高嶺土粘度的構成影響因素分析

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,就應深入分析影響高嶺土粘度的因素。通常,高嶺石粘度的構成影響因素主要包括高嶺土的地質成因、高嶺石形態、高嶺石晶體結構、高嶺土加工方法、高嶺石的粒度、礦物組成、pH值、分散劑等。

關鍵詞:高嶺土粘度影響因素

中圖分類號:TD985 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(c)-0003-01

高嶺土具有特殊的物理和化學性能,是具有較高價值的非金屬粘土礦產資源,廣泛用于耐火材料、陶瓷、塑料、造紙等行業,在國民經濟中發揮著重要的作用。然而,我國高嶺土的粘度特征卻相對較差,難以滿足工業生產的標準,優質高嶺土供不應求,限制了高嶺土的有效利用,不利于實現最大的經濟效益。因此,分析高嶺土粘度的構成影響因素,并采取針對性的控制策略,具有十分重要的意義。

1 高嶺土的地質成因

按照高嶺土的地質成因,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化型高嶺土。次生高嶺土是由原生高嶺土搬運、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。地質高嶺土通常也可以分成軟粗質白堊高嶺土和硬細質顆粒三層高嶺土兩大類。高嶺土在大多數情況下都會具備這兩類高嶺土的部分物理性能和化學性能。

2 高嶺石形態

高嶺石的形態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比。可以看出,美國高嶺土為假六邊形狀,邊緣較為規整;而湛江高嶺土呈現管狀。這樣的形態差異,是導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,高嶺石的寬厚比值也影響著高嶺土的粘度。相關研究表明,高嶺土的寬厚比值越大,高嶺土的粘度也就越大。導致這種現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,剪切力下顆粒旋轉半徑也就越大,從而使得粘度也越大。

3 高嶺石晶體結構

因為不同的高嶺石形成的地質條件、地質成因、地質年代各不相同,所以不同的高嶺石有著不同的晶體結構有序度。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。高嶺石晶體結構的有序度不同,其粘度也不同。通常X射線衍射法是高嶺石晶體結構有序度判斷的重要方法,利用Hinckley指數計算高嶺石的結晶度指數。一般情況下,高嶺石結晶度指數大于0.9時,高嶺石晶體結構就是有序的。而大量的事實證明,高嶺石晶體結構有序度較高,其粘度通常較低;而高嶺石晶體結構有序度較低,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,進而增加了高嶺石的粘度。采用煅燒的加工方法,也會影響高嶺土的粘度。有研究指出高嶺土的機械降粘法,在制漿時將高嶺土固定水的性能加以改善,此方法工藝簡單易操作,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成外,高嶺石的粒度、礦物組成、pH值、分散劑等均會影響著高嶺土粘度的構成。

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較低。超細顆粒過多、顆粒分布不集中,是導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。這些礦物雜質就顯著影響高嶺土的粘度。例如,涂料級高嶺土中如果含有蒙脫石的話,高嶺土的粘度就會顯著降低。

第三,pH值。在礦漿中,高嶺土顆粒表面基本上都是帶負電荷,pH值將會影響高嶺土的總電位與ζ電位,進而影響其絮凝與分散行為。在大多數情況下,較低的pH值時,高嶺石端面帶負電荷,表面帶正電荷,成“工”字型,高嶺土的粘度較高;較高的pH值時,高嶺石表明帶負電荷,高嶺土的粘度較低。所以,高嶺土應當保持適當的pH值,進而確保粘度適宜。

第四,分散劑。分散劑的用量和種類均會影響高嶺土粘度。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,各個粒子間保持適當的距離,防止再凝聚。一般,經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,在使用前應當根據實際情況確定分散劑的用量和種類。

6 結語

近年來,高嶺土應用越來越廣泛,隨著各個行業對高嶺土質量要求的不斷提高,分析高嶺土粘度的構成影響因素,為高嶺土粘度改進提供科學的依據,顯得格外重要。高嶺石族礦物是高嶺土的主要構成成分,高嶺石結構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、晶體結構、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立的,而是相互聯系的,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。

參考文獻

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