高嶺土粘度的構(gòu)成影響因素分析

陸云峰　何琴

摘要:粘度是影響高嶺土利用的重要因素之一,為了提高高嶺土的利用效率,就應(yīng)深入分析影響高嶺土粘度的因素。通常,高嶺石粘度的構(gòu)成影響因素主要包括高嶺土的地質(zhì)成因、高嶺石形態(tài)、高嶺石晶體結(jié)構(gòu)、高嶺土加工方法、高嶺石的粒度、礦物組成、pH值、分散劑等。

關(guān)鍵詞:高嶺土粘度影響因素

中圖分類號(hào):TD985 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)06(c)-0003-01

高嶺土具有特殊的物理和化學(xué)性能,是具有較高價(jià)值的非金屬粘土礦產(chǎn)資源,廣泛用于耐火材料、陶瓷、塑料、造紙等行業(yè),在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要的作用。然而,我國高嶺土的粘度特征卻相對(duì)較差,難以滿足工業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)質(zhì)高嶺土供不應(yīng)求,限制了高嶺土的有效利用,不利于實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益。因此,分析高嶺土粘度的構(gòu)成影響因素,并采取針對(duì)性的控制策略,具有十分重要的意義。

1 高嶺土的地質(zhì)成因

按照高嶺土的地質(zhì)成因,可以將高嶺土分為兩大類:原生高嶺土與次生高嶺土。原生高嶺土又可以分成熱液蝕變型高嶺土與風(fēng)化型高嶺土。次生高嶺土是由原生高嶺土搬運(yùn)、沉積形成的,是沉積型高嶺土。通常,原生高嶺的粘度比次生高嶺土的粘度要高。例如英國康沃爾高嶺土就是原生型高嶺土,美國佐治亞州高嶺土就是次生高嶺土,英國高嶺土的粘土就比美國高嶺土的粘度要高。地質(zhì)高嶺土通常也可以分成軟粗質(zhì)白堊高嶺土和硬細(xì)質(zhì)顆粒三層高嶺土兩大類。高嶺土在大多數(shù)情況下都會(huì)具備這兩類高嶺土的部分物理性能和化學(xué)性能。

2 高嶺石形態(tài)

高嶺石的形態(tài)在很大程度上影響著高嶺土的粘度。假六角片狀的高嶺土有著較低的粘度,管狀高嶺石有著較高的粘度。圖1是美國高嶺土和我國湛江高嶺土的掃描電鏡圖片的對(duì)比。可以看出,美國高嶺土為假六邊形狀,邊緣較為規(guī)整;而湛江高嶺土呈現(xiàn)管狀。這樣的形態(tài)差異,是導(dǎo)致美國高嶺土粘度小于湛江高嶺土粘度的重要原因之一。與此同時(shí),高嶺石的寬厚比值也影響著高嶺土的粘度。相關(guān)研究表明,高嶺土的寬厚比值越大,高嶺土的粘度也就越大。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因是在固含量不變的情況下,高嶺土的寬厚比值越大,剪切力下顆粒旋轉(zhuǎn)半徑也就越大,從而使得粘度也越大。

3 高嶺石晶體結(jié)構(gòu)

因?yàn)椴煌母邘X石形成的地質(zhì)條件、地質(zhì)成因、地質(zhì)年代各不相同,所以不同的高嶺石有著不同的晶體結(jié)構(gòu)有序度。部分高嶺石的晶體有序度較高,部分高嶺石的晶體有序度較低,部分高嶺石則無序。高嶺石晶體結(jié)構(gòu)的有序度不同,其粘度也不同。通常X射線衍射法是高嶺石晶體結(jié)構(gòu)有序度判斷的重要方法,利用Hinckley指數(shù)計(jì)算高嶺石的結(jié)晶度指數(shù)。一般情況下,高嶺石結(jié)晶度指數(shù)大于0.9時(shí),高嶺石晶體結(jié)構(gòu)就是有序的。而大量的事實(shí)證明,高嶺石晶體結(jié)構(gòu)有序度較高,其粘度通常較低;而高嶺石晶體結(jié)構(gòu)有序度較低,其粘度則較高。

4 高嶺土加工方法

不同的加工方法也是造成高嶺土粘度不同的重要原因之一。磨剝的加工法、煅燒的加工法、機(jī)械降粘法等是高嶺土加工的幾種常用的方法。采用磨剝的加工方法會(huì)增加高嶺石的粘度。這主要是由于高嶺石被磨剝后,增加了顆粒的徑/厚比值,進(jìn)而增加了高嶺石的粘度。采用煅燒的加工方法,也會(huì)影響高嶺土的粘度。有研究指出高嶺土的機(jī)械降粘法,在制漿時(shí)將高嶺土固定水的性能加以改善,此方法工藝簡(jiǎn)單易操作,成本較低,是一種有效的高嶺土降粘方法。這種工藝將成為我國造紙涂料的高嶺土加工、生產(chǎn)的新途徑。

5 其他影響因素

除了上述的四種主要的因素影響著高嶺土粘度的構(gòu)成外,高嶺石的粒度、礦物組成、pH值、分散劑等均會(huì)影響著高嶺土粘度的構(gòu)成。

首先,高嶺石的粒度。高嶺石顆粒大小、顆粒分布不同,高嶺土的粘度也就不同。通常,粒徑越小,粘度也越高;粒徑適中,顆粒分布均勻,高嶺土的粘度就相對(duì)較低。超細(xì)顆粒過多、顆粒分布不集中,是導(dǎo)致高嶺土粘度過高的重要原因。

其次,礦物組成。開采的高嶺土中不但含有高嶺石,還含有褐鐵礦、黃鐵礦、明礬石、云母類礦物、石英、蒙脫石等其他礦物。這些礦物雜質(zhì)就顯著影響高嶺土的粘度。例如,涂料級(jí)高嶺土中如果含有蒙脫石的話,高嶺土的粘度就會(huì)顯著降低。

第三,pH值。在礦漿中,高嶺土顆粒表面基本上都是帶負(fù)電荷,pH值將會(huì)影響高嶺土的總電位與ζ電位,進(jìn)而影響其絮凝與分散行為。在大多數(shù)情況下,較低的pH值時(shí),高嶺石端面帶負(fù)電荷,表面帶正電荷,成“工”字型,高嶺土的粘度較高;較高的pH值時(shí),高嶺石表明帶負(fù)電荷,高嶺土的粘度較低。所以,高嶺土應(yīng)當(dāng)保持適當(dāng)?shù)膒H值,進(jìn)而確保粘度適宜。

第四,分散劑。分散劑的用量和種類均會(huì)影響高嶺土粘度。添加分散劑能夠改善高嶺石表面電荷,促使高嶺石顆粒表面形成吸附層,各個(gè)粒子間保持適當(dāng)?shù)木嚯x,防止再凝聚。一般,經(jīng)常用到的分散劑有聚丙稀酸鈉(DC)-854、六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉(STPP）等。不同的高嶺石分散劑有著不同的分散效果,降低粘度的程度也各不相同。分散劑的用量和種類是影響高嶺土粘度的外部因素,在使用前應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況確定分散劑的用量和種類。

6 結(jié)語

近年來,高嶺土應(yīng)用越來越廣泛,隨著各個(gè)行業(yè)對(duì)高嶺土質(zhì)量要求的不斷提高,分析高嶺土粘度的構(gòu)成影響因素,為高嶺土粘度改進(jìn)提供科學(xué)的依據(jù),顯得格外重要。高嶺石族礦物是高嶺土的主要構(gòu)成成分,高嶺石結(jié)構(gòu)單元層是由鋁氧八面體片與硅氧四面體片組成。高嶺石的形態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)、加工方法、粒度等是影響高嶺土粘度的重要因素。此外,高嶺土的地質(zhì)成因、礦物組成、pH值、分散劑等也是影響高嶺土粘度的重要因素。影響高嶺土粘度的這些影響因素不是互相獨(dú)立的,而是相互聯(lián)系的,這些影響因素之間存在著交互作用,共同影響著高嶺土的粘度。

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