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高岭石的合成~~

高岭石 

高岭石是长石和其他硅酸盐矿物天然蚀变的产物,是一种含水的铝硅酸盐。它还包括地开石、珍珠石和埃洛石及成分类似但非晶质的水铝英石,因此叫作一它们属于粘土矿物。高岭石为或致密或疏松的块状,一般为白色,如果含有杂质便呈米色。高岭石经风化或沉积等作用变成高岭土,而高岭土则是制作陶瓷的原料。除此以外,高岭土还可作化工填料、耐火材料、建筑材料等等,用途十分广泛。中国江西的景德镇有一个高岭村,这里盛产高岭土,故名。明末,在景德镇高岭村开采此矿,后经德国地质学家李希霍芬按高岭土之音译成“Kaolin”介绍到世界矿物学界。

高岭石属于粘土矿物,其化学组成为Al4[Si4O10]·(OH)8,晶体属三斜晶系的层状结构硅酸盐矿物。多呈隐晶质、分散粉末状、疏松块状集合体。白或浅灰、浅绿、浅黄、浅红等颜色,条痕白色,土状光泽。摩氏硬度2-2.5,比重2.6-2.63。吸水性强,和水具有可塑性,粘舌,干土块具粗糙感。

高岭石是组成高岭土的主要矿物,常见于岩浆岩和变质岩的风化壳中。中国高岭石的著名产地有江西景德镇、江苏苏州、河北唐山、湖南醴陵等。世界其它著名产地有英国的康沃尔和德文、法国的伊里埃、美国的佐治亚等。高岭石是陶瓷的主要原料,在其它工业中也有广泛使用。

[晶体化学] 理论组成(wB%):Al2O3 41.2,SiO2 48.0,H2O 10.8。成分常较简单,只有少量Mg、Fe、Cr、Cu等代替八面体中的Al。Al、Fe代替Si数量通常很低。碱和碱土金属元素多是机械混入物。由于晶格边缘化学键不平衡,可引起少量阳离子交换。

[结构与形态] 三斜晶系,a0=0.514nm,b0=0.893nm,c0=0.737nm,α=91.8,β=104.7,γ=90;Z=1。结构属TO型,即结构单元层由硅氧四面体片与“氢氧铝石”八面体片连结形成的结构层沿c轴堆垛而成。层间没有阳离子或水分子存在,强氢键(O-OH=0.289nm)加强了结构层之间的连结。

实际结构中,由于“氢氧铝石”片的变形以及大小(a0=0.506nm,b0=0.862nm)与硅氧四面体片的大小(a0=0.514nm,b0=0.893nm)不完全相同,因此,四面体片中的四面体必须经过轻度的相对转动和翘曲才能与变形的“氢氧铝石”片相适应。高岭石中结构层的堆积方式是相邻的结构层沿a轴相互错开1/3a,并存在不同角度的旋转。所以,高岭石存在着不同的多型。最常见的多型是1Tc,其次有迪开石(dickite)和珍珠石(nacrite),而1M多型少见。通常所说的高岭石是指1Tc高岭石。

上述高岭石高岭石结构层在堆叠过程中,如果在层间域内充填一层水分子,则形成埃洛石Al4[Si4O10](OH)8?6?14H2O。在埃洛石的晶体结构中,由于层间水分子的存在,破坏了原来较强的氢键连结系统,硅氧四面体片与“氢氧铝石”片之间的差异通过卷曲才能得以克服,从而使埃洛石呈四面体片居外、八面体片居内的结构单元层的卷曲结构形态出现。因此,埃洛石的结构可视为被水分子层隔开的高岭石结构,c0=1.01nm。

多呈隐晶质致密块状或土状集合体。电镜下呈自形六方板状、半自形或它形片状晶体。鳞片大小一般为0.2~5μm,厚度0.05~2μm。有序度高的2M1高岭石鳞片可达0.1~ 0.5mm,有序度最高的2M2高岭石鳞片可达5mm。集合体通常为片状、鳞片状、放射状等。

[理化性能] 纯者白色,因含杂质可染成其它颜色。集合体光泽暗淡或呈蜡状。具极完全解理,硬度2.0~3.5,相对密度2.60~2.63。致密块体具粗糙感,干燥时具吸水性,湿态具可塑性,但加水不膨胀。

偏光镜下:无色。细鳞片状。二轴晶(-)。2V=10~57?8?3。Np=1.560~1.570,Nm=1.559 ~1.569,Np=1.533~1.565。

[产状与组合] 高岭石分布很广,主要是由富铝硅酸盐在酸性介质条件下,经风化作用或低温热液交代变化的产物。

在低温热液作用下,当含CO2的酸性水溶液作用于不含碱的铝硅酸盐和硅酸盐时,可引起高岭石化作用,形成的高岭石常依长石、云母、黄玉等成假象。

[鉴定特征] 致密土状块体易捏碎成粉末、粘舌、加水具可塑性,在密闭的试管内加热后失去水分。灼烧后与硝酸钴作用呈蓝色反应(Al)。高岭石及其多型可用X射线衍射和热分析加以区分。埃洛石与高岭石的不同点是在100~200℃范围存在着明显的吸热效应,即相当于脱去层间水。

[工业应用] 高岭石粘土除用作陶瓷原料、造纸原料、橡胶和塑料的填料、耐火材料原料等外,还可用于合成沸石分子筛以及日用化工产品的填料等。