煤系高岭土主要应用领域及研究进展

技术知识

2023-01-11

煤系高岭土作为含煤沉积岩层的共伴生矿物，一般呈灰色或黑色，其高岭石含量通常可达到70%，多为块状结构或蠕虫状晶体隐晶质结构，结晶有序度高，这种高岭土与煤层具有一定的成因关系，一般厚度可达0.3～0.5m。

高岭土

煤系高岭土通过煅烧、脱碳除杂、超细粉碎和表面改性等加工，可广泛应用于造纸、涂料、橡胶、塑料、白炭黑等领域。

1、造纸工业

相较于钛白粉，煅烧高岭土无论是油墨吸收性、遮盖率以及价格都更具优势，完全可以代替昂贵的钛白粉，尤其适合高速刮刀涂布机使用。

孙涛等通过研究比表面积与吸油性能发现，煅烧温度低于800℃时高岭土平均孔径较小，比表面积较大，煅烧温度高于800℃后高岭土微孔开始发生闭塞，平均孔径增大，导致比表面积下降，影响了煅烧高岭土的吸油性，其吸油性在750℃时最优，吸油性能的提高可大大加快高岭土在高档涂布纸中的应用。

2、涂料工业

高岭土也是涂料工业的一种添加剂，它通过降低涂料的粘稠度、减慢沉降速度、提高流平和附着性能来体现。高岭土可以改善涂料贮存稳定性、涂层的抗浮色和发花性等。涂料在性能和耐久性等方面有着很多严格的要求，而作为添加剂的高岭土恰好可以满足这些要求。

现在愈发重要的环境问题，让涂料工业开始寻找替代品，出现了许多新型涂料，如粉末涂料、水性涂料、高固涂料和辐射涂料都使得高岭土的需求持续增加。

3、农用塑料薄膜

高岭土作为塑料添加剂已有很长历史。7～25µm向外辐射的红外光占夜晚地球表面向大气层散发的热量的90%，而煤系煅烧高岭土对波长为7～25µm的红外光辐射有很好的阻隔效果。煅烧高岭土、滑石和母在塑料薄膜中使用，它们阻隔红外光的作用，能使塑料大棚的保温性提高[。

铁刚等人发现煅烧高岭土填加到农用塑料棚膜可大幅度提高红外光阻隔能力，从而提高棚膜保温性，添加3%煅烧煤系高岭土的0.1mm厚棚膜红外光阻隔率达到88%以上，这有效的提高了夜间棚内温度，促使农作物早发芽、早成熟，使得寒冷地区农作物的生长周期大大减少。

4、橡胶工业

橡胶制品中，为了确保制品性能优越和胶料质地均匀，必须提高胶料中的各种配合剂分散程度。改性煅烧高岭土容易被胶料湿润，且吃粉较快，能起到补强的效果，改善生产工艺和产品的力学性能等，与胶料的表面极性正好相近。

李汉弘等人在研究川南高岭石型铁尾矿大宗量高效利用技术研发中发现煅烧高岭土经粉磨（d≈2µm），硅烷偶联剂改性（用量为煅烧高岭土质量的1.5%）后所得的表面改性高岭土，可作EPDM橡胶（三元乙丙橡胶）的填充剂。

普通的改性煅烧高岭土也能起到不低于半补强的效果，物质分散与交联程度，提高加工性能等有利于在橡胶中应用的性质。同时可增大它的填充量，这将利于煅烧高岭土的应用性和降低成本。

5、水玻璃及白炭黑

在用煤系高岭土为原料生产硫酸铝、氯化铝等铝盐过程中，会产生大量以化学成分SiO2为主的残渣，用烧碱溶解酸浸后的残渣，再过滤残渣，除去不溶于碱的物质，就制得了硅酸钠溶液。白炭黑由加入电解质的硅酸钠溶液，采用稀硫酸或盐酸处理得到的沉淀物，经过滤、洗涤、干燥等一系列操作制得。

冯臻按1∶3.5的质量比，将在500℃中煅烧45min高岭土与(NH4)2SO4反应后，所含的铝形成硫酸铝铵，再使用5%的H2SO4处理所得的硫酸铝铵沉淀物等杂质，最后经过过滤干燥操作得到白炭黑。

用煤系高岭土制备白炭黑是一种环境友好型和经济型的方法，但仍存在以下问题：不同煤系废弃物的活化条件和性能的控制；为了降低白炭黑品质的影响，如何高效地除去原料中的Al、Fe元素； Si元素提取的同时，含Al废液在开发新型产品方面的应用；如何进一步的将工艺流程简化，降低能耗，进一步提高白炭黑的品质等。

6、固体聚合氯化铝

传统聚合氯化铝由铝灰、金属铝和氢氧化铝制备而成。因铝灰含有重金属有毒杂质、金属铝和氢氧化铝原料来源有限，聚合氯化铝的制备受到了限制。煤系高岭土生产聚合氯化铝可提高产品质量，降低成本，对环境有益，具有良好的效益。

崔莉将煤系高岭土一次粉磨至0～8mm后进行焙烧，使其脱水脱碳，形成无数的微孔，从而具有很大的表面活性，提高浸出率和溶出强度。焙烧后需再次粉磨，采用20%浓度的盐酸进行酸浸制取聚合氯化铝，在反应釜中加入配制的溶液并启动搅拌，按比例加入熟料高岭土，通入蒸汽加热升温，浸出1～1.5h后加入调解剂调节pH值和浓度，调节后放出反应料液沉淀，除去杂质，将其干燥成固体产品。此生产工艺流程短，产品质量高，同时能降低成本，提高了资源利用率，达到变废为宝。