硬质高岭土不同煅烧温度后性能探讨

摘要：本文依据淮北硬质硬质高岭土的特性，系统研究了硬质高岭土在不同煅烧温度后产品的物化性能及其应用领域。
关键词：硬质高岭土；煅烧温度；物化性能

1 前言
高岭土是一种硅铝系无机非金属材料，被广泛应用很多领域，俗称“万能土”，长期以来，我国主要开发利用的是软质和砂质的白色高岭土，随着市场需求的扩大和应用领域的深入，人们不得不转向开发硬质硬质高岭土资源。硬质高岭土是我国特有的非金属矿物资源，其中淮北矿区硬质高岭土资源丰富，分布面积很广，远景储量约4.8亿吨。淮北硬质高岭土煅烧后的产品以其散射力强、油墨吸附性能好、活性和白度高、电绝缘性能和热稳定性能好、孔隙率和遮盖率高、容重小等优点而在精密铸造、造纸、陶瓷、莫来石制品、高档耐火材料等行业上广泛应用。
煅烧是用硬质高岭土生深加工重要的工序，在煅烧过程中，随着煅烧温度的升高，高岭土的结构、物相及元素的活性发生一系列的变化，从而影响到煅烧高岭土的各项物化性能，也影响到煅烧高岭土的应用领域。

2 淮北硬质高岭土物化特性与煅烧机理
2.1 淮北硬质高岭土物化特性
淮北高岭土矿体稳定，矿石纯度高，主要成分波动较小；钾钠含量低，耐火度高；矿石浅灰-灰黑色，凝胶致密块状，质硬性脆，结晶度高，为有序高岭石，不易风化裂解，高温煅烧后有一定量的方石英相产生、高温烧结后形成单晶相物质等特性。
2.2 硬质高岭土煅烧机理
硬质高岭土煅烧温度接近500℃时，结构水逸出，到650℃左右完成脱羟，这时水合铝硅酸盐变成主要由氧化铝和氧化硅组成的煅烧陶土或偏高岭土。若温度继续上升，偏高岭土经过硅铝尖晶石相，最终产物是莫来石和无定形SiO2，整个反应方程式如下：
Al2O3•2SiO2•2H2O→Al2O3•2SiO2+2H2O      (550～700℃)
                        偏高岭石
2(Al2O3•2SiO2)→2Al2O3•3SiO2+SiO2          (925℃)
                            硅尖晶石
2Al2O3•3SiO2→2(Al2O3•SiO2)+SiO2           (1100℃)
                       似莫来石
3(Al2O3•SiO2)→3Al2O3•2SiO2+SiO2           (1400℃)
                  莫来石      方石英
3Al2O3•2SiO2+SiO2→3Al2O3•2SiO2+ SiO2     （大于1450℃）
                       （单晶相）莫来石  玻璃相

3 不同温度煅烧硬质高岭土的性能
硬质高岭土在煅烧过程中，随着煅烧温度的升高，其结构、物相及元素的活性发生一系列的变化，从而影响到煅烧高岭土的各项物化性能，也影响到煅烧高岭土的应用领域。下面就以淮北矿区硬质高岭土的几种煅烧产品为例，对此现象进行分析和研究。
3.1 低温焙烧
    采用硬质高岭土为主要原料，通过湿法提纯、高压旋流、磨剥、煅烧、解聚等生产工艺加工，煅烧温度在850～970℃。煅烧产品物化性能如表1所示。
表1：



由于产品具有附着力强、白度高、遮盖力强、与聚合物相溶性能良好、产品粒度分布窄、浆料悬浮性好等特点，可适用于工业填料、工业涂料、延展剂，尤其适用于涂布工艺，可提高纸张的光泽度、不透明度等，提高与各种助剂的相溶性能，可高比例取代二氧化钛等高成本的填充涂布颜料。

3.2 较高温煅烧
3.2.1 采用硬质高岭土颗粒料，煅烧温度在1250℃～1300℃，其物化性能如表2所示。
表2：

煅烧成品的物相经XRD分析，如图1所示，以莫来石为主，含量60%左右；其次为方石英，含量10～20%；其余为玻璃相。
图1：


物料煅烧后白度由30-35提升到60以上，莫来石相达到50-60%，接近理论值，而且钾钠等杂质较少，因此耐火度较高，产品质密耐磨、含铁少、膨胀系数小，热化学稳定性好，以其制备型壳，不变形，不易缩尺、溃散性好、成品率高。尤其适用于碳素钢、不锈钢、耐热钢等复杂精密铸件，也适用于铝合金、钛合金熔模铸造、耐火材料和军工等行业。
3.3 高温煅烧
在实验室条件下，采用淮北矿区硬质高岭土为原料，经1500℃及更高温度煅烧后，进行XRD分析（如图3所示），经1500、1520、1530℃煅烧后，得到了物相组成为莫来石和方石英的产品。经1540℃煅烧后，还有少量方石英。经1550℃煅烧后，得到唯一晶相为莫来石的产品。
图3：

由于随着温度变化方石英体积变化较大，致使物料体积膨胀系数大、热震性能差，而物料经过1500℃高温煅烧后，方石英相消失，物料膨胀系数大幅度降低，热震性能较好，因此尤其适合在窑具、合成堇青石、高档精铸型壳、合成轻质莫来石等行业作为高档耐火材料应用。

4  结语
4.1 硬质高岭土经过不同温度煅烧及工艺加工后，产品的物化性能存在较大的差异，低温焙烧出的物料，白度高、遮盖力强、与聚合物相溶性能良好、浆料悬浮性好，尤其适合在造纸行业应用；较高温度煅烧出的物料，质地密、硬度高、膨胀系数小、耐磨性能好、耐火度高，适合在冶金、建材、熔模铸造、耐火材料等行业应用；高温煅烧出的物料，膨胀系数小、热震性能较好，尤其适合在窑具、高档精铸型壳等行业作为高档耐火材料应用。
4.2 硬质高岭土的开发利用仅有十多年的历程，是新兴产业，国内硬质高岭土由于各地赋存的条件和原矿性能等差异较大，因此，开发、深加工利用硬质高岭土必须依据当地的资源特性，采用不同的煅烧等深加工工艺，来适应不同行业的特殊需求。