高岭土粘度的构成影响因素分析

陆云峰　何琴

摘要:粘度是影响高岭土利用的重要因素之一,为了提高高岭土的利用效率,就应深入分析影响高岭土粘度的因素。通常,高岭石粘度的构成影响因素主要包括高岭土的地质成因、高岭石形态、高岭石晶体结构、高岭土加工方法、高岭石的粒度、矿物组成、pH值、分散剂等。

关键词:高岭土粘度影响因素

中图分类号:TD985 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(c)-0003-01

高岭土具有特殊的物理和化学性能,是具有较高价值的非金属粘土矿产资源,广泛用于耐火材料、陶瓷、塑料、造纸等行业,在国民经济中发挥着重要的作用。然而,我国高岭土的粘度特征却相对较差,难以满足工业生产的标准,优质高岭土供不应求,限制了高岭土的有效利用,不利于实现最大的经济效益。因此,分析高岭土粘度的构成影响因素,并采取针对性的控制策略,具有十分重要的意义。

1 高岭土的地质成因

按照高岭土的地质成因,可以将高岭土分为两大类:原生高岭土与次生高岭土。原生高岭土又可以分成热液蚀变型高岭土与风化型高岭土。次生高岭土是由原生高岭土搬运、沉积形成的,是沉积型高岭土。通常,原生高岭的粘度比次生高岭土的粘度要高。例如英国康沃尔高岭土就是原生型高岭土,美国佐治亚州高岭土就是次生高岭土,英国高岭土的粘土就比美国高岭土的粘度要高。地质高岭土通常也可以分成软粗质白垩高岭土和硬细质颗粒三层高岭土两大类。高岭土在大多数情况下都会具备这两类高岭土的部分物理性能和化学性能。

2 高岭石形态

高岭石的形态在很大程度上影响着高岭土的粘度。假六角片状的高岭土有着较低的粘度,管状高岭石有着较高的粘度。图1是美国高岭土和我国湛江高岭土的扫描电镜图片的对比。可以看出,美国高岭土为假六边形状,边缘较为规整;而湛江高岭土呈现管状。这样的形态差异,是导致美国高岭土粘度小于湛江高岭土粘度的重要原因之一。与此同时,高岭石的宽厚比值也影响着高岭土的粘度。相关研究表明,高岭土的宽厚比值越大,高岭土的粘度也就越大。导致这种现象的主要原因是在固含量不变的情况下,高岭土的宽厚比值越大,剪切力下颗粒旋转半径也就越大,从而使得粘度也越大。

3 高岭石晶体结构

因为不同的高岭石形成的地质条件、地质成因、地质年代各不相同,所以不同的高岭石有着不同的晶体结构有序度。部分高岭石的晶体有序度较高,部分高岭石的晶体有序度较低,部分高岭石则无序。高岭石晶体结构的有序度不同,其粘度也不同。通常X射线衍射法是高岭石晶体结构有序度判断的重要方法,利用Hinckley指数计算高岭石的结晶度指数。一般情况下,高岭石结晶度指数大于0.9时,高岭石晶体结构就是有序的。而大量的事实证明,高岭石晶体结构有序度较高,其粘度通常较低;而高岭石晶体结构有序度较低,其粘度则较高。

4 高岭土加工方法

不同的加工方法也是造成高岭土粘度不同的重要原因之一。磨剥的加工法、煅烧的加工法、机械降粘法等是高岭土加工的几种常用的方法。采用磨剥的加工方法会增加高岭石的粘度。这主要是由于高岭石被磨剥后,增加了颗粒的径/厚比值,进而增加了高岭石的粘度。采用煅烧的加工方法,也会影响高岭土的粘度。有研究指出高岭土的机械降粘法,在制浆时将高岭土固定水的性能加以改善,此方法工艺简单易操作,成本较低,是一种有效的高岭土降粘方法。这种工艺将成为我国造纸涂料的高岭土加工、生产的新途径。

5 其他影响因素

除了上述的四种主要的因素影响着高岭土粘度的构成外,高岭石的粒度、矿物组成、pH值、分散剂等均会影响着高岭土粘度的构成。

首先,高岭石的粒度。高岭石颗粒大小、颗粒分布不同,高岭土的粘度也就不同。通常,粒径越小,粘度也越高;粒径适中,颗粒分布均匀,高岭土的粘度就相对较低。超细颗粒过多、颗粒分布不集中,是导致高岭土粘度过高的重要原因。

其次,矿物组成。开采的高岭土中不但含有高岭石,还含有褐铁矿、黄铁矿、明矾石、云母类矿物、石英、蒙脱石等其他矿物。这些矿物杂质就显著影响高岭土的粘度。例如,涂料级高岭土中如果含有蒙脱石的话,高岭土的粘度就会显著降低。

第三,pH值。在矿浆中,高岭土颗粒表面基本上都是带负电荷,pH值将会影响高岭土的总电位与ζ电位,进而影响其絮凝与分散行为。在大多数情况下,较低的pH值时,高岭石端面带负电荷,表面带正电荷,成“工”字型,高岭土的粘度较高;较高的pH值时,高岭石表明带负电荷,高岭土的粘度较低。所以,高岭土应当保持适当的pH值,进而确保粘度适宜。

第四,分散剂。分散剂的用量和种类均会影响高岭土粘度。添加分散剂能够改善高岭石表面电荷,促使高岭石颗粒表面形成吸附层,各个粒子间保持适当的距离,防止再凝聚。一般,经常用到的分散剂有聚丙稀酸钠(DC)-854、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠(STPP）等。不同的高岭石分散剂有着不同的分散效果,降低粘度的程度也各不相同。分散剂的用量和种类是影响高岭土粘度的外部因素,在使用前应当根据实际情况确定分散剂的用量和种类。

6 结语

近年来,高岭土应用越来越广泛,随着各个行业对高岭土质量要求的不断提高,分析高岭土粘度的构成影响因素,为高岭土粘度改进提供科学的依据,显得格外重要。高岭石族矿物是高岭土的主要构成成分,高岭石结构单元层是由铝氧八面体片与硅氧四面体片组成。高岭石的形态、晶体结构、加工方法、粒度等是影响高岭土粘度的重要因素。此外,高岭土的地质成因、矿物组成、pH值、分散剂等也是影响高岭土粘度的重要因素。影响高岭土粘度的这些影响因素不是互相独立的,而是相互联系的,这些影响因素之间存在着交互作用,共同影响着高岭土的粘度。

参考文献

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