m；夹石剔除厚度：露采1～2m，地采lm。

高岭土矿床矿石一般测试项目包括：①基本化学分析Al2O3、Fe2O3、TiO2；②组合分析　SiO2、MgO、CaO、Na2O、K2O、TSO3（含硫矸）；③物性测定　粒度组成、白度、可塑性、干燥收缩率、耐火度等。

三、高岭土矿产资源概况

据美国矿业局（1985年）估计，世界已查明的高岭土矿产资源总量为117.94亿t，分布于50多个国家和地区，主要集中在欧洲（54.43亿t）和北美洲（37.19亿t），次为亚洲、大洋洲。其中：美国35.38亿t，原苏联22.68亿t，英国18.14亿t，捷克10亿t，中国约3.3亿t。世界高岭土年产量超过2300万t（1994年），其中：美国约1000万t，英国、朝鲜超过200万t，巴西、德国、中国、捷克等国年产量超过100万t。高岭土价格（1998年）：造纸涂料级100～180美元/t，填料级75～100美元/t，陶瓷级60～120美元/t。

我国高岭土资源丰富，矿床分布广泛，全国有16个省都有产出，但主要分布在东南沿海一带。华东、中南地区探明储量为全国总储量的80%，其中以江苏、浙江、福建、江西、湖南、广东等省为主，四川、贵州、云南、山西、河北、辽宁、山东、河南等省也有分布。全国包括陶瓷粘土在内的高岭土矿床共有200多处，但大型矿床较少，多为中、小型。主要矿床有：江苏苏州，四川叙永，辽宁丹东，浙江温州，广东潮安、茂名、湛江，福建永春、闽清、同安，湖南醴陵、衡阳、衡山，山西大同，江西景德镇，陕西洛南，山东淄博以及西藏羊八井等矿床。

河南省高岭土资源十分丰富，经近年工作证明，储量位居全国前列，但由于历史原因，勘探程度及开发利用程度都很低。主要原因一是因为对我省大范围分布的煤系高岭土认识较晚，以往多作为耐火粘土矿床予以勘探评价和开发利用；二是因为我国高岭土开发以往主要集中于东南沿海一带，已形成较为成熟的开发加工技术流程，该区主要矿床类型为风化残积型，而北方含煤岩系中的硬质高岭土开发加工技术近年才取得突破和应用。

我省高岭土矿床成因类型以含煤建造沉积型为主，其次为热液蚀变型和风化淋滤型。主要矿产地有10余处，如禹县神垕、巩县钟岭、博爱九府坟、宜阳李沟、临汝风穴寺、禹县三峰山、禹县朱屯、鲁山梁洼、郏县东黄道、济源克井、济源郡源、卢氏八宝山、淅川太子庙等。累计探明储量约1000万t（高岭土和陶瓷土）（1998年底），年产量约6万t（1998年）。

含煤建造沉积型高岭土主要赋存于石炭纪—二叠纪沉积岩系中，含矿层位包括：石炭系本溪组、太原组和二叠系下石盒子组。本溪组硬质高岭土矿层，厚度变化较大，一般厚1m～nm，常常与铁矿、铝土矿、耐火粘土矿共生。主要特点：含铁高、富含有机质，灰白色—灰黑色。该层以往多作为耐火粘土矿床评价，根据近年研究，可分层利用，一部分作耐火粘土，另一部分优质矿石可做陶瓷或造纸用高岭土。该矿层自然白度低，煅烧后可达90%以上，高岭石含量一般达90%以上。黄河以北总体质量较好，如博爱九府坟陶瓷粘土矿，矿层位于本溪组地层中，厚0.45～2.78m，一般0.75～1.65m，主要矿物成分为高岭石，主要化学成分：Al2O3为35.63%～38.65%,SiO2为44.05%～45.79%,Fe2O3为0.19%～0.72%,TiO2为0.40%～1.8%，烧失量为7.94%～8.76%，塑性指数为8.43～11.81。济源井本溪组高岭土矿含高岭石达93%～99%，济源邵源芬沟本溪组高岭土矿高岭石含量达95%以上，Al2O3为38.94%,SiO2为45.14%,Fe2O3为0.25%,TiO2为0.38%，矿石质量接近高岭石理论化学成分。

二叠系下石盒子组硬质高岭土矿主要分布在黄河以南，矿层厚度一般较大，几m至十几m不等，位于下石盒子组的下部。主要特点：有机质含量低，自然白度高，一般呈灰色—蓝灰色，含铁高。但可分层利用，含铁高部分作耐火粘土，含铁低部分作陶瓷粘土或造纸用粘土。该矿层之优质部分质量良好，自然白度达85%以上，质纯、细致、高岭石含量高，非常接近纯高岭石岩。对该矿层以往没给予重视，近年随着人们对非金属矿产的重新认识，加强了对此层的研究开发利用。代表性矿山如巩县钟岭陶瓷粘土矿，矿层按质量可分三层：下矿层厚1.28m，局部可作陶瓷原料；中矿层为主矿层，厚1.5～8.5m，一般3～5m，深灰及蓝灰色厚层状，质细密，解理发育，贝壳状断口；上矿层厚1～2.14m，最厚达13m多，为黄褐色薄层铝土质页岩夹高岭土矿。探明储量达165.8万t，主矿层化学组分：Al2O3为39.8%,SiO2为43.51%,Fe2O3＜3%，塑性指数为5.8%～19.97%。鲁山梁洼粘土矿，矿层厚2.1～15.28m，储量800多万t，以往主要用作耐火粘土。近年研究表明，可分出优质矿层，其高岭石含量达90%～98%，自然白度达85%，含铁小于0.8%。郏县东黄道90年代作为高岭土矿进行勘探，提交储量42.44万t，远景储量近百万t，主矿层厚度2.0～2.2m，自然白度76.6%,Al2O3为36.72%～38.79%,SiO2为42.56%～45.11%,Fe2O3为0.37%～0.95%，高岭石含量＞95%，质量优良。另外在焦作、济源一带也发现有优质矿层，其中济源邵源芬沟主矿层厚1.8m，质纯、灰白色，高岭石含量80%～95%,Al2O3为38.08%～38.52%,SiO2为45.20%～45.38%,Fe2O3为0.30%～0.53%。

热液蚀变型高岭土矿床在我省分布不广，代表性矿山为卢氏八宝山陶瓷粘土矿。由钾长花岗斑岩经热液蚀变而形成。矿石分两种类型：高岭土岩及强高岭土化钾长花岗斑岩。白色、块状，高岭石为主，含铁较高（平均1.5%～2.5%），矿石经洗选后可作为陶瓷工业和高碱玻璃原料。探明高岭土储量134万t，高碱玻璃原料储量7100万t。

风化淋滤型高岭土矿床仅在淅川太山庙沟发现。矿层赋存于震旦系白云质灰岩与寒武系硅质岩沉积接触界面及其附近，属风化残余高岭土矿床。矿石类型为伊利石-高岭石（包括迪开石）粘土，可分为优质高岭土和一般高岭土两种，优质高岭土，洁白色，油脂光泽，具滑感，湿后可塑性大，干燥后易碎成粉末状，高岭石含量为主，微量石英及绿泥石，铁含量由无至微量。该处高岭土矿以往一直作耐火材料原料开采。70年代以来部分作陶瓷原料用，主要用于电瓷原料和卫生陶瓷原料。

四、高岭土的主要用途

高岭土的可塑性、粘结性、一定的干燥强度、烧结性及烧后白度等特殊性能，使其成为陶瓷生产的主要原料；洁白、柔软、高度分散性、吸附性及化学惰性等优良工艺性能，使其在造纸工业上得到广泛的应用。此外，高岭土在橡胶、塑料、耐火材料、石油精炼等工业部门以及农业和国防尖端技术领域亦有广泛用、途。见表3-27-4。

表3-27-4　高岭土的主要用途

五、产品的主要工业技术指标

1.产品质量要求

高岭土的应用领域不同，对其质量要求截然不同。在化学成分方面，造纸涂料、无线电瓷、耐火坩埚等要求高岭土Al2O3和SiO2的含量接近高岭石的理论值；日用陶瓷、建筑卫生陶瓷、白水泥原料、橡胶和塑料的填充剂对高岭土的Al2O3含量要求可适当放低些，SiO2含量可酌情高些。对Fe2O3、TiO2、SO3等有害成分，亦有不同的允许含量，对CaO、MgO、K2O、Na2O的含量允许值，不同用途中也不尽相同。在物理性能方面，各应用领域要求的侧重点更为明显。造纸涂料主要要求高的白度、低的粘浓度及细的粒度；陶瓷工业要求良好的可塑性、成型性能和烧成白度；耐火材料要求高的耐火度；搪瓷工业要求良好的悬浮性等。这就决定了高岭土产品规格、牌号的多样性。

表3-27-5　高岭土通用标准（JC88-82）

2.产品质量标准

我国现行的高岭土产品标准是国家建材局1982年重新修订的。它以化学成分和物理性能作为划分产品等级牌号的依据，制定了高岭土的通用标准（JC88-82），见表3-27-5。同时按用途制定了造纸、搪瓷、橡胶用高岭土3个专用标准，见表3-27-6、表3-27-7、表3-27-8。

表3-27-6　造纸工业用高岭土标准（JC318-82）

表3-27-7　搪瓷工业用高岭土标准（JC319-82）

表3-27-8　橡胶工业用高岭土标准（JC320-82）

六、高岭土选矿方法及工艺流程

1.选矿加工方法

为了分离高岭土中的石英、长石、云母、铁矿物、钛矿物等非粘土矿物及有机物质等，生产出能满足各应用领域需求的高岭土产品。重选、浮选、磁选、化学处理等选矿方法及其他改善高岭土质量的加工方法，都已应用于高岭土选矿加工过程中。针对我省沉积型高岭土矿的特点，有关科研单位经多年研究试验，提出两种选矿加工方案，一是通过焙烧加工除去水分和脱碳以提高白度，二是通过超细粉碎和化学漂白方法来提高白度，以求达到涂料级高岭土的质量标准，这两条技术路线已经成熟和应用。有关高岭土的主要选矿加工方法见表3-27-9。

表3-27-9　高岭土主要选矿加工方法

续表

2.工艺流程

高岭土选矿工艺流程，一般包括：准备、分选和产品处理三部分。准备部分包括破碎、制浆等作业；分选部分包括分选、漂白、剥片等作业；产品处理部分包括浓缩、过滤、干燥和包装等作业。由于矿石类型、产品指标不同，选矿工艺流程各不相同。各种矿石类型的原则工艺流程见表3-27-10。

表3-27-10　高岭土选矿工艺流程

生产高附加值精细高岭土产品的工艺流程关键环节是超细粉碎和精细分级。通过超细粉碎和精细分级（包括剥片工艺），可提高产品中高岭石粉料＜2μm粒径的含量比例（达80%以上），生产出涂布级高岭土精细产品，大大提高纸张的光泽度和不透明度。化学漂白是高岭土工业排除杂色的含铁化合物传统工艺，其目的是去除铁、钛等杂质，提高产品白度。高梯度强磁场磁选法及选择性絮凝法也是去除杂质、提高白度的有效方法。在加工工艺流程选择中应充分考虑矿石类型和组分特点，为生产出高附加值产品，创造较高的经济效益，可多种方法综合使用。

一、高岭土的选矿

高岭土的选矿过程，实质上是分选出高岭石族矿物、多水高岭石族矿物和其他粘土矿物，除去石英、长石、云母以及磁铁矿、褐铁矿、赤铁矿、软锰矿、硬锰矿、金红石等非粘土独立矿物的过程。可分为干法选矿和湿法选矿。

(一)干法选矿

干法选矿工艺是一种简单经济的加工工艺，大致过程为:

原矿→干燥→破碎→粉碎→磨细→除砂→除铁

干法选矿可省掉产品脱水和干燥过程，减少微粉流失工艺流程短，生产成本低，适合于干旱缺水地区。但产品质量受原矿质量的影响较大，且不稳定。

(二)湿法选矿

湿法选矿工艺包括矿石准备、选矿加工和产品处理三个阶段。

1.矿石准备阶段

包括配料、破碎和泥料的捣浆分散作业。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，为分选作业制备适当细度的高岭土矿浆，并同时去掉大粒砂石。在高岭土湿选工艺中，首先将原矿制成泥浆，使矿物以颗粒状单体形态在水中解离，颗粒大小以微米为单位，甚至于更小。为了使高岭石族矿物与杂质矿物(如石英、长石、云母、黄铁矿、钛铁矿等)分离，就必须使粘土颗粒分成细、中、粗三个粒级。高岭土颗粒界面上带着相反电荷，颗粒之间相互吸引产生絮凝呈絮团状，这样就需添加适当的分散剂，使之电离后吸附在带电荷的高岭土表面，使其具相同的电荷而相互排斥，此时泥浆便具有流动性(矿浆的浓度一般为5%～14%)。矿浆中的矿物颗粒只有达到充分分散，才能有效地进行分级和选别。一般粘土悬浮液呈现中性—碱性(pH=8)时，便显示稳定的分散状态。常用的分散剂有如下几种:

调整pH:氢氧化钠(NaOH)，碳酸钠(Na2CO3)

沉淀Ca2+:草酸铵(NH4)2C2O4

络合Al3+，Fe3+:柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)络合多价金属离子:水玻璃(Na2O·mSiO2)，焦磷酸钠(Na4P2O7)，六偏磷酸钠(NaPO3)6。

2.选矿阶段

选矿阶段包括除砂、分级、浮选、化学漂白、磁选等，以除去不同杂质。

(1)除砂

湿法除砂，即主要去掉石英、长石、云母等碎屑矿物和岩屑等较粗粒的杂质，同时也可除去部分铁钛矿物。常用耙式浮槽式分级机、螺旋式分级机、水力旋流器和振动筛等进行。我国小矿山采用自然沉淀除砂，再进入沉淀池浓缩、经沉降脱水干燥后生产出砖块状的高岭土坯子。这种产品一般用于陶瓷工业。在机械化选矿厂，则先用单轴捣浆机除去部分粗砂，而后再进入水力旋流器或振动筛等进一步除砂。据报道，目前国外有一种用于除砂的新型设备———工业型叶轮机(德国产)，经过工业考核，其可以取代现有生产所用的螺旋分级机和振动筛的生产工艺。

(2)分级

目前我国生产高档产品，特别是涂料级高岭土产品，主要采用分级方法。

1)水力分级:将原矿用水在搅拌条件下，制成泥浆悬浮液，使粘土矿物和杂质矿物以颗粒状单体形态分散于水中，同时加入适当的分散剂，自然沉淀后，收集上层高岭土悬浮液。

2)各种分级机:水力旋流器、振动细筛，分成粗、细两个粒级。

在造纸涂料加工过程中，2μm粒级含量一直作为工作指标的控制点，要求粒度尽量均匀，既要小于2μm，又要防止研磨时发生过粉碎，因此必须分级。所谓分级就是利用矿物颗粒的大小或密度的差别来分离矿物，若组成矿浆的矿物粒度相差大，则一般用筛网分级若相近，则据其密度差别进行选别。常用的分级设备有水簸、水力旋流器、离心机等。

高岭土深加工工艺中的超细分级，在国外多采用卧式螺旋离心机，一般结构的卧式螺旋离心机在处理过程中，由于螺旋的搅动，中粗颗粒很难沉降，而随溢流带走，同时又夹带着相当部分的细颗粒由螺旋推送到出渣口排出，这样使得分级效果不好。目前国外较先进完善的粒子分级装置首推美国所产的专利离心机。

(3)浮选

浮选法是在提纯高岭土中应用十分广泛的选矿工艺，目前工艺和设备也在不断改进更新，使得高岭土精矿获得更高的白度，而满足工业需要。

浮选是采用一定的悬浮设备和浮选药剂，除选出杂质矿物的提纯方法。因高岭土原矿所含的杂质不同，所采用的浮选方法、药剂和设备也不一样。常用的有泡沫浮选、背负浮选、双液层浮选和选择性絮凝浮选等。泡沫浮选对处理几微米以下的矿物，特别是一些难选的矿物效果不大，一般不常用。

1)超细粒悬浮法:超细粒浮选(又称背负浮选)能处理100%小于3μm，其中48%小于0.5μm的矿物(如锐钛矿、石英砂、电气石和氧化铁等)，是选别微细粒矿物极为有效的工艺之一。该法是采用油酸(塔尔油、燃料油)作捕收剂，松油作起泡剂，硅酸钠作分散剂，可溶性的碱土金属盐(石油磺酸钙)作助选剂，用氢氧化铵调整pH值(一般pH=9左右)，采用－325目的方解石、石英、萤石、重晶石等作载体，用来捕集要分选的微细矿物杂质，这种方法的实质是用载体增大矿物与气泡的碰撞率和接触面，在浮选过程中，吸附捕收剂的载体背负着杂质颗粒上升到泡沫层，而随泡沫溢流排出，高岭土为底流产品，这样便达到分离的目的。残留在粘土中的化学药剂及载体矿物对最终产品有害，必须尽可能地除去。载体矿物从泡沫中回收后，可以加以循环使用。一般情况下，载体矿物粒度的减小，搅拌强度的提高，能显著提高载体矿物与微细悬浮矿粒的碰撞速率，对提高分选指标非常有利。另外对载体矿物预先进行疏水化处理是提高铁脱除率的一项必不可少的措施。

超细粒浮选的优点是可采用普通设备和浮选药剂，分选效果好，一般能除去70%的铁钛杂质，白度可达90以上。缺点是工艺流程复杂。

2)双液层浮选法:双液层浮选法是在超细粒浮选的基础上发展而来的，这种方法是先在高岭土矿浆中加入分散剂，调整pH在5～11范围之间，再加入能选择性地捕集其中一种矿物的阳离子捕集剂(脂肪酸类)和四氯化碳，然后用有机液(工业煤油)调和，矿浆在pH=8～12时，乳化而形成高岭土—水层和杂质—有机液层两种液体层，提纯的高岭土从水相中回收，杂质矿物从油相中除去，这种方法的特点是不使用矿物载体，而只用能捕集杂质的憎水性捕集剂和非极性的有机液处理矿浆，浮选过程可在水力旋流器或重力沉淀池中进行，分选前须调整矿浆的固含量并加入适当的分散剂，以得到最佳的分选效果。英国高岭土公司(ECC公司)采用此法进行分离高岭土中电气石等杂质的研究，其在粘土矿浆中添加硅酸钠和碱作分散剂，以工业煤油作调和剂，脂肪酸作捕集剂，搅拌混合后静置，两液分层，纯净的高岭土从液相回收，电气石从油相回收。使用过的调和剂(工业煤油)，清除杂质后可重复使用。这种方法的缺点是成本较高。

3)选择性絮凝浮洗法:

①选择性絮凝高岭石。此法是使用一种阴离子絮凝剂(如高分子絮凝剂聚丙烯酰胺)，通过桥键作用，将高岭石连接成一种松散的网状的聚集状态，沉淀于底部。对薄片状的高岭石，由于其层面与端面的电化学性质不同，其中端面与絮凝剂(聚丙烯酰胺)相互作用强烈，这种聚合物和端面的吸附形成桥键，引起端面与端面的絮凝，结果引起颗粒与颗粒之间的絮凝沉向底部。

其他矿物留在悬浮液中，静置一定时间后，倒出悬浮液，将絮凝物在清水中搅拌成悬浮液后再进一步分离。

②选择性絮凝石英、明矾石等杂质。高岭石与杂质矿物的电化学性质差异较大，也可选择一定的絮凝剂，将石英等杂质絮凝，使细微的高岭土呈分散状态悬浮状态，用虹吸或倾析法，使高岭土矿浆与絮凝杂质分离。进而可获得纯度高、粒度细的高岭土产品。

这种方法是近20年来发展起来的被认为是细粒选矿中最有前途的有效工艺之一，美国、俄罗斯、英国、德国、捷克等均采用了这种工艺，使得高岭土的分选能力和选矿回收率均有所提高。

我国在20世纪70年代末开始进行高岭土选择性絮凝浮选的研究，主要是除明矾石，并取得了一定的成果。试验中采用水玻璃作分散剂，水解的聚丙烯酰胺作絮凝剂，加Ca2+活化矿浆，结果矿石脱硫率可达65.72%。试验中絮凝剂浓度为160×10－6，絮凝剂聚丙烯酰胺水解度为70%，沉降时间为180min，pH=9.5～10，水玻璃用量为400×10－6时效果最佳。在矿浆中添加Ca2+可使高岭土和明矾石产生不同的絮凝效果，明矾石絮凝明显活化，当CaCl2达40×10－6时，明矾石絮凝回收率可达92%。

(4)漂白

高岭土的漂白主要是除去高岭土中的铁、钛氧化物着色杂质和染色的有机物。

1)化学漂白:采用化学方法可以除去牢固覆盖在高岭土颗粒表面的氧化铁膜。因为这部分铁采用磁选和浮选法很难除去，这就必须采用化学漂白进行处理，即采用化学方法溶出铁、钛等着色杂质再漂洗出去。常用的化学漂白法方法有氧化还原法、酸溶法、氯化法等。

还原法:该法的实质就是使高岭土中难溶性的Fe3+还原成可溶性的Fe2+，而后洗涤除去，从而提高高岭土的白度。这是高岭土工业中传统的除铁方法。在漂白前矿浆流入搅拌机搅拌，并要加入絮凝剂絮凝后，再进行漂白。常用的还原剂有:连二亚硫酸钠(又称保险粉)、硫代硫酸钠、亚硫酸锌等。

此过程可使难溶的Fe3+→Fe2+，然后洗涤除去。

影响漂白效果的因素有很多，如矿石的特征、温度、pH值、药剂用量、矿浆浓度、漂白时间、搅拌强度等。若矿石中杂质呈星点状、浸染状，含量低，那么可以得到较好的漂白效果，白度显著提高。若矿石中含有机质、杂质含量高，那么漂白效果差，白度提高的幅度不大。漂白过程中的温度一般宜在常温下，太高，虽然能加快漂白速度，但热耗量大，药剂分解速度过快，造成浪费并污染环境过低，反应缓慢，生产能力下降。矿浆的pH值调整到2～4时，漂白效果最佳。药剂用量方面，一般随着用量的增大，漂白速度加快，白度也随之提高，但达到一定程度时，白度不再增长。矿浆浓度以12%～15%为宜。漂白时间既不能过长，也不能过短，时间过长既浪费药剂，又降低了高岭土的质量，因为空气中的氧会导致Fe2+氧化成Fe3+过短，白度达不到要求。反应完毕后，应立即进行过滤洗涤，否则表面会逐渐发黄。对于产品发黄问题，20世纪70年代美国曾有专利介绍了添加磷酸盐可避免返黄。具体方法是:先加连二亚硫酸钠进行还原漂白，过一定时间后，加入磷酸盐。经验证，漂白后的产品能够达到永久性的漂白。采用连二亚硫酸盐对高岭土进行漂白，在一定程度上可使高岭土的白度和亮度显著提高，但这种还原剂性质极不稳定，受热、受潮或敞露于空气中都能发生分解。在漂白过程中有相当量的Na2S2O4消耗在自身的分解反应中，为了避免这种浪费，近几年来已研究出几种改进方法，如锌粉漂白法、硼氢化钠漂白法、二氧化硫电解法等，这些方法的相同点在于:在漂白过程中即时产生Na2S2O4，从而避免了药剂的浪费，降低了成本，同时也获得了较好的漂白效果。

对含黄铁矿、有机质的高岭土，一般采用氧化漂白法，即使处于还原状态的黄铁矿氧化成可溶性的硫酸亚铁和硫酸铁，同时氧化有机质，使其变成易被洗去的无色氧化物。据资料，国外采用了一种氧化－还原联合漂白法，并通过试验证明这种方法比单纯的还原或氧化漂白效果更佳。如美国佐治亚州高岭土，原土<2μm含量为80%，白度70.2%，制成20%的泥浆后，加入还原剂(Na2S2O4)漂白，白度增高到72.0%，显然，这种效果并不令人满意。如果在泥浆中先加入双氧水(过氧化氢)、次氯酸钠等氧化剂，让高岭土中着色杂质反应完全，然后再加入Na2S2O4漂白，其白度可提高到85.0%。

酸溶法:利用高岭土耐酸不耐碱的性质，用酸液(HCl、H2SO4、草酸)处理高岭土，使其中不溶化合物转变成可溶化合物，而与高岭土分离。一般为了使杂质充分溶解，可同时加入氧化剂(过氧化氢等)或还原剂(氯化亚锡、盐酸羟胺等)。酸溶漂白的效果与铁矿物的赋存状态、酸的用量、反应温度等有关，呈浸染状赋存于高岭土表面的赤铁矿易溶于盐酸而被除去，含钛矿物的高岭土很难用此法除去杂物而提高白度。

用硫酸处理高岭土，需在压力为2×155Pa的压力锅中持续2～3h，采用8%～10%H2SO4溶液且须过量，处理后洗去Fe和剩余酸，用这种方法可除去高岭土中约90%的Fe2O3。采用比例为1∶2的浓硫酸和硫酸铵的混合液在100℃下处理高岭土持续2h，过滤悬浮液并用硫酸清洗，钛、铁杂质都可清除。用0.1%～0.5%的草酸或草酸钠的热溶液，可使赋存于磨细的高岭土颗粒表面的铁钛化合物溶解而除去。

国外的高岭土漂白研究中新的进展:如在高岭土粉末中加入NH4Cl，在加到200～300℃时与高岭土中的铁反应，冷却后，用稀盐酸浸出铁的生成物FeCl3，即可漂白。目前正处于试验阶段，这种漂白需要在高温密闭条件下进行。

2)生物除铁漂白:利用某些微生物(细菌，真菌)具有从氧化铁(褐铁矿，针铁矿)中溶解铁的能力。利用微生物这种溶解铁的能力，可将高岭土中所含铁杂质除去。微生物这种溶解铁的能力，情况很复杂，原因尚不清楚，有人认为与起复合剂作用的有机酸和其他新陈代谢物的形成有关，也与酶解和非酶解对铁的还原作用有关。

目前已研制出一种两步处理方法:首先制备培养液(即浸出剂)，浸出剂是将菌株在30℃下置于营养媒介中培养而成的。营养媒介中含有3gNH4NO3，1gKH2PO4，0.5gMgSO4·7H2O和每升天然水中不等量的糖蜜。媒介最初的pH值约为7，这类微生物在表面或水中生成，培养所需的时间取决于培养方法和介质中糖浆的初始浓度，一般为5～14天，当糖浆的初始浓度高于150g/L时，最终的pH值总是小于2，浸出剂中有机酸的浓度约大于40g/L。草酸与柠檬酸的含量之和占整个有机酸含量的95%以上，在人工合成的含同量有机酸的浸出剂中加盐酸酸化至pH=0.5，也可取得同样的浸取效果。浸出剂制备好后，在90℃下用浸出剂浸滤高岭土，试验中采用11种不同品种的高岭土，其Fe2O3含量从0.65%～1.49%不等，Al2O3含量分别为32%～35.2%，铁以氢氧化物形式出现，主要是针铁矿，其在高岭土中呈包裹体存在，其余的铁则是从外部渗入且污染了高岭土菌丝体内。试验搅拌强度为400～600r/min，矿浆最佳浓度为20%～25%，处理时间为2～5h。结果见表7－3，从表中可看出，经过浸出剂处理后，Fe2O3含量从0.65%～1.49%可降至0.44%～0.75%，白度从55～87提高到86～92。而仅有少量的铝随铁一起从高岭土中浸出。延长浸取周期，可以浸出高岭土中更多的铁，但同时会使铝发生强烈溶解，所以一般浸出时间要适当控制。

3)磁选除铁漂白:几乎所有的高岭土原矿都含有少量的铁矿物(Fe2O3一般为0.5%～3%)，主要有铁的氧化物、钛铁矿、菱铁矿、黄铁矿、云母、电气石等。这些着色杂质通常具有弱磁性，这样即可用磁选方法除去这些有害杂质。磁选是利用矿物的磁性差别而在磁场中分离矿物颗粒的一种方法，对除去磁铁矿和钛铁矿等高磁性矿物或加工过程中混入的铁屑等较为有效。对于弱磁性矿物，一种方法是可以先焙烧，待其转变成强磁性氧化铁后再进行磁选分离再一种方法就是采用高梯度强磁场磁选法。

表7－3 用各种微生物方法除去高岭土中的铁

(据郭守国等，1991)

A.高梯度强磁场磁选法

1973年，美国生产出第一台高梯度磁选机。1981年，我国长冶研究院研制出我国第一台半工业型周期式高梯度磁选机，已用于陶瓷原料的提纯。目前，高梯度磁选机已广泛用于高岭土等非金属矿的除铁。

高梯度磁选机工作原理:工作时先接通电流，线圈便产生磁场，钢毛即被磁化，接着自动打开给料阀、排料阀和流速控制阀，矿浆进入分选箱，通过被磁化的钢毛后，磁化物质被钢毛截留，其余未被磁化的料浆通过排料阀，打开冲洗阀，冲掉钢毛上的非磁性料浆，再关掉电源，钢毛磁性消失，再用水冲洗出被磁化的磁性矿物，整个过程按程序自动控制完成。

这种方法有两大特点，一是具有能产生高磁场强度(107Gs/cm数量级)的聚磁介质(一般为钢毛)，二是有先进的螺丝管磁体结构。高梯度磁分离技术对于脱除有用矿物中弱磁性微细颗粒甚至胶体颗粒十分有效。这种方法优点是工序简单、产量高、成本低、无污染，能借助于调整分离操作参数来生产不同档次的产品，并可按需要控制生产成本，是一种效果好、适应性强的技术，具有较好的经济效益。缺点是设备投资高、耗电大。早在70年代美国就有不少厂家用此项技术全部或部分取代浮选、化学漂白等传统的提纯高岭土的方法。美国佐治亚中部地区的一些高岭土公司已将高梯度磁选作为标准的处理工艺。表7－4为不同产地的高岭土用PEM－5型高梯度磁机除铁、钛试验的结果。

表7－4 不同产地高岭土用PEM－5型高梯度磁选结果

(据郭守国等，1991)

从表中数据可以看出，高梯度磁机选矿中，有害杂质钛比铁易于除去。

B.超导磁选

随着高岭土矿体不断开采，高岭土原矿的质量逐渐降低，赋存于高岭土中的铁钛矿物的粒度也越来越小，高梯度磁选机也无法将几个微米下的弱顺磁性矿物分离出来。据报道，目前国外已有10多个国家正从事用超导磁选机对高岭土进行除铁、钛的研究。

超导磁选机由三个主体部件组成。一是超导磁体，它是由铌钛线或铌锡线绕制而成二是超低温制冷系统，用液氦、液氮制冷，使铌钛或铌锡磁体在4.2K下达到磁体无直流电阻的超导状态三是分选管道或分选装置，使要分选的矿粒或矿浆在超导磁场中将磁性矿物与非磁矿物分开。超导磁选机根据有无介质及其所产生的梯度不同可分为无梯度超导磁选机和高梯度超导磁选机两种，高岭土比较适合于用后种，这种磁选机可处理几个微米或亚微米级别极弱的顺磁场矿物。超导磁选机能长期运转，与常规磁选机相比，降低电耗80%～90%，仅此一项每年可节约15万美元，其占地面积为原来的34%，重量为原有的47%另外，其还具有快速激磁和退磁能力，可使设备减少分选、退磁和冲洗杂物所需的时间，从而大大提高了矿物的处理量。该设备处理能力为6t/h。

美国贝尔电话实验室建造了一种10万Gs的电磁体，电耗达1600kW，每分钟还需用4.5t水冷却。早在1976年，日本就制造出了一台17.5万Gs的超导磁体，是世界上最强的超导磁体，总耗电才15kW。

二、高岭土的剥片与超细粉碎

纸张、橡胶、塑料作填料，纸张涂料，化妆品增稠剂等应用领域，对高岭土的细度和形状有一定的要求，因此，必须对精选的高岭土进行剥片和超细粉碎，从而提高产品的质量，而一般常规方法难以达到这一目的。近年来，在超细加工工艺研究方面有了很大的进展，如采用超音速气流粉碎等方法提高了高岭土细度，从而为生产更多的涂料级和高档填料级产品开辟了新的途径，扩大了资源利用率，获得了较好的经济效益。高岭土的剥片与超细粉碎工艺主要有磨剥法、高压挤出法、气流粉碎法。

1.磨剥法

粗粒的高岭土往往是由许多单片叠加而成，剥片工艺就是用研磨方法把叠层状的高岭石聚集体(>2μm)剥离成为单片或减少叠层的层次。目前剥分采用的主要设备是鳞片研磨机，研磨介质有瓷珠、玻璃珠、人造刚玉珠、尼龙聚乙烯珠。珠的相对密度约2～4.5，直径为2～3mm。通过搅拌泥浆和细研磨介质组成的混合物，使磨介与磨介之间产生相互碰撞，而达到使高岭石剥离的目的。高岭石经剥分后，晶体结构一般未被破坏，新生面不被污染，能解离释放出高岭土中的着色杂质，通过沉降或离心分离除去。所以，在细度大大提高的同时，白度和光泽度也有所提高。用于造纸业，可大大提高纸张的光泽度和不透明性。工艺简单，但生产效率略低，能耗大。

2.高压挤出法

高压挤出法是将高岭土制成泥浆，在高压挤出装置中，用高压泵(最高可调到5.88×107Pa)，将泥浆以950m/s的线速度从窄缝中摩擦挤出，高速喷射到处于常压的叶轮上，当物料离开缝隙时，压力突然降低便产生空穴效应，像爆米花一般，利用高剪切力加空穴效应原理使高岭石的晶面沿结合力较弱的氢键方向层层剥开，可生产小于2μm占80%的涂料级产品。

用此工艺处理的高岭土粒度范围是2～20μm。经试验证明，用高压均浆器一次处理后的料浆中小于2μm的粒级可由原来的18%提高到37%。如福建龙岩高岭土矿，原矿天然白度很高(75～80)，高岭石含量为20%～30%，精选后高岭土为片状，粒度以2～5μm、5～10μm为主，达不到涂料级产品标准，采用高压挤压法后，可得小于2μm颗粒占80%以上的涂料级产品，获得了最大的经济效益。

3.气流粉碎法

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。该法是利用750m/s或更高的超高速气流为流体能量，在特殊装置内，使粉体颗粒相互碰撞达到碾磨，同时使碾碎的颗粒随同喷射的旋涡气流在粉碎机内设置的特殊分级室中分级，再通过离心作用，将分级旋流中的粗粒子甩向外边，通过回路管使之再循环回到超音速喷嘴，从喷嘴中高速喷射出来的颗粒再碰撞碾磨室中旋涡着的粗颗粒，只有被粉碎了的、小于一定粒度大小的细颗粒被排放出来，进入捕集器收集。经气流粉碎后，煅烧高岭土90%以上的粒度均在5μm以下，由此可见，采用此法可以收到良好的效果。

4.化学剥片法

化学剥片法又称化学分散法，它是将高岭石加到某种药剂中浸泡，使药剂进入到高岭石的晶体叠层以氢键结合的晶面层，破坏晶层间的氢键，使晶层间的结合力变弱。晶层间的相对位移就变得较容易，从而使晶体叠层出现“松解”现象。此时再施加较小的外力即可使叠层的晶片一层层剥落下来，产生的小鳞片近于单位的高岭石晶层。化学药剂很多:尿素(CO(NH2)2)的饱和溶液，联氨，联苯氨，乙酰胺丙烯酸。苏州非金属矿工业设计研究院沈长乐、蒋军等研究后认为:化学剥片法用于工业生产的最大障碍是药剂成本高，而不是药剂本身的剥片能力。但原苏联学者声称，他们已找到了廉价的剥片剂。

5.快速冷冻剥片法

英、美等国家正在着手研究这种剥片方法，它是将高岭土迅速通过装有液氮的超低筒体，高岭石晶层间的水突然被冷冻而结冰膨胀，晶层遭到破坏，微弱的氢键断裂，叠层状高岭石便变成一片片单一的晶体。

三、高岭土煅烧加工

将精选的高岭土在一定的温度下煅烧成不同用途的高岭土熟料，然后再破碎、粉碎分级。据用途不同，其煅烧温度不同，一般在800～1500℃，用于生产特种陶瓷、精密铸件、橡胶、塑料、耐火材料原料。

煅烧是改善高岭土性能的特殊加工方法。造纸涂料工业使用煅烧高岭土可以增加纸张的散射力和遮盖率，提高油墨吸附速度。用于电缆填料可增加电阻率。在合成4A沸石、生产氯化铝、冰晶石工业中，煅烧可以增加高岭土的化学活性。高岭土经高温煅烧后能增加白度，可部分代替价格昂贵的钛白粉。煅烧高岭土可用来生产莫来石。对于煤系高岭土，煅烧是必不可少的工艺，因煅烧能脱除炭质、提高白度。

高岭石在煅烧过程中随着温度的升高，会产生不同的相变，煅烧相变过程的反应式如下:

非金属矿产加工与开发利用

从反应式可看出，500～700℃之间脱除结晶水，生成偏高岭石，仍保持片状形态。925℃后产生硅尖晶石相。1100℃时产生似莫来石相。1400℃产生莫来石。

高岭土煅烧温度的选择，视用途而定。作为电缆填料、化工产品，温度宜选用700℃左右。生产造纸涂料，宜选择800～900℃，此时产生的偏高岭石仍保持了片状形态。生产高白度和高亮度的填料，温度可选择1000℃左右。生产莫来石时，温度应大于1400℃。

为提高煅烧高岭土的白度，可加入煅烧添加剂。添加剂的品种有多种，要根据矿石的性质，合理选用添加剂。

四、表面改性处理

高岭土用于塑料、橡胶、油漆、电缆的填料，为使其与各种有机高分子材料容易均匀的分散，并更牢固的结合，需在高岭土表面包覆一层有机偶联剂，此过程称为表面改性。偶联剂与高岭土的结合，有化学反应、物理吸附或二者兼有。常用的偶联剂有硅烷、钛酸酯、铝酸酯、硬脂酸及其皂类。

改性方法有干法和湿法，干法比湿法效果好。常用的设备为高速捏合机。在改性生产中，高岭土则直接与有机材料在一定温度下掺和，在单螺杆或双螺杆捏合机中进行。

改性效果的检测，用红外光谱能准确地测出偶联剂的包覆面积。简便的方法是用疏水法:取少许改性后产品，放入盛有清水的烧杯中，用玻璃棒搅拌一两分钟，静止后观察水中的浊度。改性效果好的高岭土是疏水的，它漂浮在水的表面而不下沉。

瓷土也称高岭土、白土，是一种开采出来的天然矿物质，因为早年在江西景德镇附近高岭山地区被广泛发现而得名，故称为高岭土（Kaoliniti或Kaolin），高岭土在世界各地均有分布。在美国、巴西、日本、澳大利亚及一些南美国家也有储量。在我国广东的茂名、湛江也有生产，以广东茂名瓷土在造纸涂料使用比较广泛，高的白度和高的粘滞浓度是它的突出优点。

雷东升1 王学群1 袁继祖2 余永富2

（1.国家非金属矿深加工工程技术研究中心，江苏苏州 215004；2.武汉理工大学，湖北武汉 430070）

摘要 对我国两种不同成因的高岭土的黏度特性进行了较为系统的试验研究，采用复合分散剂和矿物表面修复技术来降低高岭土的黏度，提高黏浓度，取得了良好的效果，并对其作用机理进行了初步探讨［1～3］。

关键词 高岭土；造纸涂料；降低黏度；复合分散剂；高岭土表面修复。

第一作者简介：雷东升（1968—），男，博士，武汉理工大学硕士研究生导师，高级工程师。联系电话：0512-66723682，013962523918；E-mail：leidongsheng@yahoo.com.cn。

一、前言

随着我国造纸工业的迅速发展，造纸工业的技术和装备水平不断进步，高速涂布机获得广泛的应用。高速涂布要求涂布颜料必须具备固含量高、黏度低、流变性好的特性，而我国造纸涂布用的高岭土资源，由于晶体结构和表面形态较差，黏度普遍较高，黏浓度一般为50%～65%，不能满足造纸工业技术进步的要求。本试验选用国内具有代表性的两种高岭土精矿产品（苏州高岭土、茂名高岭土）为原料，通过对黏度特性的研究，采用复合分散剂和矿物表面修复技术来降低高岭土的黏度，改善了其流变特性，最终使苏州高岭土、茂名高岭土的黏浓度分别达到69.14%、70.32%，从而满足我国造纸工业对涂布颜料的要求。

二、试样的性质

（一） X光衍射分析

通过对试样的X光衍射图谱分析，两种高岭土试样中高岭石含量均在95%以上，石英含量5%左右，其他矿物含量很少。

（二）化学成分分析

两种高岭土试样的化学成分分析结果见表1。

表1 化学成分分析（wB/%）

（三）粒度分析

试样的粒度组成见表2。

表2 粒度组成分析（%）

根据涂布造纸的要求，涂料中-2.0μm的含量应在85%以上，且有一定的粒度级配。对两种高岭土的粒度分析可知，试验样品粒度大部分集中于2.0～0.4μm，其他粒级含量较少。其中茂名土粒度则大部分集中在2.0～0.4μm，而且这部分粒级分布较均匀。

（四）透射电镜分析

两种高岭土试样的透射电镜照片见图1、图2。

图1 苏州高岭土透射电镜照片（3×104倍）

图2 茂名高岭土透射电镜照片（3×104倍）

由图1看出，苏州土试样中含有部分管状的多水高岭石，片状结构体解离不够充分，大多呈聚集状态；而图2则显示，茂名土试样为结晶好的六角或近似六角片状结构，解离也较为完全。

三、试验及结果

采用无机分散剂（药剂1和药剂6）、有机分散剂（药剂2、药剂3、药剂4和药剂5）和无机与有机复配的复合分散剂，分别对两种试样进行了黏度特性系列试验和黏度浓度测试［1］。

对两种试样分别按照确定的最佳分散剂方案加入分散剂，充分分散后加入机械挤压机进行表面修复，泥料经烘干、磨粉后测定黏浓度。

（一）分散剂影响试验

在固含量为63%和68%时进行了各种分散剂对苏州高岭土黏度特性影响的试验，结果见图3、图4。

从图3可以看出，在矿浆浓度较低时，上述几种药剂均能使矿浆的黏度降到500MPa·s以下。无机药剂中，药剂1作用比较好；有机药剂中，药剂4和药剂5对苏州高岭土的黏度特性影响比较明显。

从图4可以看出，当矿浆浓度增大时，无机药剂（药剂1和药剂6）的效果就不太明显，而且用量迅速加大；相对而言，有机药剂用量增加不大，其中药剂5的作用比较明显。

在固含量为63%和68%时进行了各种分散剂对茂名高岭土黏度特性影响的试验，结果见图5、图6。

从图5可以看出，在矿浆浓度较低时，上述几种药剂均能使矿浆的黏度降到500MPa·s以下。无机药剂中，药剂1作用比较好；有机药剂中，药剂4和药剂5对茂名高岭土的黏度特性影响明显。

从图6可以看出，当矿浆浓度增大时，无机药剂（药剂1和药剂6）的效果就不太明显，而且用量迅速加大；而有机药剂用量增加不大，其中药剂5的作用比较明显。

图3 苏州土黏度特性曲线（固含量63%）

图4 苏州土黏度特性曲线（固含量68%）

图5 茂名土黏度特性曲线（固含量63%）

图6 茂名高岭土黏度特性曲线（固含量68%）

考虑到有机药剂成本比较高，而且到一定的用量后改善效果就没有明显的增加；而无机药剂价格则相对便宜了很多。所以，选用无机和有机药剂复配试验，以期找出符合现场工艺和成本要求的最佳分散剂组合。

（二）复合分散剂试验

经过许多不同组合搭配试验，确定了对两种高岭土采用药剂1和药剂5的复合分散剂组合。通过不同用量的药剂复配试验（矿浆浓度为68%），最后确定了对苏州高岭土和茂名高岭土，复合分散剂（药剂1用量为4 kg/t；药剂5用量为3 kg/t）为最佳分散剂，其降低黏度的效果最佳。试验结果见表3和表4。

从表3和表4可以看出，采用复合分散剂不仅可以使高岭土矿浆的黏度降到500MPa·s以下（浓度为68%），而且有机药剂5的用量较小，大大节约了药剂成本。因此采用复合分散剂来改善高岭土的黏度特性，是一种较为可行和有效的方法。

从两种高岭土试样中抽取部分小样，经缩分、烘干后，按照GB/T 14563—93规定的高岭土黏度测定方法进行黏浓度测定，结果见表5；再取部分小样，经缩分、烘干后分别加入确定的最佳分散剂，再经充分搅拌分散均匀，然后烘干矿浆、磨碎、过60目筛、缩分、烘干，最后进行黏浓度测定，结果见表5。

表3 不同用量的药剂搭配结果（苏州高岭土，68%）

表4 不同用量的药剂搭配结果（茂名高岭土，68%）

由表5可以看出：加复合分散剂前，两种高岭土黏浓度仅为61.42%和64.03%，加入复合分散剂后，其黏浓度分别提高为68.33%和69.56%。

表5 两种高岭土加复合分散剂前后的黏浓度

表6 两种高岭土加复合分散剂后经表面修复的试验结果

（三）矿物表面修复试验

分别称取一定量的两种高岭土烘干样，按照确定的最佳分散剂方案加入分散剂，充分分散后加入机械挤压机进行表面修复，泥浆经烘干、磨粉后测定黏浓度，试验结果见表6。

由表6可以看出：加复合分散剂后，两种高岭土黏浓度分别为68.33%和69.56%，经表面修复后，其黏浓度分别提高为69.14%和70.32%。

四、作用机理探讨

（一）高岭石的结构

高岭石晶体结构为1∶1型片状硅酸盐，沿001层面解理。在加工过程中会产生两个性质不同的表面，即底面（001面）和侧面（010或110面），这两个面具有不同的双电层结构［2］。根据范奥尔根［3］的理论，高岭石底面电荷是由其晶格中阳离子被低价位的阳离子类质同象替换所引起的，因而带恒定的负电荷；而侧面电荷为断裂的硅氧键和铝氧键形成的羟基化合物的两性解离而产生的，在酸性介质中带正电荷，碱性介质中带负电荷。当介质pH值不变时，高岭石侧面的表面电位也保持不变，为恒电位体系。

正是这种不对称的双电层结构导致了高岭土颗粒在矿浆中极易形成大量的底面-侧面相连接的“T”型絮凝结构［4］，并向空间发展。这种结构的形成不仅阻止了高岭土颗粒在矿浆中分散，而且会使矿浆中相当一部分水被包裹于结构体中，使矿浆的浓度难以提高。只有改变高岭土颗粒表面的电荷性质，使其侧面带大量的负电荷，颗粒之间产生排斥，阻止或破坏“T”型絮凝体的形成，才能使矿浆分散，提高矿浆的黏浓度。

（二）分散剂的作用机理

向矿浆中加入碱性物质，改变矿浆的pH值，使高岭土侧面的负电荷增加（ζ电位负性增大），有利于高岭土矿浆中部分“T”型结构凝聚体的解体，提高矿浆的分散度。但仅靠改变矿浆的pH值还不足以破坏矿浆中“T”型结构凝聚体，还需要加入分散剂，才能在其侧面产生足够的ζ负电位，破坏“T”型结构凝聚体，高岭土颗粒在矿浆中能充分分散。

良好的分散剂应该能提供足以抵消高岭土颗粒之间吸引的两种斥力：一是增加分散体系中颗粒表面的电荷，使颗粒间产生静电排斥作用，即提供静电稳定作用；二是分散体系的颗粒吸附大分子物质，在其表面吸附的大分子链（层）会产生空间位阻，即提供空间位阻稳定作用。因此，为达到最好的分散效果，在碱性环境中（高岭石侧面零点电为6.8左右，矿浆的pH值应在7.0～8.0之间）加入的分散剂或分散剂组合最好能同时产生上述两种作用力。常用的无机阴离子分散剂能产生大量的阴离子，使高岭土颗粒侧面带大量负电荷，ζ电位负性增大，颗粒间产生排斥力，阻止“T”型絮凝体的形成，颗粒处于较为稳定的分散状态；加入高分子聚合物分散剂则能通过其特有的大分子链，一端在颗粒表面强烈吸附，另一端伸向分散介质，使颗粒之间产生较强的空间位阻效应而互相排斥，“T”型絮凝体难以形成，从而在矿浆中处于高度分散状态，使矿浆的黏浓度得到了提高。

（三）表面修复的作用机理

高岭土泥料在机械挤压机的挤压腔内受到挤压、剪切、混合等复杂的作用，并且由于此过程中会升压升温，物料颗粒间的相互作用比较强烈，颗粒会较多地选择以片状定向排列在腔体内运动，以抵制这种强烈的相互作用力，这样高岭土颗粒间的絮凝结构被破坏，颗粒间形成的包裹水被释放出来，并且这种结构遭到强力破坏后很难重新形成；对于未能充分解离的片状高岭土颗粒，在这种高强度挤压、剪切和升温升压的作用下会再次发生更为充分的剥离，并且颗粒的表面之间也会互相摩擦和挤压，使其表面凹凸部分变得平整，断裂处被更小的片状颗粒覆盖，从而在配置料桨时颗粒间的吸引力大大减少，再次形成“T”型结构凝聚体的几率也大大减少，体系的流变特性由塑性变为假塑性，呈现出“剪切变稀”的特点，使矿浆的黏浓度得到提高。

五、结论

1）本试验对国内具有代表性的苏州高岭土精矿、茂名高岭土精矿的黏度特性进行了较为系统的试验研究，找到了一种复合分散剂，并确定了最佳复合分散剂的用量，可使两种高岭土的黏浓度分别提高到68.33%和69.56%。

2）按照确定的最佳分散剂方案加入分散剂，经表面修复后，两种高岭土的黏浓度分别提高到69.14%和70.32%。

参考文献

［1］GB/T14563—93.高岭土.北京：中国标准出版社，1993

［2］张锡秋，等.高岭土.北京：轻工业出版社，1988

［3］杨小生，陈荩.选矿流变学及其应用.长沙：中南工业大学出版社，1994

An Experimental Study on Reducing the Viscosity of Paper Coating Kaolin

Lei Dongsheng1，Wang Xuequn1，Yuan Jizu2，Yu Yongfu2

（1.National Engineering Research Center for Further-processing of Non-metallic Minerals，Suzhou 215004，Jiangsu，China；2.Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，Hubei，China）

Abstract：In this paper the viscosity properties of kaolin of two kinds of origin in China are studied systemically.By adding compound dispersants and repairing the surface of kaolin particles，its viscosity concentration is improved.The mechanisms of the process are also studied preliminarily.

Key words：kaolin，paper coating，viscosity reduction，compound dispersant，the surface repair of kaolin.

（1）为分离高岭土中的石英、长石、云母、铁矿物、钛矿物等非黏土矿物及有机质，生产出能满足各工业领域需求的高岭土产品，除了采用重选、浮选、磁选等对高岭土进行提纯除杂外，有时还要采用化学漂白、超细剥片、煅烧、表面改性等深加工方法对高岭土进行处理。高岭土的选矿加工分为干法和湿法两种工艺。（1）干法一般是将采出的原矿经过破碎机破碎至25mm左右，给入笼式破碎机中，使粒度减小至6mm左右。碎后的矿石再经配有离心分离机和旋风除尘器的吹气式雷蒙磨进一步磨细。该工艺可将大部分砂石除去，适用于加工那些原矿白度高、砂石含量低、粒度分布适宜的矿石。干法加工生产成本低，产品通常用于橡胶、塑料及造纸等工业的低价填料。（2）湿法加工工艺一般将原矿破碎后，经过捣浆、除砂、旋流器分级、剥片、离心机分级、磁选(或漂白)、浓缩、压滤、干燥即可，这样得到的产品可用于陶瓷或造纸涂料。如果制备填料级或造纸涂料级高岭土则需要增加煅烧工艺，即原矿粉碎、捣浆、旋流器分级、剥片、离心分级、浓缩、压滤、内蒸干燥、煅烧、解聚等。

高岭土粉即粉状高岭土。高岭土是制作白色颜料的主要原料。手感光滑，油状可塑，遇水则成片状，是古代壁画中不可缺少的颜料之一。但由于其性能差，在现代绘画中逐渐淘汰。