陶瓷和瓷砖中的原料高岭土知识

高岭土的矿物成分主要有非粘土质矿物和粘土质矿物，是以高岭石族矿物为主的层状硅酸盐。前者主要包括石英、长石、云母等碎屑矿物、少量的重矿物及一些自生和次生的矿物；后者主要是高岭石、珍珠陶土、迪开石、埃洛石及蒙脱石，其中最常见的是高岭石和埃洛石，其次是迪开石、蒙脱石。

01高岭土概述

高岭土是一种以高岭石为主要矿物组成的非金属矿产。得名于中国江西省景德镇高岭村出产的瓷白色粘土，主要矿物成分为高岭石，含量一般达90%以上，其它矿物成分有埃洛石(Al4[Si4O10](OH)8·4H2O)、水云母、伊利石、蒙脱石(NaX(H2O)4{(Al2[Alx Si4-xO10](OH)2)})以及石英、长石等；高岭土(Al4[Si4O10](OH)8)理论化学成分Al2O339.5%，SiO246.54%，H2O13.6%。高岭土主要用于日用陶瓷、建筑卫生陶瓷和耐火材料，也作为造纸、建筑、涂料、橡胶、塑料、纺织品等的充填料或白色颜料。

高岭土的结构是由一个硅氧四面体层和一个铝氧八面体层相互连接，组成一个1:1型结构层结晶。每个晶层的硅氧四面体当中，以一个硅原子为中心，四个顶点分布四个氧原子构成四面体结构。硅氧四面体群的三个顶点氧原子分别与相邻的三个硅氧四面体相连接，重复循环此连接方式再延伸成一个晶体平面；除了三个顶点氧原子以外还有一个顶点上的氧原子与硅原子相连，且又与八面体中的铝相连，被四面体和八面体共同拥有。晶层内四面体中存在的氧原子与相邻晶层内的八面体内—OH形成氢键。单位晶层之间依靠此氢键的相连而结成重叠的层状堆叠结构。由于四面体层和八面体层中的阳离子可以被其它离子置换以及置换后为了平衡补偿晶体电荷而引入层间阳离子，因此高岭土通常会混有少量的Na、Ca、Fe、K、Mg等元素在内。  

1.1高岭土的理化性质

1.2高岭土的主要用途

02高岭土的改性方法

2.1  煅烧改性

高岭土的白度、活性、物相等理化性质可通过煅烧得到提升，煅烧方法也成为生产高岭土品质的主要手段之一。在不同温度下煅烧高岭土，会使高岭石表面及结构层间的水和有机物质燃烧蒸发掉，结构层的破坏导致高岭土质地变松；而且，选择适当的温度对高岭土进行煅烧，脱出其结构层中的全部羟基，此时，新的稳定相(如莫来石相)又尚未形成，硅和铝的溶出量最大，高岭土会具有较大的活性。以煅烧活化过程为基础，通过对煅烧后的高岭土采取更进一步的改性或加工方法，可制得比表面积高的吸附性能优异的改性高岭土材料，将其作为选择性吸附剂可应用于工业废水治理等环保领域。

2.2  无机改性

高岭土无机改性主要是通过利用酸、碱、无机盐等无机物处理高岭土其进行改性，以改变其表面的性质或内部结构，满足改性后的高岭土在实际生产当中的应用。依据高岭土在高温相变过程中硅、铝各自的化学环境的不同，一般会采取酸改性和碱处理的方法：酸改性是指高岭土经过高温煅烧形成偏高岭土后，再与强酸或弱酸物质反应形成酸改性活化白土；碱处理是指高岭土经过高温煅烧后形成偏高领土，再与强碱或弱碱性物质反应形成碱改性活化白土。酸、碱改性处理的方法均会不同程度地改变高岭土的表面性质、比表面积和孔径。利用盐酸处理高温煅烧高岭土，将高岭土中经过高温煅烧被活化氧化铝与盐酸反应浸取出来，将其制备成酸活化白土时，高岭土表面酸位的数量与其表面积都有明显增加，高岭土的孔数量和平均孔径均有所提高。而且孔径分布也变得较为集中。

2.3有机改性

高岭土的有机改性主要通过对其表面和内部结构环境的改善，提高高岭土与聚合物之间相结合的可能性，从而提高高岭土的应用性能，该方法广泛用于橡胶、塑料和造纸行业。有机改性方法当中包含有插层改性和表面包覆改性。

插层改性是指利用极性小分子的尺度小的特点，将其插层到高岭土层间，获得层间距更大的插层高岭土，使其达到在纳米级的同时呈现均匀分散、层间被剥离的状态。高岭土插层改性的好坏直接影响到纳米复合材料的性能。用于高岭土的插层改性的物质按照其作用机理可以大致分为三类：一类可与硅氧层形成氢键的物质，如尿素(NH2CONH2)、甲酰胺(HCONH2)、乙酰胺(CH3CONH2)类等物质；一类是可与硅氧层发生强偶极作用，如二甲基亚砜(CH3SOCH3)等；还有一类是可进入高岭石层间增大其层间距的作用的短链脂肪酸盐，如乙酸钾(CH3COOK)等物质。

表面包覆改性是指利用表面活性剂或偶联剂将有机物与高岭土之间相连接，使高岭土表面包覆一层有机物，改善提高其某一领域性能的一种方法。由于高岭土的阳离子交换性能较差，其应用于环境治理应用的效果不够明显，所以需要用表面包覆改性的方法对其改性。

高岭土层间存在大量的亲水性无机阳离子，通过有机改性后，高岭土颗粒表面包覆一层有机化合物，高岭土表面发生了变化，从表面亲水性变成表面亲油性，增强其与有机物之间的相容性，明显提高了对水中有机污染物和阴离子的吸附能力，能取代传统的活性炭用于工业废水处理。