超細化和煅燒處理高嶺土的遮蓋力研究①

□□ 李昀霞，賈國興，邢海明，羅訓樵，羅 一

(山西金宇科林科技有限公司，山西 忻州034000)

引言

煤系高嶺巖是一種非常重要的非金屬礦產，將其經粉碎、研磨、煅燒等處理制得的高嶺土具有一系列優(yōu)良的性能，已廣泛應用于很多工業(yè)當中，尤其是涂料工業(yè)。通常涂料工業(yè)采用鈦白粉作為主要填料，主要是因為它能夠賦予涂料較高的遮蓋力，但其價格較貴，且在生產過程中會產生大量的污染物。因而涂料工業(yè)一直在尋找一種性價比較高的填料來部分代替鈦白粉。

目前，普通的煅燒高嶺土產品價格較低，但由于其遮蓋力不太理想，限制了其在高檔涂料領域中的應用。遮蓋力是當一件物體涂以某種涂料時，涂料中的顏料能遮蓋被涂物體表面的底色，使這底色不能再透過涂料而顯露出來的能力。決定遮蓋力高低的第一要素是顏料與基料兩者折射率的差值，差值越大，遮蓋力也越強，鈦白粉的折射率比高嶺土折射率大，因而鈦白粉具有很強的遮蓋力。其次為顏料粒度、粒度分布、顆粒形狀、分散程度等，其中又以顏料粒度對遮蓋力的影響最大。本文通過對高嶺土進行不同方法的處理，探討處理方法對其粒度及遮蓋力的影響。

1 試驗方法及儀器

1.1 試驗方法

煅燒作為高嶺土生產過程中最重要的一道工序，在整個煅燒過程中，伴隨著脫碳、脫羥基的進行，高嶺石經歷了從結晶狀態(tài)到非晶質狀態(tài)然后再結晶的過程，相變引起了煅燒高嶺土性能的改變。高嶺石結構單元層是由硅氧四面體組成的片和鋁氧八面體組成的片通過共同的氧原子結合而成，結構如圖1所示。高溫煅燒后，由于羥基被脫去，高嶺石中的層狀結構即硅氧四面體與鋁氧八面體的結構單元被破壞，層內結構發(fā)生變化(如圖2所示)，無定型化使得結構較為松散，增加了高嶺土顆粒的孔隙，從而大大地增加了高嶺土的光散射能力。試驗擬通過高嶺土的吸油量從側面反映其孔隙結構，從而進一步研究煅燒溫度對遮蓋力的影響。

圖1 高嶺石結構單元層

圖2 高嶺石煅燒后層內結構

吸油量以100 g顏填料所需亞麻油的質量表示，即每100 g顏填料在達到完全潤濕時油的使用量。吸油量反映了其多種物理性質的組合效應，如顆粒形狀和大小，顆粒越細小，表面積越大，分布越窄，吸油量則越高。

1.2 遮蓋力的測定方法

采用反射率測定儀C84-Ⅲ測定涂料樣品對比率(遮蓋力)，以單獨添加鈦白粉作為標樣，由此獲得其他樣品的相對遮蓋力，檢測方法嚴格按照GB 5211.17—1988《白色顏料對比率(遮蓋力)的比較》執(zhí)行。

1.3 試驗所用儀器

試驗過程所使用的儀器見表1。

表1 試驗所用部分儀器

試驗擬從原材料選取、加工方法、粒度分布等方面研究高嶺土遮蓋力的變化規(guī)律，使其經過處理后遮蓋力接近于鈦白粉。

2 煤系高嶺巖的選擇

從山西境內不同礦點進行采樣，通過XRF對其進行分析，以確定其化學組成，具體見表2。從表2中可看出，煤系高嶺巖的主要成分為 SiO2和 Al2O3，CaO、MgO、K2O 和 Na2O 為母巖中殘留的雜質礦物，如長石、云母以及其他的黏土礦物(如伊利石、蒙脫石)等。其中A礦硅鋁摩爾比更接近于理論值，同時鐵、鈦以及堿金屬含量相對較低。

表2 不同煤系高嶺巖化學成分

將A、B、C三種礦物原料進行相同條件的初加工得到其白度和粒度值，具體見表3。從表3中可以看出，A礦白度和粒度適宜。綜上考慮，選用A礦進行進一步的試驗。

表3 不同煤系高嶺巖初步加工后的白度和粒度

3 高嶺土處理及遮蓋力測試

3.1 超細化處理及遮蓋力測試

對A礦進行水洗除雜、粉碎、干法研磨得到初級原料，隨后初級原料使用去離子水進行制漿、濕法研磨得到二級原料，將二級原料采用不同參數(shù)的水力旋流器進行超細化處理得到分級漿(試驗編號1號～5號)，然后進行干燥、850 ℃煅燒、兩次打散解聚得到成品，檢測其粒度見表4。從表4可以看出，隨著分級漿粒度比例的增加，成品粒度比例也在增加。

表4 不同分級條件下的煅燒高嶺土粒度

對分級條件下的煅燒高嶺土進行遮蓋力的測定，結果如圖3所示。

從圖3可以看出，隨著粒度的增加，其遮蓋力在逐步增加，其主要原因是高嶺土顆粒越細，遮蓋力就越大。

圖3 不同粒度的高嶺土遮蓋力

3.2 煅燒處理及遮蓋力測試

選取3.1中試驗編號為“5號”的分級漿進行干燥和不同溫度下的煅燒處理，檢測煅燒后物料的粒度，探究煅燒溫度對粒度的影響，不同煅燒溫度下的粒度分布如圖4所示。同時，進行吸油量檢測從而側面反映其孔隙結構，檢測結果見表5。

圖4 不同煅燒溫度下的粒度分布

從圖3和表5中可以看出，在650～1 100 ℃之間，粒度和吸油量均呈現(xiàn)先增大后減小，在850 ℃左右達到最大。在650～850 ℃煅燒時，高嶺土發(fā)生脫羥基反應，形成了許多細小的孔隙，吸油量逐漸升高；當煅燒溫度>850 ℃時，隨著溫度的升高，顆粒燒結，粒度降低，閉合孔增加，吸油量也降低；繼續(xù)升高溫度，煅燒產品中生成的莫來石含量高，即增加了產品硬度，顆粒又有了一定的團聚，粒度繼續(xù)下降。

表5 不同溫度煅燒下的吸油量

對不同煅燒溫度下的高嶺土進行遮蓋力測定，結果如圖5所示。

圖5 不同溫度下的高嶺土的遮蓋力

結合圖4、圖5及表5可以看出，當煅燒溫度>850 ℃時，隨著鍛燒溫度的升高，細小顆粒發(fā)生燒結而形成較大顆粒，使高嶺土的遮蓋力下降。

4 結論

通過對A礦進行粉碎、研磨、超細化處理，經850 ℃煅燒，二次打散解聚可獲得高遮蓋力的煅燒高嶺土，這為煤系高嶺土的應用和深加工提供了切實可行的參考依據(jù)，其在涂料中的應用有望顯著降低涂料成本。