造纸用的优质高岭土

2014-11-23杨利兴

华东纸业 2014年3期

杨利兴

（辽宁省硅酸盐研究所, 辽宁沈阳 110036）

0 前言

瓷土的矿物名称为高岭石，高岭石属黏土矿物，因而又称高岭土。高岭士颗粒很细，但它是一种晶体，层状结构，呈片状，单个厚度仅有7Å。它具有许多实用价值和工业性能，如：可塑性、黏结性、分散性、悬浮性、耐火性、化学稳定性等。因而被陶瓷、造纸、橡胶、油漆、塑料等工业利用。

我国是高岭土应用最早的国家，但是矿山基础薄弱、加工技术落后，产品都是原矿或粗精矿，因而不能适应造纸工业的应用，而国外自从发展精制高岭土方法以来，根据产品的用途不同，生产系列产品供应用户。英国、美国是世界生产高岭土的主要国家。据1978年资料记载，英国用于造纸方面的高岭土占总产量的80%，美国占总产量的50%，低级瓷土在国际贸易中也很活跃，如日本每年进口涂料土20万t。

为了改变矿山落后局面，原轻工业部、国家建材总局曾经派人到英国、捷克、德国等国家进行考察，轻工业部在1978—1985年全国轻工业科学技术发展规划纲要中要求各陶瓷产区和陶瓷研究所对陶瓷原料精制加工技术进行研究。

辽宁省造纸工业在改革前，造纸企业的规模和产量在国内占有很大的比重。为了生产铜版纸,营口造纸厂与沈阳造纸厂分别从国外引进了刮刀涂布机。营口造纸厂专门从美国进口了瓷土。为了满足生产的需要，地方政府在沈阳建造了瓷土厂，并进行了四个月的试生产。产品委托轻工部造纸科学研究所进行应用试验。此时，改革开始由计划经济转为市场经济，辽宁省是工业大省，国企包袱过重至使大量国企破产，包括不少造纸厂也在此范围。所以瓷土未能在生产中应用。

笔者从《中华纸业》杂志中得知，2013年国际造纸化学品及技术应用展览会展品中有高岭土。对此阅后有感，特撰此文，供生产单位和应用单位参考。

1 优质涂布瓷土应用测试

1.1 送样粒度分布合理

不含过粗（＞1 0 μ m）粒子和过细（＜0.2μm）粒子，≤0.2μm粒子含量高于93%。

1.2 送样土其他物理性能较好

白度为85%；磨耗值低（3.2mg）；浓度高为71%；易分散、流动性好、分散剂用量低、分散体稳定性好。适于作高浓度刮刀涂布等高级纸张用瓷土颜料。

1.3 送料很容易配成高浓度涂料

分散体浓度为69.3%时，黏度仅0.33Pa·s，且该涂料流动性、稳定性都较好。

1.4 成纸质量

从成纸质量看，由于压光不够，紧度偏小，故平滑度也偏低；白纸光泽度稍低于国际标准；但高于国内标准。成纸印刷光泽较高，是油渗性较大所致。从总体上看，属于国内优质纸。

1.5 送料的主要不足

用325目筛子筛选后余量较高，且筛余物多为砂粒，从整体情况分析，除了筛余物较高外，该土为优质涂布用土。

2 讨论

2.1 高岭土的物理性能

高岭土具有许多实用价值和工艺性能，如可塑性、黏接性、分散性、悬浮性等。这些物理性质是由它的结构决定的。

高岭土矿物颗粒细小，且呈片状结构，含水铝硅酸盐晶体结构基础是由SiO4四面体组成的(Si2O5)n层和一层由铝氢八面体组成的AlO(OH)2层相互以顶角联结起来。若氢离子从Si2O5面凸出来而进入并联结AlO(OH)2面，这两层组成Al2(Si2O5)(OH)4,就是黏土矿物高岭石。

不同的黏土矿物是由不同的层组合及含有不同的阳离子而形成的。阳离子的同形置换是普遍的。Al3+有时与Fe3+可以置换四面体网络中某些Si4+离子，Al3+、Mg2+、Fe2+和其他离子在八面体网络中也可以置换。这些同形置换导致在结构中出现多余的负电荷。偶然性的置换引起的负电荷是由松弛地镶嵌在黏土颗粒表面或夹层中的正离子来平衡的。这些离子或多或少易被置换，因而成为阳离子交换能力的原因。

例如：一种吸收了Ca++的天然黏土，可以与硅酸钠反应，而生成不能溶解的硅酸钙和钠黏土。

这个反应很重要，决定了黏土矿物的悬浮性，如在水中形成胶态悬浮体，而且成为稳定的悬浮状态。这种性能被陶瓷、造纸、石油勘探工程等所利用。

观察高岭土的结构，用光学显微镜，放大率不能超过1500倍，对黏土矿物的效果不大，而电子显微镜放大倍数可达几万至几十万倍，因而可以直接观察＜2μm黏土质点，对研究黏土矿物质的微观形态与结构是一种有效方法。我们在生产瓷土时，进行了锁定，其结构见图1，呈片状结构。由此可见高岭土有很高的覆盖率和很大的覆盖面积。这点对造纸涂料是很重要的，可以提高涂布纸涂层的细腻、光泽和印刷适性，是国内涂布纸的首选颜料。

图1 2μm片状高岭土的电镜照片

2.2 高岭土的精制

高岭土选矿与金属矿物选矿相比，具有某些特殊性。对于金属矿来说选分散的多数是经过预磨，而后通过浮选或重介质分选等方法。高岭土是一种泥化矿物，原矿中含有石英-长石-云母-高岭土等，这些矿物密度很相近（2.5～2.65），但颗粒大小相差很大。因而高岭土精制一般用机械方法，一次次除砂（沉砂），一次次富集（溢流），从而使高岭土与其他矿物分离。

评价原矿粉级性能的方法是绘制矿物谱图。单一矿物的粒度分布，互相分开是能够分选的条件，其中互相重叠的程度是制得各种产品的关键，见图2、图3。

图2 高岭土与伴生矿物区域之间无重叠或少重叠

按照图2在15μm处作分级点（T1），稍加努力就能够精制非常纯的高岭土。

图3 伴生矿物石英和长石区与高岭石区相重叠

按照图3分级点（T1），在15μm处则是具有很多的伴生矿物，因为具有磨损性，这种产品不能作为造纸使用，但是可以做为陶瓷用高岭土。通过第二个分级点T2为5μm处就可以精制出造纸用的高岭土。

造纸用的高岭土主要有两大指标：一是粒度，二是白度。

（1）粒度：高级填料≤2μm，含量 80%，涂料≤2μm，含量＞85%，产品达到上述指标。一般采用国产离心机脱水。沈阳瓷土厂是我国在高岭土精制工艺中首次使用。我国1987年批量生产的新型离心机，有两种转速（两个主动轮），1 750 r/min和2 000 r/min。输入离心机的浆料是经过606、600旋流器逆流料，结果如下：

1 750 r/min ≤2μm含量82%，达高级填料标准。2 000 r/min,粒度 ≤2μm含量 94 %～99.6 % 。

（2）白度：白度也是纸用瓷土的重要指标，目前我国纸用高岭土都是采用优质高岭土精制。如：JC（318～82）PM。造纸工业用机选特号。沈阳厂原矿白度为87%、85%、83%。Fe2O3含量很低为0.32%～0.39%,所以85%都是原矿的自然白度。笔者在试验中采用低亚硫酸钠（Na2S2O4）进行漂白，白度由85%提高到90%。

英、美国家纸用瓷土都是经过漂白的。美国原矿白度为75%，通过高梯度磁选除铁及漂白，白度由75%提高到85%。原矿白度75%是白度的下限，通过漂白提高产品白度也有一定的空间。