煤系高岭土熟料特性分析及应用前景

朱淮北

（淮北朔里矿业有限责任公司高岭土总厂，安徽 淮北 235000）

煤系高岭土熟料特性分析及应用前景

朱淮北

（淮北朔里矿业有限责任公司高岭土总厂，安徽 淮北 235000）

本文对淮北煤系高岭土煅烧前后的化学成分等特性进行研究分析，证实淮北高岭土品质的优越性，其独特的性能拓宽了淮北高岭土的应用领域。

高岭土熟料；特性；分析；应用

淮北矿区有丰富的煤系高岭土资源，仅闸河矿区储存煤系高岭土可达3.4亿t。高岭土原生料矿质地细腻，呈块状，烧后颜色洁白，质地较均匀，这主要归因于该材料是地下开采，组成纯净。

1 化学成分分析

1.1 煅烧后化学分析

淮北高岭土煅烧后化学成分(%)为：SiO245.41、Al2O352.99、TiO20.55、Fe2O30.44、CaO 0.16、MgO <0.010、K2O 0.090、Na2O 0.16。

从结果可以看出，该材料相对一般高岭土矿Al2O3(43%～45%)来说，铝含量较高，接近于Ⅲ级高铝(Al2O3≥55%)的铝含量，但杂质含量低。来料粒度为5～3mm、3～1mm、＜1mm、0.074mm，精确测量其体密为2.45g/cm3、吸水率小于3%，烧结程度好。这两个指标是衡量材料烧结程度的最基本和最关键的指标，但从来料外观来判别，里面有少量杂质混入，较疏松。

1.2 电镜SEM和能谱EDAX分析

将淮北高岭土孰料分四个试样经磨制后置于电镜下观察，结果见图1。

1号试样低倍结构如图1(a)所示，颗粒结果不均匀，有些致密，有些疏松。试样颗粒成分见表1。

表1 颗粒成分分析

高倍镜下观察，4号样品(图1b)结构不均匀，大部分区域莫来石晶体为短柱状，个别区域玻璃相较高；图1c(3号样品)所示为玻璃相含量较高区域的高倍结构，莫来石晶体更小，莫来石晶体呈针状。图1d(2号样品)所示为柱状莫来石为主晶相区域，莫来石相柱状相连成整体，方石英相较少，玻璃相也较少，相区主要以莫来石相为主，杂质含量较低。

从以上SEM和EDAX分析报告可以判断出该材料烧成过程中温度较不均匀，保温时间较短。对相组成XRD分析如图2所示，晶相区域莫来石含量70%左右，玻璃相20%～30%，方石英相3%，从耐火材料行业用料标准看，可以满足要求，但最好是不出现石英相。

2 性能对比分析

为了实际验证该材料的使用性能，按经验设计了6组配方，见表2所示。其中B-4为河南料，其余为淮北料。

6组样品充分混炼后，B-1、B-2、B-3、B-4号样品在126m窑中1 490℃×1h烧成，B-5、B-6在电炉中1 350℃×5h烧成。试验检测结果见表3，化学成分对比见表4。

从上述化学分析看，淮北料对应制品的Fe2O3为0.9%，而河南料对应的制品为1.17%，特别是使用河南料的B-4配方的钾钠的含量为0.98%，这远远高于淮北料B1配方的钾钠含量0.27%，K2O、Na2O是对铝硅系耐火材料影响极大的杂质，很容易造成其质量劣化。同样的铝含量，若R2O含量较高，就意味着其莫来石含量越低，玻璃相量高，且高温下粘度低，随之以之为原料的耐材的物理性能就会随之降低，重烧大，荷重低，抗热震差。由此可以判定淮北料较河南料具有较好的使用性能，当然应用领域也会很广阔。

表2 6组配方

表3 试验检测结果

表4 化学成分(%)

B-1、B-2、B-3、B-4是耐火领域制作较高级粘土砖常规的做法，B-5、B-6是陶瓷窑具行业常规工艺制作方法。从B-1、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6结果看，淮北料基本都达到了国内外同类产品的要求，仅气孔率较高，这可能是由于该料烧成过程中，烧成不均匀造成，这可以从电镜中明确的观察到(详见图1)。

而衍射结果中仍有约3%的游离石英，也说明了该料烧成温度不高，保温时间不充分，但这不影响其本质，在工艺上是可以调整的，对于B-5、B-6产品，该产品性能较好，特别是抗热震性能，极其优良，样品在1 100℃水冷条件下，可以经受100次以上的热震冲击。

如此高的热震次数，在耐材中是极其罕见的，虽然不是M45料，但从其所占62%的比例来看，其作用也不可低估，由垫震试验可知，淮北料受震后制品表面基本无裂纹，四角无脱落现象，河南料制品表面有少许裂纹，部分角有脱落。

3 结论

淮北料质地纯净、性能优良，是陶瓷和耐材行业不可多得的品质优良的材料之一。该材料性能还需要针对不同行业在烧成工艺上做具体的调整。应用行业：

(1) 耐火行业：以粘土制品为主要产品的耐材生产企业，即生产较高级粘土制品：如陶瓷燃烧器制品，干熄焦用制品，热风炉用低蠕变粘土制品的企业。

(2) 陶瓷窑具行业：生产棚板、匣钵等莫来石堇青石质制品的窑具行业。

(3) 轻质耐火企业：生产莫来石轻质砖的企业。

综上所述，可以判定淮北料质地纯净、性能优越，值得推广。

综合国内高岭土特性和应用，开发高岭土资源必须依据原矿的特性。淮北煤系高岭土资源的开发，也必须依据原矿资源的物化特性，开发出具有原矿特性的独特生产工艺及新产品，才能有稳定长远的市场竞争力，否则迟早会被行业复制、取代。

[1]范景坤.淮北闸河矿区高岭岩特征及其利用途径[J].煤田地质与勘探,2001,29(4):15-16.

[2]江明,邵群.两淮煤系高岭岩资源体征及工业利用前景[J].中国非金属矿工业导刊,2000(2):39-41.

[3]王瑞琮.淮北朔里煤系共生高岭土矿的勘探特点[J].煤田地质与勘探,1994(5):32-34.

[4]郭九皋,何宏平,王辅亚,等.高岭石—莫来石反应系列:27Al和29Si MAS NMR研究[J].矿物学报,1997,17(3):250-259.

Coal Kaolin Clinker Characteristic Analysis and the Application Prospects

ZHU Huai-bei
(Huaibei Mining Industry Limited Liability Company Anhui Huaibei Kaolin General Factory, Huaibei 235000, China)

This paper in huaibei coal and chemical composition of kaolin calcining characteristics of research and analysis,confirmed the superiority of the quality, huaibei kaolin its unique performance, broaden the huaibei kaolin application fields.

kaolin clinker; characteristic; analysis; applications

TQ174;P619.232

A

1007-9386(2012)03-0009-02

2012-01-06