高岭土的综合利用现状及工艺进展

刁润丽++王艳晓

摘 要：高岭土是一种重要的非金属矿产资源，具有很多优良的性能。纯净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、高的粘结性、优良的电绝缘性和耐火性等物理化学性质，用途非常广泛。简述了高岭土在造纸、陶瓷、耐火材料和涂料等行业的综合利用现状，论述了高岭土的工艺进展，并对其发展前景进行了展望。

关健词：高岭土；综合利用；工艺进展

1 引言

我国是世界上最早发现和利用高岭土的国家，我国高岭土类型齐全、储量丰富，矿床可分为五种：热液蚀变型、风化残余型、风化淋积型、河湖海湾沉积型和含煤建造沉积型[1～2]。目前，我国对高岭土的研究以对其性质的深层次认识为主，并不断拓宽其在更多领域中的应用。从80年代开始，我国高岭土产品由粗加工向精加工、由普通产品向新科技产品发展，应用领域也在不断拓宽。

2 高岭土的性质

高岭土是一种非常重要的黏土矿物，因最早发现于江西景德镇高岭村而得名。高岭土类矿物的主要矿物成分是高岭石，它们主要由地开石、高岭石、埃洛石、珍珠石等高岭石簇矿物组成[3]。纯净的高岭土呈白色或浅灰色，含杂质时则带有灰、黄、褐等色。原矿呈松散的土块状或致密岩块状。高岭土的密度为2.54 ～ 2.60 g/cm3，熔点约1785℃，具有良好的可塑性、耐火性和化学稳定性等特点[4-6]。

高岭土的晶体化学式为2SiO2·Al2O3·2H2O，其理论化学组成为SiO2含量46.54%，Al2O3含量39.5%，H2O含量13.96%。除此以外，还含有少量的CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2、MnO2、Fe2O3、P2O5等氧化物。高岭土中高岭石所占的比例越高，表明其化学组成越接近高岭石的理论成分[7]。

3 高岭土的综合利用现状

3.1 造纸工业

高岭土在造纸工业中的用量远超其他行业。高岭石粘土的粒度小，剥离后具有良好的鳞片和片状形态，片径与厚度比例大，化学性质稳定，所以被用作造纸填料和纸张涂层以提高纸张的光泽度、充填纸张纤维之间的空隙、提高不透明度等。用作填料，在改善纸张性能的同时还可以降低成本；用作涂布料，则可以改善纸张对油墨的渗透性、包容性以及纸张的外观。在造纸中对高岭石的主要要求是粒度及杂质含量，要求粒度小于2 μm，白度大于86%。

3.2 陶瓷工业

高岭土在陶瓷工业中应用的时间早，量也大，通常可以占到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，从而提高陶瓷的烧结强度和稳定性[8]。烧成陶瓷时，高岭土分解莫来石是形成坯体框架的过程，此过程使陶瓷坯体不容易走样变性，同时使烧成温度范围变宽，并且提高陶瓷的白度。同时，高岭土自身具有的可塑性、粘结性、悬浮性、结合性等特性，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。

3.3 耐火材料工业

高岭土具有良好的耐火性，常用来生产耐火材料，其制品能在高温下承受负荷而不变形。以高岭石为主要成分的高岭土，以及膨润土和铝土矿等，据其耐高温的用途，统称为耐火粘土。某些带色的高岭土，不能用于陶瓷和造纸，却是耐火材料的好原料。高岭土用作耐火材料制品主要有两类：耐火砖、硅铝棉。前者耐火度不低于1730℃，可据需要制成各种尺寸与形状的耐火砖。后者是一种轻质耐火保温材料，是高岭土在1000 ～ 1100℃焙烧，再用2000℃电弧炉将矿石熔融，在高速气流下吹制成棉。

3.4 涂料工业

高岭土由于其色白、价廉、流动性好、化学性质稳定、表面阳离子交换量大，很早就被用作涂料和油漆的填料。高岭土可以用于改善涂料的涂刷性、涂料体系储存稳定性、涂层的抗吸潮性及抗冲击性等机械性能、颜料的抗浮色和发花性等[9]。随着生产的发展，对涂料的性能和耐久性等方面的要求日益严格，如要求制备低VOC、高固体涂料、更薄和无疵平滑、光亮的涂膜，此时，需要采用高岭土作添加剂。高岭土几乎可以适应所有的涂料体系，从底漆到面漆，所有的固体成分、涂膜的厚度以及光泽。

3.5橡胶工业

高岭土填充到橡胶的胶体混合物中，可以增强橡胶的化学稳定性、耐磨性和机械强度，延长硬化时间，还可以改善橡胶的流变性、混炼性、硫化性，提高未硫化制品的粘稠度，防止其凹陷、塌软、下垂、变形、扁管等。高岭土橡胶制品的防水性、通透性、防火抗燃性、化学活性等特性也得到了极大的改善。同时，高岭土在橡胶中还可以作为填料，在不影响橡胶性能的同时可以大幅降低成本。

3.6 电缆工业

生产高绝缘性能电缆需要超量加入电性能改良剂。高岭土作为惟一能制成电性能改良剂的产品，前景自然看好。在要求电绝缘性能较高的塑料电缆及绝缘材料中，需添加改性煅烧高岭土。高岭土经适当温度煅烧后有极高的电阻率，不同煅烧温度的高岭土空隙率不一样，空隙对电缆材料中一些较活泼的有害成份有一定的吸附作用，能提高电缆绝缘性；煅烧高岭土再经表面改性，可以提高其在高分子材料中的分散性，增强制品的性能，可在有机高分子材料-改性剂-煅烧高岭土之间产生良好的结合界面，使煅烧高岭土在电缆中能均匀分散，起到更好的桥梁作用[10]。

3.7 化妆品、医药行业

高岭土在化妆品中可作为添加剂，能够增强吸油和吸水性，增强化妆品和皮肤的亲着力，以改善润肤机能[11]。高岭土在医药领域，可用作载体和药剂成片的助剂。目前，此方面高岭土的用量还很小，有待今后更进一步研究。

4 高岭土的工艺进展

4.1 高岭石有机插层材料

插层法一般是由有机物分子或层状聚合物插入层状无机物中制备出插层复合材料。由此法制得的复合材料，其力学性能得到改善，同时还获得了其它新的功能特性。

高岭土在结构上是具有特殊层状的含水铝硅酸黏土矿物，它的主要矿物组成为八面体层状硅酸盐，层间以氢键结合，不含可交换阳离子；层与层之间具有较强的结合力，很难与有机化合物發生插层反应[12]。但是一些强极性的有机小分子，可以直接插入到高岭石层间，其它有机分子利用有机小分子与高岭石也可形成夹层复合物作为前驱体，用取代置换法插入到高岭石层间生成插层材料。

4.2催化裂化催化剂

在石油化工方面，随着世界原油的重质化和劣质化，在催化裂化过程中， 掺炼重油、渣油已成为炼油厂普遍采用的加工方式。由于重油中含较多的胶质、沥青质和重金屬，这就要求催化剂具有较高的基质活性、较强的抗重金属污染能力、较好的催化活性和选择性。在催化剂中，高岭土一直只作为惰性载体，不参与裂化反应。现阶段的研究发现高岭土经过改性可具有一定的孔结构和裂化性能，可增强基质活性，使重油分子在基质上面得到初步裂解。

FCC催化剂中，高岭土充当一定量的基质可以使催化剂更加稳定，并确保负载活性部分与重油分子的预裂化。高岭土具有较高的酸催化活性和水热稳定性，同时其表面的弱酸性对重油分子产生很强的裂化作用。加之高岭土品质优良、价格低廉，使其在 FCC 催化剂的研究开发过程中受到青睐。

4.3 制备纳米材料

纳米材料由于尺寸特殊而具有许多奇特性能，如能屏蔽紫外线、电磁波，用于军事、通信、电脑等行业；在饮水机、冰箱生产过程中添加纳米黏土，具有抗菌、消毒作用；在陶瓷制作中添加纳米黏土，使陶瓷强度提高50倍，可用来制造发动机零件[13]。添加纳米材料的塑料，密度低、耐热性好、强度高，特别是耐磨性有大幅度提高，且具有阻燃自熄灭性，可以用来制作管材、汽车机械零件、啤酒和肉类制品包装材料等。未来，由高岭土是否可以开发出功能更多，性能更优的纳米材料，是尤其值得关注的课题。

4.4 合成沸石分子筛

高岭土的主要化学成分是硅和铝，可作为硅铝源，用于合成沸石分子筛的过程。其中，高岭土微球原位晶化后可用作催化剂，并进一步制成具有特殊性能的Y 型沸石。利用高岭土合成的沸石分子筛，包括催化剂在内，比凝胶法更有优势。其合成的沸石颗粒大小、活性、抗重金属性、水热稳定性等特性均得到很大的改善。同时高岭土价廉易得、合成过程成本低，使其在学术研究和工业生产上都受到人们的广泛关注。

5 展望

高岭土工业是非金属矿的一个重要细分行业，应在未来的发展过程逐步开发新产品，提高产品的档次和技术含量，从传统的应用领域向高科技、新技术、高效益领域转变。生产与资源和环境相适应的非金属矿产品，同时提高产品的质量，并与机械化学、机械电化学、超微细加工、界面化学、掺杂改性等过程的理论研究相结合，推动高岭土理论研究的更进一步发展。

参考文献

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