高岭土文献总结

高岭土的物理化学性质：高岭土是以高岭石为主，由多种粘土矿物组成的含水铝硅酸盐混合体。具有白度高、密度小、比表面积大、吸附性、耐火性等许多优良的物理化学特性。[1]高岭石的英文名称为kaolinite，是由德国学者李希霍芬（Richthofen）按照其英文读音翻译过来的，属于单斜晶系，一般为白色的细小鳞片，粒径已0.5-2nm为主，属1：1型二八面体层状硅酸盐，由Si-O四面体层和Al(O,OH)八面体层交替组成。[2]其理想的结构式是Al4[Si4O10](OH)8，理想的化学组成为Al2O3.2SiO2.2H2O，理论化学成分SiO246.54%，Al2O339.5%，H2O13.96%。煅烧高岭土是高岭土经高温锻烧脱水和除去挥发性杂质而获得的，具有更换的稳定性。煅烧温度低于500℃时，高岭土的结构几乎没有变化，当煅烧温度达到500℃时，高岭土中的结构水开始逸出，同时其晶体结构开始向非晶态结构转变，随着温度的升高，脱水速度逐渐加快，在650-700℃左右时，高岭土完全脱水，转变成偏高岭土或者煅烧陶土，主要是二氧化硅和氧化铝组成的物质。700-900℃时，可以保持无定型状态的偏高岭土结构，温度高于950℃时，会有新相惰性α-Al2O3生成[3]。在700-1000℃煅烧时，高岭土中原有的非活性4配位铝在高温下逐渐变成具有活性的五配位和六配位铝，尤其是五配位的铝，是一种过渡状态，具有很好的活性和反应性能，硅主要是无定型态的二氧化硅[4]。在1100℃以上的温度继续煅烧，最终会全部转化为性能及其稳定且耐高温的莫来石和石英，所以高温煅烧（高于1300℃）的高岭土，其结构随着新相的生成而变得致密坚硬，耐火度高达1770℃，被广泛的应用于耐火材料制品、窑炉内衬、航空航天等行业。煅烧高岭土不仅使其晶型和物相发生很大的改变，同时其微观形貌也会发生相应的变化，随着温度的升高，高岭土原来的六边形片状结构的棱角逐渐钝化，轮廓逐渐模糊，由细小的片状连成长条状或者板状。高岭土的密度为2.4-2.6g/cm3，耐火度高达1770-1790℃，按照不同的工艺要求，对高岭土的细度及粒径分布可以进行二次加工，主要粒径分布为0.1-1μm；主要成分是SiO2（＞40%）、Al2O3（＞30%），往往还含有Fe2O3、TiO2、MnO2、CaO、MgO、Na2O、K2O等杂质[5]。纯净的高岭土为白色，白度高达90%，由于其他氧化物杂质的存在，使得高岭土呈现出不同的颜色，含Fe2O3较高时呈褐黄色或者褐红色，含Fe2+时呈淡绿色，含MnO2时为褐色，有时也会有灰色、青色等。不同产地的高岭土在化学组成上有很大的差异，进而使其表现出不同的物理化学性质，但其本质的不同是晶体结构。本次研究采用的是广东茂名的高岭土。高岭土资源的开发利用及研究现状：高岭土是一种重要的黏土矿物及非金属工业矿物[6]，由于其分布广泛，储量大的特点，已经被广泛应用于建筑、陶瓷、耐火材料、橡胶、塑料、涂料、造纸、电子、生物医药工程等多种行业[7]。随着科学技术和工业技术的迅速发展，高岭土的开采量在不断的提高，应用领域也日益广泛，与人们的日常生活密切相关。虽然高岭土的储量相当丰富，但是很多时候仍处于供不应求的状态，因此，合理的开发、利用高岭土资源已经显得尤为重要，提高高岭土的利用价值，精化其生产加工工艺是目前首要解决的问题。同时，充分利用高岭土优良的物理化学性能来扩大其在不同领域的研究及应用已经成为国内外的研究热点。世界上拥有高岭土资源的国家和地区超过60多个，美国、英国、巴西、中国等是世界上主要的高岭土生产国家，其中巴西的高岭土资源质量较好[5,8]。中国的高岭土资源主要集中分布在东南沿海一带，如：广东、福建、江西、内蒙古等。据不完全统计，我国煤系高岭土的储量相当于世界软质高岭土储量的总和，煤系高岭土已经成为我国的一种独特的高岭土资源，具有很好的开发利用前景[9]。内蒙地区的煤系高岭土资源储量丰富，预测可达70亿吨，但是其开发利用尚处于初级阶段。广东茂名的高岭土矿，不仅储量巨大，而且质地优良，茂名高岭科技有限公司（广东省）是全国最大的喷雾干燥高岭土粉料生产厂。广西北海的高岭土总量达到5亿吨的产量，且北海高岭土埋藏浅、矿床稳定、易于工业开采。高岭土最起源的研究利用是其在陶瓷生产及建筑材料上的应用。[10]将高岭土颗粒加入到混凝土中，利用其颗粒的填充作用，可以提高混凝土的密实性和耐久性；煅烧高岭土是最早也是应用最广的土聚物材料[11]，煅烧高岭土的活性提高，颗粒变细变硬，加入到水泥混凝土中首先是提高水化速度，提高混凝土的强度；其次它的颗粒填充效应提高混凝土的耐久性和抗腐蚀性能；最后它与混凝土中的Ca(OH)2反应，体现其火山灰效应；所以可以添加煅烧高岭土来制备高性能水泥混凝土。对海工混凝土而言，煅烧高岭土的加入可以固化氯离子，提高抗氯离子侵蚀能力，同时提高其抗硫酸盐侵蚀能力[12]。高岭土在造纸行业的应用主要是填料及纸张涂层，经脱水和高温煅烧（1000℃）后的高岭土白度可达90%以上，光泽度也大大提高，作为纸张填料，不仅可以降低成本，而且提高纸的白度。经加工后作为纸张涂层使用，可以很大程度上提高纸张的平整度和光泽度[13]。在建筑涂料上高岭土的应用也是不可忽略的，煅烧高岭土性能更加稳定，颗粒硬度提高，孔隙率和比表面积大大提高；用在内外墙涂料中不易堆积，大大提高涂料的硬度、耐水性、耐久性等[14]。高岭土煅烧过程中失去孔隙中的水分，使其具有较强的吸附功能，可以吸附工业废水中的重金属离子和有机物,达到净化水体的功效[15]；由于高岭土的化学组成和层状结构，20世纪60年代研究者开始利用高岭土制备沸石分子筛，Howell等首次报道了利用高岭土合成沸石分子筛。随着科技的发展，高岭土的应用领域日益扩大，在电缆、电子、石油、生物医药工程等都有着很好的研究开发。低温煅烧的高岭土可以改良电缆PVC的性能，使其电阻明显提高[16]；改性高岭土在石油重油裂化中是很好的催化剂；经修饰后的功能高岭土可以作为抗菌药物、蛋白质等物质的载体应用于生物工程领域[17,18]。1.魏俊峰,煅烧高岭土的开发与应用.铀矿地质,1998(01):p.58-63.2.Rao,F.,F.J.Ramirez-Acosta,R.J.Sanchez-Leija,etal.,Stabilityofkaolinitedispersionsinthepresenceofsodiumandaluminumions.AppliedClayScience,2011.51(1–2):p.38-42.3.罗永康,马智,吴杰,etal.,煅烧温度对高岭土结构及其氧化铝浸出率的影响.化学工业与工程,2005(04):p.263-266.4.Ptáček,P.,F.Šoukal,T.Opravil,etal.,ThekineticsofAl–Sispinelphasecrystallizationfromcalcinedkaolin.JournalofSolidStateChemistry,2010.183(11):p.2565-2569.5.Qiu,X.,X.Lei,A.Alshameri,etal.,ComparisonofthephysicochemicalpropertiesandmineralogyofChinese(Beihai)andBraziliankaolin.CeramicsInternational,2014.40(4):p.5397-5405.6.A.A.AL-Shameri,X.R.L.,CharacterizationandevaluationofAlgaofKaolindepositsofYemenforindustrialapplication.Appl.Sci,2009.2:p.292-296.7.Chen,Y.,C.Zhou,A.Alshameri,etal.,Effectofricehullsadditionsandcalcinationconditionsonthewhitenessofkaolin.CeramicsInternational,2014.40(8,PartA):p.11751-11758.8.Galán,E.andR.E.Ferrell,Chapter3-GenesisofClayMinerals,inDevelopmentsinClayScience,B.FaïzaandL.Gerhard,Editors.2013,Elsevier.p.83-126.9.唐靖炎,蔡建,and张韬.中国煤系高岭土加工利用现状与发展.in2006中国非金属矿工业大会暨第九届全国非金属矿加工应用技术交流会.2006.中国上海.10.Sahnoun,R.D.andS.Baklouti,Characterizationofflatceramicmembranesupportspreparedwithkaolin-phosphoricacid-starch.AppliedClayScience,2013.83–84:p.399-404.11.Zhang,Z.H.,H.J.Zhu,C.H.Zhou,etal.,GeopolymerfromkaolininChina:Anoverview.AppliedClayScience,(0).12.Shafiq,N.,M.F.Nuruddin,S.U.Khan,etal.,Calcinedkaolinascementreplacingmaterialanditsuseinhighstrengthconcrete.ConstructionandBuildingMaterials,2015.81:p.313-323.13.Bundy,W.M.andJ.N.Ishley,Kaolininpaperfillingandcoating.AppliedClayScience,1991.5(5–6):p.397-420.14.Rissa,K.,T.Lepistö,andK.Yrjölä,Effectofkaolincontentonstructureandfunctionalpropertiesofwater-basedcoatings.ProgressinOrganicCoatings,2006.55(2):p.137-141.15.Adebowale,K.O.,I.E.Unuabonah,andB.I.Olu-Owolabi,Adsorptionofsomeheavymetalionsonsulfate-andphosphate-modifiedkaolin.AppliedClayScience,2005.29(2):p.145-148.16.Vesely,D.,A.Kalendova,andM.V.Manso,PropertiesofcalcinedkaolinsinanticorrosionpaintsdependingonPVC,chemicalcompositionandshapeofparticles.ProgressinOrganicCoatings,2012.74(1):p.82-91.17.Aghaie,E.,M.Pazouki,M.R.Hosseini,etal.,Kineticmodelingofthebioleachingprocessofironremovalfromkaolin.AppliedClayScience,2012.65–66:p.43-47.18.He,Q.-x.,X.-c.Huang,andZ.-L.Chen,Influenceoforganicacids,complexingagentsandheavymetalsonthebioleachingofironfromkaolinusingFe(III)-reducingbacteria.AppliedClayScience,2011.51(4):p.478-483.