超细化和煅烧处理高岭土的遮盖力研究①

□□ 李昀霞，贾国兴，邢海明，罗训樵，罗 一

(山西金宇科林科技有限公司，山西 忻州034000)

引言

煤系高岭岩是一种非常重要的非金属矿产，将其经粉碎、研磨、煅烧等处理制得的高岭土具有一系列优良的性能，已广泛应用于很多工业当中，尤其是涂料工业。通常涂料工业采用钛白粉作为主要填料，主要是因为它能够赋予涂料较高的遮盖力，但其价格较贵，且在生产过程中会产生大量的污染物。因而涂料工业一直在寻找一种性价比较高的填料来部分代替钛白粉。

目前，普通的煅烧高岭土产品价格较低，但由于其遮盖力不太理想，限制了其在高档涂料领域中的应用。遮盖力是当一件物体涂以某种涂料时，涂料中的颜料能遮盖被涂物体表面的底色，使这底色不能再透过涂料而显露出来的能力。决定遮盖力高低的第一要素是颜料与基料两者折射率的差值，差值越大，遮盖力也越强，钛白粉的折射率比高岭土折射率大，因而钛白粉具有很强的遮盖力。其次为颜料粒度、粒度分布、颗粒形状、分散程度等，其中又以颜料粒度对遮盖力的影响最大。本文通过对高岭土进行不同方法的处理，探讨处理方法对其粒度及遮盖力的影响。

1 试验方法及仪器

1.1 试验方法

煅烧作为高岭土生产过程中最重要的一道工序，在整个煅烧过程中，伴随着脱碳、脱羟基的进行，高岭石经历了从结晶状态到非晶质状态然后再结晶的过程，相变引起了煅烧高岭土性能的改变。高岭石结构单元层是由硅氧四面体组成的片和铝氧八面体组成的片通过共同的氧原子结合而成，结构如图1所示。高温煅烧后，由于羟基被脱去，高岭石中的层状结构即硅氧四面体与铝氧八面体的结构单元被破坏，层内结构发生变化(如图2所示)，无定型化使得结构较为松散，增加了高岭土颗粒的孔隙，从而大大地增加了高岭土的光散射能力。试验拟通过高岭土的吸油量从侧面反映其孔隙结构，从而进一步研究煅烧温度对遮盖力的影响。

图1 高岭石结构单元层

图2 高岭石煅烧后层内结构

吸油量以100 g颜填料所需亚麻油的质量表示，即每100 g颜填料在达到完全润湿时油的使用量。吸油量反映了其多种物理性质的组合效应，如颗粒形状和大小，颗粒越细小，表面积越大，分布越窄，吸油量则越高。

1.2 遮盖力的测定方法

采用反射率测定仪C84-Ⅲ测定涂料样品对比率(遮盖力)，以单独添加钛白粉作为标样，由此获得其他样品的相对遮盖力，检测方法严格按照GB 5211.17—1988《白色颜料对比率(遮盖力)的比较》执行。

1.3 试验所用仪器

试验过程所使用的仪器见表1。

表1 试验所用部分仪器

试验拟从原材料选取、加工方法、粒度分布等方面研究高岭土遮盖力的变化规律，使其经过处理后遮盖力接近于钛白粉。

2 煤系高岭岩的选择

从山西境内不同矿点进行采样，通过XRF对其进行分析，以确定其化学组成，具体见表2。从表2中可看出，煤系高岭岩的主要成分为 SiO2和 Al2O3，CaO、MgO、K2O 和 Na2O 为母岩中残留的杂质矿物，如长石、云母以及其他的黏土矿物(如伊利石、蒙脱石)等。其中A矿硅铝摩尔比更接近于理论值，同时铁、钛以及碱金属含量相对较低。

表2 不同煤系高岭岩化学成分

将A、B、C三种矿物原料进行相同条件的初加工得到其白度和粒度值，具体见表3。从表3中可以看出，A矿白度和粒度适宜。综上考虑，选用A矿进行进一步的试验。

表3 不同煤系高岭岩初步加工后的白度和粒度

3 高岭土处理及遮盖力测试

3.1 超细化处理及遮盖力测试

对A矿进行水洗除杂、粉碎、干法研磨得到初级原料，随后初级原料使用去离子水进行制浆、湿法研磨得到二级原料，将二级原料采用不同参数的水力旋流器进行超细化处理得到分级浆(试验编号1号～5号)，然后进行干燥、850 ℃煅烧、两次打散解聚得到成品，检测其粒度见表4。从表4可以看出，随着分级浆粒度比例的增加，成品粒度比例也在增加。

表4 不同分级条件下的煅烧高岭土粒度

对分级条件下的煅烧高岭土进行遮盖力的测定，结果如图3所示。

从图3可以看出，随着粒度的增加，其遮盖力在逐步增加，其主要原因是高岭土颗粒越细，遮盖力就越大。

图3 不同粒度的高岭土遮盖力

3.2 煅烧处理及遮盖力测试

选取3.1中试验编号为“5号”的分级浆进行干燥和不同温度下的煅烧处理，检测煅烧后物料的粒度，探究煅烧温度对粒度的影响，不同煅烧温度下的粒度分布如图4所示。同时，进行吸油量检测从而侧面反映其孔隙结构，检测结果见表5。

图4 不同煅烧温度下的粒度分布

从图3和表5中可以看出，在650～1 100 ℃之间，粒度和吸油量均呈现先增大后减小，在850 ℃左右达到最大。在650～850 ℃煅烧时，高岭土发生脱羟基反应，形成了许多细小的孔隙，吸油量逐渐升高；当煅烧温度>850 ℃时，随着温度的升高，颗粒烧结，粒度降低，闭合孔增加，吸油量也降低；继续升高温度，煅烧产品中生成的莫来石含量高，即增加了产品硬度，颗粒又有了一定的团聚，粒度继续下降。

表5 不同温度煅烧下的吸油量

对不同煅烧温度下的高岭土进行遮盖力测定，结果如图5所示。

图5 不同温度下的高岭土的遮盖力

结合图4、图5及表5可以看出，当煅烧温度>850 ℃时，随着锻烧温度的升高，细小颗粒发生烧结而形成较大颗粒，使高岭土的遮盖力下降。

4 结论

通过对A矿进行粉碎、研磨、超细化处理，经850 ℃煅烧，二次打散解聚可获得高遮盖力的煅烧高岭土，这为煤系高岭土的应用和深加工提供了切实可行的参考依据，其在涂料中的应用有望显著降低涂料成本。