高嶺石的晶體化學(xué)式為2SiO2·Al2O3·2H2O,其理論化學(xué)組成為46.54%的SiO2,39.5%的Al2O3,13.96%的H2O。高嶺土類(lèi)礦物屬于1:1型層狀硅酸鹽,晶體主要由硅氧四面體和紹氫氧八面體組成,其中硅氧四面體以共用頂角的方式沿著二維方向連結(jié)形成六方排列的網(wǎng)格層,各個(gè)硅氧四面體未公用的尖頂氧均朝向一邊;由硅氧四面體層和招氧八面體層公用硅氧四面體層的尖頂氧組成了1:1型的單位層。
自然界中高嶺土所包含的礦物主要分為粘土礦物和非粘土礦物。其中粘土礦物主要包含高嶺石族礦物和少量的蒙脫石、云母和綠泥石;非粘土礦物主要包含長(zhǎng)石、石英和招的水化物,還有一些鐵礦物如赤鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦等、鈦礦物如金紅石等和有機(jī)質(zhì)如植物纖維等。決定高嶺土性能的主要是粘土礦物。
根據(jù)其質(zhì)地、可塑性和砂質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分為三種類(lèi)型:
1、硬質(zhì)高嶺土:質(zhì)硬,無(wú)可塑性,粉碎細(xì)磨后具可塑性。
2、軟質(zhì)高嶺土:質(zhì)軟,可塑性較強(qiáng),砂質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)<50%。
3、砂質(zhì)高嶺土:質(zhì)松軟,可塑性較弱,砂質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)>50%。
高嶺土白度分自然白度和煅燒后的白度。對(duì)陶瓷原料來(lái)說(shuō),煅燒后的白度更為重要,煅燒白度越高則質(zhì)量越好。陶瓷工藝規(guī)定烘干105℃為自然白度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),煅燒1300℃為煅燒白度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。白度可用白度計(jì)測(cè)定。白度計(jì)是測(cè)量對(duì)3800—7000?(即埃,1埃=0.1納米)波長(zhǎng)光的反射率的裝置。在白度計(jì)中,將待測(cè)樣與標(biāo)準(zhǔn)樣(如BaSO4、MgO等)的反射率進(jìn)行對(duì)比,即白度值(如白度90即表示相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)樣反射率的90%)。
粒度分布是指天然高嶺土中的顆粒,在給定的連續(xù)的不同粒級(jí)(以毫米或微米篩孔的網(wǎng)目表示)范圍內(nèi)所占的比例(以百分含量表示)。高嶺土的粒度分布特征對(duì)礦石的可選性及工藝應(yīng)用具有重要意義,其顆粒大小,對(duì)其可塑性、泥漿粘度、離子交換量、成型性能、干燥性能、燒成性能均有很大影響。高嶺土礦都需要進(jìn)行技術(shù)加工處理,是否易于加工到工藝所要求的細(xì)度,已成為評(píng)價(jià)礦石質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一。各工業(yè)部門(mén)對(duì)不同用途的高嶺土都有具體的粒度和細(xì)度要求。如美國(guó)對(duì)用作涂料的高嶺土要求小于2μm的含量占90—95%,造紙?zhí)盍闲∮?μm的占78—80%。
干燥收縮指高嶺土泥料在失水干燥后產(chǎn)生的收縮。高嶺土泥料一般在40—60℃至多不超過(guò)110℃溫度下就發(fā)生脫水而干燥,因水分排出,顆粒距離縮短,試樣的長(zhǎng)度和體積就要發(fā)生收縮。干燥收縮分線收縮和體收縮,以高嶺土泥料干燥至恒重后長(zhǎng)度及體積變化的百分?jǐn)?shù)表示。高嶺土的干燥線收縮一般在3—10%。粒度越細(xì),比表面積越大,可塑性越好,干燥收縮越大。同一類(lèi)型的高嶺土,因摻合水的不同,其收縮也不同,多者,收縮大。在陶瓷工藝中,干燥收縮過(guò)大,坯體容易發(fā)生變形或開(kāi)裂。
就高嶺土當(dāng)前加工方式而言,有機(jī)械粉碎和氣流粉碎兩種方式。而機(jī)械粉碎一般粉碎到300目-1000目左右,但其粉碎加工為機(jī)械方式,因此粉碎細(xì)粉里有鐵含量增加與其他雜質(zhì),對(duì)應(yīng)用純度要求較高行業(yè)而言,有缺陷;氣流粉碎由于采取物料與物料之間相互碰撞與剪切,沒(méi)有粉碎介質(zhì)參與,因而有效保障了物料的純度,從而滿足純度要求較高行業(yè)的應(yīng)用效率,同時(shí)氣流粉碎機(jī)的粉碎細(xì)度可達(dá)5000目(細(xì)度范圍可調(diào)1000目-5000目)。
陶瓷工業(yè)是應(yīng)用高嶺土早、用量較大的行業(yè)。一般用量為配方的20%~30%。高嶺土在陶瓷中的作用是引入Al2O3,有利于莫來(lái)石的生成,提高其化學(xué)穩(wěn)定性和燒結(jié)強(qiáng)度,在燒成中高嶺土分解生成莫來(lái)石,形成坯體強(qiáng)度的主要框架,可防止制品的變形,使燒成溫度變寬,還能使坯體具有一定的白度。同時(shí),高嶺土具有一定的可塑性、粘結(jié)性、懸浮性和結(jié)合能力,賦予瓷泥、瓷釉良好的成形性,使陶瓷泥坯有利于車(chē)坯及注漿,便于成形。如用在電線中,可以增加絕緣性,降低其介電損耗。
懸浮性和分散性指高嶺土分散于水中難于沉淀的性能。又稱(chēng)反絮凝性。一般粒度越細(xì)小,懸浮性就越好。用于搪瓷工業(yè)的高嶺土要求有良好的懸浮性。一般據(jù)分散于水中的樣品經(jīng)一定時(shí)間的沉降速度來(lái)確定其懸浮性能的好壞。