物理化学性质及工艺性能

1.白度和亮度

白度分为自然白度和煅烧白度:自然白度是指105℃烘干后的白度，有机质、Fe、Ti、Mn的氧化物是影响白度的主要因素。煅烧白度是指经1300℃煅烧后的白度，Fe、Ti、Mn的氧化物是影响白度的主要因素。白度用白度计测定，白度计是测量试样对457nm单色光反射率的装置，在白度计中，将测试样与MgO标准样的反射率进行对比，即白度值，白度90即相当于标准样反射率的90%。

亮度是与白度类似的工艺性质，相当于457nm波长光照射下的白度。

2.自然粒度

指天然高岭土在水中分散后，颗粒在给定的连续的不同粒级范围内各粒径所占的比例(以百分含量表示)。粒度分布特征对矿石可选性及工业应用(可塑性、黏结性、成型性)具有重要的意义。

3.可塑性

高岭土与水结合为泥料后，在外力作用下能够变形，外力除去后，仍能保持这种变形的性质，即为可塑性。通常用塑性指数和可塑性指标来表示可塑性大小。可塑性是高岭土在陶瓷坯体中成型工艺的基础，也是主要的工艺技术指标。塑性指数(Ip)是指高岭土泥料的液限含水率(液限)减去塑限含水率(塑限)，即Ip=(W液限－W塑限)。可塑性指标代表高岭土泥料的成型性能，用可塑仪直接测定泥球受压破碎时的荷重及变形大小可得，以kg·cm表示，往往可塑性指标越高，其成型性能越好。高岭土的可塑性可分为四级，见表7－1。

表7－1 高岭土可塑性等级

4.结合性

指高岭土与非塑性原料结合形成可塑性泥团，并且具有一定干燥强度的性能。加入标准石英砂(0.15～0.25mm粒级占70%，0.15～0.09mm粒级占30%)以其仍能保持可塑性泥团时的最高含砂量及干燥后的抗折强度来判断其结合性的高低。或加入的砂量越多，结合能力则越强。一般情况下，可塑性强的高岭土结合能力也强。

5.黏度

流体内部由于内摩擦力作用而阻碍其相对流动的一种特性，以黏度表示大小(作用于单位面积上的内摩擦力)，单位Pa·s(帕斯卡·秒)。黏度的测定，一般采用旋转黏度计。在生产工艺中，黏度具有重要意义，它不仅是陶瓷工业的重要参数，对造纸工业影响也很大。高岭土做纸张涂布料，在低速涂布时要求黏度约0.5Pa·s，高速涂布时要求小于1.5Pa·s。

6.分散性和悬浮性

分散性和悬浮性指高岭土分散于水中难于沉淀的性能，又称反絮凝性。一般粒度越细小，悬浮性就越好。用于搪瓷工业的高岭土要求有良好的悬浮性。一般据分散于水中的样品经一定时间的沉降速度来确定其悬浮性能的好坏。

7.触变性

触变性指已稠化成凝胶状不再流动的泥浆，受外力后变为流体，静止后又逐渐稠化成原状(凝胶状)的特性，用流出黏度计测定，用厚化系数表示。触变性与泥浆中矿物成分、粒度及阳离子类型有关。一般情况下，蒙脱石含量多的，颗粒细的，交换性阳离子以钠为主的，其黏度和厚化系数高。因此工艺上常用添加可塑性强的粘土，或提高细度等方法提高其黏性和触变性，用增加稀释电解质和水分等方法降低之。

8.吸附性及离子交换性

高岭土的吸附性能、离子交换性能比其他粘土弱，这是由于结构单元层内部已经达到完全的电性中和状态，能够吸附阳离子的位置，仅限于颗粒周际或裂隙中，因此，吸附量小，离子交换能力差，一般为3～5mmol/100g。而膨润土一般大于50mmol/100g。

9.干燥性能

指高岭土泥料在干燥过程中的性能，包括:干燥收缩、干燥强度和干燥灵敏度。

干燥收缩是指高岭土泥料在2容易形成缺陷;K1000℃)时，物质能自发地充填粒间空隙而形成致密坚硬的块体的性能。气孔率下降到最低值，密度达到最大值的状态，称为烧结状态，相应的温度称为烧结温度。继续加热时，试样中的液相不断增加，试样开始变形，此时温度即称转化温度。烧结温度与转化温度的间隔称烧结范围。烧结温度和烧结范围在陶瓷工业中是决定坯料配方、选择窑炉类型的重要参数。试料以烧结温度低、烧结范围宽(100～150℃)为宜，工艺上可以用掺配助熔原料及将不同类型的高岭土按比例掺配的方法控制烧结温度及烧结范围。

烧成收缩是指已干燥的高岭土坯料在烧成过程中，由于发生一系列物理化学变化，而导致制品收缩的性能。分为线收缩和体收缩两种。脱水、分解、物相变化、易熔物熔化生成玻璃相充填于质点间的空隙，从而引起坯体收缩或膨胀。同干燥收缩一样，烧成收缩太大，容易导致坯体开裂。另外，焙烧时，坯料中若混有大量的石英，它将发生晶型转化(三方→六方)，引起体积膨胀，也会产生反收缩。

11.耐火性

指高岭土抵抗高温不熔化的能力，用耐火度表示。可用标准锥测定。试样与某一标准锥同时弯倒的温度即为该试样的耐火度。也用经验公式计算:

耐火度t(℃)=［360+Al2O3－R2O］/0.228

式中:Al2O3———SiO2和Al2O3分析结果之和为100时，其中Al2O3所占的质量百分比;

R2O———SiO2和Al2O3分析结果之和为100时，其他氧化物所占的质量百分比。

通过此公式计算耐火度的误差在50℃以内。

耐火度与高岭土的化学组成有关，Al2O3含量高，耐火度高，RO含量高，耐火度低。纯的高岭土的耐火度一般在1700℃左右，当水云母、长石含量多，钾、钠、铁含量越高时，耐火度越低，高岭土的耐火度最低不小于1500℃。工业部门规定耐火材料的R2O含量小于1.5%～2%，Fe2O3小于3%。

12.可选性

指高岭土矿石经手选、机选及机械加工、化学处理，以除去有害杂质，使质量能达到工业要求的难易性。高岭土的可选性取决于有害杂质的矿物成分、赋存状态、颗粒大小等。石英、长石、云母、含Fe、Ti、Mn矿物均为有害杂质。高岭土选矿主要包括除砂、除铁、除硫等项目。

13.化学稳定性

高岭土耐酸不耐碱，可用作合成分子筛的原料。

14.电绝缘性

优质高岭土具有良好的电绝缘性，利用这一性质可用其制作高频瓷、无线电瓷。电绝缘性能的高低可以用它的抗电击穿能力来衡量。

膨润土(Bentonite)

按译音、成因及用途又称斑脱岩、膨土岩等。是以蒙脱石(也称微晶高岭石、胶岭石)为主要矿物成分的粘土岩石—蒙脱石粘土岩,常含少量伊利石、高岭石及沸石、长石、方解石等。

蒙脱石：

蒙脱石为少量碱及碱土金属的含水铝硅酸盐矿物。其化学式为Nax(H2O)4{(Al2～xMg0.33)[Si4O10](OH)2}。

膨润土和蒙脱石的关系：

膨润土是以蒙脱石为主要成分的一类层状硅酸盐粘土矿。1972年在西班牙马德里举行的国际粘土会议(AIPEA)上,提出了膨润土的广泛含义,认为“膨润土是以蒙脱石矿物为主要组分的岩石,是蒙脱石矿物达到可利用含量的粘土或粘土岩”。膨润土的各种性能,主要是由其含有的蒙脱石的特性而产生,因此在许多文献中蒙脱石与膨润土在概念上的区别没有严格区分开来,常常将不同纯度膨润土都称为蒙脱石或蒙脱石原土。

为了区分膨润土，工业用蒙脱石又追加定义，在膨润土原矿中，当硅蒙脱石的含量80%以上时，才称作为蒙脱石。膨润土矿经过提纯处理后可得到高纯度的蒙脱石。

但是膨润土中也含有大量的杂质，大约在5-10%左右，方英石（一种致癌物质）的含量大约在20%以上，重金属超标等一些问题存在。

广义上讲的蒙脱石实际上也是一种膨润土，只是蒙脱石本命体的含量在80%以上，而且作了除杂、提纯处理。

高岭土是一种主要以高岭石为主要成分的黏土矿物，也是一种含水硅铝酸盐矿物，主要呈白色软泥状，颗粒细腻，状似面粉。其化学成分相当稳定，被誉为“万能石”。为制造瓷器和陶器的主要原料。

蒙脱石和高岭石的区别在于空间结构：高岭石是一种含水的铝硅酸盐，为三斜晶系，结构层间没有阳离子或水分子存在，强氢键（O-OH=0.289nm）加强了结构层之间的连结。而蒙脱石又名微晶高岭石，是一种层状结构、片状结晶的硅酸盐粘土矿，为单斜晶系，结构层间有阳离子或水分子存在。

膨润土的性能和应用领域：

膨润土的主要矿物成分是蒙脱石，含量在85%～90%，另含少量长石、石英、贝得石、方解石及火山玻璃。可呈白色、含杂质时呈淡绿、灰白、粉红等色。可以成致密块状，也可为松散的土状，用手指搓磨时有滑感,小块体加水后体积胀大数倍至数十倍，在水中呈悬浮状，水少时呈糊状。

膨润土有很强的阳离子交换性能，可用于除去食油的毒素、汽油和煤油的净化及废水处理；由于有很好的吸水膨胀性能以及分散、悬浮和造浆性，可用于钻井泥浆、阻燃(悬浮灭火)，可在造纸工业中做填料，以及优化涂料的性能，如附着力、遮盖力、耐水性、耐洗刷性等；由于有很好的粘结力，还可代替淀粉用于纺织工业中的纱线上浆，既节粮，又不起毛，浆后还不发出异味。

据不完全统计，中国目前膨润土产品年产销量约270万吨，其中用于铸造型砂100～110万吨，用于钻井泥浆70万吨，用于冶金球团45万吨，用于油脂脱色（活性白土）20万吨，用于其他20～30万吨。

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