CN109071964B - 制备水合高岭土粘土的方法以及所制得的产物 - Google Patents
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Abstract
本文公开了形成水合高岭土粘土产物的方法。此方法可以包括：(i)精制粗的原高岭土粘土以形成经精制的粗高岭土粘土，和/或精制三级细的原高岭土粘土以形成经精制的细水合高岭土粘土；(ii)经精制的粗高岭土粘土、经精制的细水合高岭土粘土或它们的共混物进行离心以提供水合高岭土料流；和(iii)精制水合高岭土料流以形成水合高岭土粘土产物。水合高岭土料流可以在精制水合高岭土粘土料流之前与已分层的粗高岭土粘土共混。水合高岭土粘土产物可以具有基于水合高岭土粘土产物计的0.2重量％或更小的总碱金属含量。本文也公开包含水合高岭土粘土产物的组合物，包括堇青石陶瓷、工业涂料、油漆、粘合剂、油墨和填料。
Description
技术领域
本发明总体涉及水合高岭土粘土，尤其涉及共混的水合高岭土粘土，其用于组合物例如工业涂料、油漆、油墨、膜、粘合剂和陶瓷蜂窝产品中。
背景技术
高岭土天然以水合形式出现，并作为含有羟基官能度的结晶结构存在。但是，高岭土矿藏是沉积的，所以通常被杂质污染，这降低了其亮度和价值。因为此原因和其它原因，在高岭土工业中的许多关注和研究已经致力于精制高岭土并除去主要杂质。
水合高岭土可以含有矿物组分，例如碱金属氧化物和碱土金属氧化物。另外，有时在高岭土原矿的初级分散阶段期间使用基于碱金属的分散剂以帮助随后的物理分离，从而提高最终高岭土产物的性能。碱金属氧化物包括、但不限于氧化钠(Na2O)和氧化钾(K2O)。高岭土可以包括2重量％或更大的碱金属氧化物和碱土金属氧化物含量，例如至少约5重量％，基于高岭土的总重量计。但是，这些碱金属氧化物和碱土金属氧化物含量可以在一些应用中具有不利影响，例如在用于催化转化器中的催化剂基材的情况下，其中过量的碱金属污染会引起至少一种以下情况：减少NO2吸附位点的数目，增加热膨胀系数(当催化转化器是陶瓷时)，或通常弱化陶瓷的结构性能。另外，催化剂基材有效地在催化转化器中发挥作用的能力可以在一定程度上取决于催化剂基材的粒径。
水合高岭土粘土产物。在一些实施方案中需要同时具有更细和更窄的粒径分布以及有用性能的水合高岭土产物及其制备方法，从而改进在各种应用中的性能。也需要改进从水合高岭土产物衍生的材料，例如用于催化陶瓷应用的基材材料。本文所述的材料和方法能满足这些和其它需求。
发明概述
本文公开了形成水合高岭土粘土产物的方法。此方法可以包括(a)精制白色粗的原高岭土粘土(crude kaolin clay)以形成作为第一共混物组分的经精制的白色粗高岭土粘土。白色粗的原高岭土粘土可以从白垩类的白色粗的原高岭土粘土衍生。这些白垩类的粗白色原矿(crudes)可以在佐治亚(Georgia)中部高岭土矿藏中发现。白色粗的原高岭土粘土的精制操作可以包括离心和磁力分离。经精制的白色粗高岭土粘土可以包括粒子，其中至少80重量％的粒子具有2微米或更小的直径。在一些实施方案中，经精制的白色粗高岭土粘土可以显示
的平均微晶尺寸，这使用X-射线衍射(XRD)检测。经精制的白色粗高岭土粘土的氧化铁含量可以是0.3-0.5重量％，基于白色粗高岭土粘土的重量计。在一些实施方案中，此方法可以包括使经精制的白色粗高岭土粘土进行分层。
形成水合高岭土粘土产物的方法可以包括(b)精制具有第一碱金属含量的三级细的原高岭土粘土，从而形成作为第二共混物组分的经精制的细水合高岭土粘土。碱金属含量是基于氧化钠和氧化钾的总量。第一碱金属含量(即三级细的原高岭土粘土的第一碱金属含量)可以大于0.2重量％，基于三级细的原高岭土粘土的总重量计。三级细的原高岭土粘土的精制操作可以包括选择性絮凝以提供细水合高岭土粘土，其具有小于第一碱金属含量的第二碱金属含量。在一些实施方案中，三级细的原高岭土粘土的精制操作可以还包括臭氧化。经精制的细水合高岭土粘土可以包括粒子，其中至少90重量％或至少95重量％的粒子具有1微米或更小的直径。经精制的细水合高岭土粘土可以显示
的平均微晶尺寸，这使用X-射线衍射(XRD)测得。
形成水合高岭土粘土产物的方法可以包括(c)经精制的白色粗高岭土粘土和经精制的细水合高岭土粘土进行共混以形成共混物。经精制的白色粗高岭土粘土和经精制的细水合高岭土粘土可以按照95:5至5:95的重量比率共混，例如50:50至90:10，或60:40至70:30。在一些实施方案中，共混物含有粒子，其中至少80重量％的粒子具有2微米或更小的直径。例如，共混物可以含有粒子，其中至少90重量％、至少98重量％或90-98重量％的粒子具有2微米或更小的直径。共混物的平均微晶尺寸可以是
在一些实施方案中，此方法不包括步骤(c)经精制的白色粗高岭土粘土和经精制的细水合高岭土粘土进行共混以形成共混物。
形成水合高岭土粘土产物的方法可以包括(d)提供超细水合高岭土料流。超细水合高岭土料流可以包含粒子，其中至少70重量％的粒子具有0.3微米或更小的直径。在超细水合高岭土料流中的粒子的平均微晶尺寸可以是
在一些实施方案中，提供超细水合高岭土料流的操作可以包括使来自步骤(a)的经精制的白色粗高岭土粘土、来自步骤(b)的经精制的细水合高岭土粘土、或来自步骤(c)的共混物或其组合进行离心。例如，此方法可以包括使经精制的白色粗高岭土粘土离心以提供超细水合高岭土料流。在另一个例子中，此方法可以包括使得经精制的细水合高岭土粘土进行离心以提供超细水合高岭土料流。在再一个例子中，此方法可以包括使经精制的白色粗高岭土粘土和经精制的细水合高岭土粘土的共混物进行离心，从而提供超细水合高岭土料流。
形成水合高岭土粘土产物的方法可以还包括(e)将超细水合高岭土料流精制成超细水合高岭土粘土。超细水合高岭土料流的精制操作可以包括絮凝(使用例如酸和明矾)、漂白、过滤、再分散(使用例如基于氨的分散剂)、喷雾干燥、粉碎或其组合。水合高岭土粘土产物可以具有0.2％或更小的总碱金属含量，基于水合高岭土粘土产物的重量计。在一些实施方案中，水合高岭土粘土产物可以具有0.15重量％或更小的总碱金属含量，基于水合高岭土粘土产物的总重量计。水合高岭土粘土产物的氧化钠含量可以是0.05重量％或更小，并且氧化钾含量可以是0.10重量％或更小，基于水合高岭土粘土产物的总重量计。水合高岭土粘土产物可以不含或含有痕量的有机材料。
在一些实施方案中，超细水合高岭土料流可以在精制超细水合高岭土料流之前另外与经精制的分层的粗高岭土粘土共混。此方法可以包括白垩类的白色分层的粗高岭土粘土进行精制，从而形成作为第三组分的经精制的白色分层的粗高岭土粘土。白色粗的原高岭土粘土的精制操作可以包括离心和分层，例如使用介质研磨器，例如Netzsch磨机。经精制的白色分层的粗高岭土粘土可以包括粒子，其中至少75重量％或至少80重量％的粒子具有2微米或更小的直径。经精制的白色分层的粗高岭土粘土可以显示
的平均微晶尺寸。经精制的白色分层的粗高岭土粘土的氧化铁含量可以是0.3-0.5重量％，基于经精制的白色分层的粗高岭土粘土的重量计。超细水合高岭土料流和经精制的分层的粗高岭土粘土可以按照95:5至5:95的重量比率共混。
如本文所述，在一些实施方案中，此方法不包括步骤(c)经精制的白色粗高岭土粘土和经精制的细水合高岭土粘土进行共混。在这些实施方案中，水合高岭土粘土产物可以仅仅衍生自粗水合高岭土粘土，或仅仅衍生自细水合高岭土粘土。
当水合高岭土粘土产物仅仅衍生自粗水合高岭土粘土时，此方法可以包括(i)精制白色粗的原高岭土粘土以形成经精制的白色粗高岭土粘土，后者具有粒子，其中至少55重量％的粒子具有2微米或更小的直径；(ii)使经精制的白色粗高岭土粘土进行离心以提供粗水合高岭土料流，其中粗水合高岭土料流含有粒子，其中至少75重量％的粒子具有小于2微米的直径；和(iii)使用磁力分离、漂白、过滤、再分散、喷雾干燥、粉碎或其组合将粗水合高岭土料流精制成水合高岭土粘土，且其中水合高岭土粘土具有至少89的GEB，并且至少80重量％的粒子具有小于2微米的直径。粗水合高岭土料流的精制操作可以包括将粗水合高岭土料流在分散剂的存在下再分散。分散剂可以选自聚丙烯酸钠，聚丙烯酸铵，六偏磷酸钠，三聚磷酸钠，焦磷酸四钠，苏打灰，苛性物(caustic)，氨，以及它们的混合物。
在一些例子中，粗水合高岭土料流的粒径可以通过在漂白或喷雾干燥之前共混5重量％或更大的细高岭土粘土(例如已经通过选择性絮凝或臭氧工艺加工的那些)来调节，从而达到目标粒径，其中97-99重量％的粒子具有<2微米的粒径，和在最终产物中的GEB亮度是至少89.5。
所得的水合高岭土粘土产物可以含有粒子，其中至少98重量％的粒子具有小于5微米的直径；至少84重量％的粒子具有小于2微米的直径；至少41重量％的粒子具有小于0.5微米的直径；和至少23重量％的粒子具有小于0.3微米的直径。在一些例子中，水合高岭土粘土含有50ppm或更小的+325目残余物含量。在一些例子中，水合高岭土粘土含有15m2/g或更小的表面积。也公开了从本文所述方法制备的高岭土粘土。在一些实施方案中，高岭土粘土可以包括经精制的白色粗高岭土粘土和经精制的细水合高岭土粘土按照5:95至95:5重量比率的共混物，其中共混物含有粒子，其中在共混物中的至少70重量％的粒子具有0.3微米或更小的直径和
或更小的平均微晶尺寸，其中高岭土粘土具有0.2重量％或更小的总碱金属含量，基于高岭土粘土的总重量计；和其中高岭土粘土具有0.2重量％或更小的有机酸含量，基于高岭土粘土的总重量计。
本文也描述了含有水合高岭土粘土产物的组合物和制备这种组合物的方法。例如，含有水合高岭土粘土的组合物包括塑料，粘合剂，纸例如热敏纸，填料，陶瓷，或涂料(例如工业涂料、油漆和油墨)。在一些例子中，组合物可以是油漆，例如高光泽油漆、半光泽油漆或无泽油漆。
在一些实施方案中，所述组合物可以是堇青石陶瓷。本文描述了从超细高岭土粘土制备堇青石陶瓷的方法。此方法可以包括制备前体堇青石批料组合物，其含有本文所述的超细水合高岭土粘土。前体堇青石批料组合物还可以含有滑石、氧化铝、氢氧化铝、二氧化硅、粘合剂、润滑剂或其组合。超细水合高岭土粘土的量可以占前体堇青石批料组合物的10-30重量％。前体堇青石批料组合物可以挤出成坯体，然后烧结得到堇青石陶瓷。
从本文所述方法形成的堇青石陶瓷可以具有蜂窝结构。堇青石陶瓷可以显示1.25x 10-6/℃或更小的热膨胀系数(25-800℃)。
也公开了含有本文所述堇青石陶瓷的基材。基材可以是汽车催化基材或柴油颗粒过滤剂。
附图说明
将附图引入并构成本说明书一部分，并与描述内容一起说明本发明的一些实施方案，用于解释本发明的原理。
图1是流程图，显示本文所述的制备超细水合高岭土粘土的示例性方法。
图2是流程图，显示本文所述的制备共混的高岭土粘土的示例性方法。
图3是线形图，用于比较共混的高岭土粘土(绿色线)和对照品(红色线)的热膨胀系数。
图4是线形图，用于比较共混的高岭土粘土(红色线)和对照品(绿色线)的％相对热膨胀系数。
图5是流程图，显示实施例3所述的制备粗水合高岭土粘土的示例性方法。
图6是流程图，显示实施例4所述的制备细水合高岭土粘土的示例性方法。
图7是流程图，显示实施例5所述的制备超细水合高岭土粘土的示例性方法。
图8是柱形图，用于比较含有超细颜料的高光泽油漆组合物的各种光学性能。
发明详述
本文所用的术语“含有”及其变体是与术语“包括”及其变体作为同义词使用的，并且是开放式的非限制性术语。虽然本文中的术语“含有”和“包括”用于描述各种实施方案，但表述“基本上由…组成”和“由…组成”可以用于代替“含有”和“包括”以提供更具体的实施方案。除非另有明确说明，在本文和所附权利要求中所用的单数“一个”、“一种”、“此”包括多数形式。本文中的百分比范围和其它范围包括范围的端点和在此范围内的任何整数。
本文公开了含有超细水合高岭土粘土的组合物。通常，超细水合高岭土粘土的性能取决于性质，例如各粒子及其聚集体的粒径、形状和纹理。在一些方面，超细水合高岭土粘土可以包括经精制的白色粗高岭土粘土和经精制的细水合高岭土粘土的共混物。本文也描述了制备和使用超细水合高岭土粘土的方法。
粗高岭土粘土：
经精制的白色粗高岭土粘土(包括经精制的白色已分层的粗高岭土粘土)可以使用本文所述的方法衍生自白色粗的高岭土原矿，例如白色薄片状的粗高岭土粘土。术语“经精制的白色粗高岭土粘土”在这里也称为“白色粗高岭土粘土”，术语“经精制的白色分层的粗高岭土粘土”在这里也称为“白色分层的粗高岭土粘土”。“经精制的白色粗高岭土粘土”与“经精制的白色分层的粗高岭土粘土”之间的区别是：“经精制的白色粗高岭土粘土”可以是已分层或未分层的，而“经精制的白色分层的粗高岭土粘土”是已分层的。所以，关于“经精制的白色粗高岭土粘土”的描述也与“经精制的白色分层的粗高岭土粘土”有关。
在一些情况下，经精制的白色粗高岭土粘土可以衍生自白垩类的白色粗高岭土原矿。白色粗高岭土原矿具有本领域技术人员公知的物理性能。例如，白色高岭土是沉积来源的，即在水下沉积，已经从大型花岗岩地区运输。这些花岗岩通过风化分解，并且作为这些花岗岩一部分的长石被转化成高岭土。因为白色高岭土是长石的分解产物，所以其通常伴随着其它非高岭土粒子，例如石英、黄铁矿、硫、长石、云母、氧化铁、氧化钛、碱金属氧化物和碱土金属氧化物、其它氧化物和元素，以及非高岭土的粘土，例如膨润土和绿坡缕石。
白色粗高岭土原矿的非高岭土含量可以作为重量百分比确定，基于白色粗高岭土原矿的总重量计。在一些实施方案中，白色粗高岭土原矿包含占白色粗高岭土原矿的25重量％或更小、20重量％或更小、15重量％或更小、12重量％或更小、10重量％或更小、9重量％或更小、8重量％或更小、7重量％或更小、6重量％或更小、或5重量％或更小的非高岭土粒子。在一些实施方案中，白色粗高岭土原矿可以包含占白色粗高岭土原矿的5重量％或更大、6重量％或更大、7重量％或更大、8重量％或更大、9重量％或更大、10重量％或更大、12重量％或更大、15重量％或更大、或20重量％或更大的非高岭土粒子。在一些实施方案中，白色粗高岭土原矿包含占白色粗高岭土原矿的1-25重量％的非高岭土粒子。
在一些实施方案中，白色粗高岭土原矿可以从佐治亚中部地区的高岭土粘土矿藏开采。
如本文所述，白色粗高岭土粘土可以使用任何一种本文所述方法衍生自白色粗高岭土原矿。从白色粗高岭土原矿得到的白色粗高岭土粘土可以包含占白色粗高岭土粘土的5重量％或更小、4重量％或更小、3重量％或更小、2重量％或更小、或1重量％或更小的非高岭土粒子。在一些实施方案中，白色粗高岭土粘土可以包含占白色粗高岭土粘土的0.5重量％或更大、1重量％或更大、1.5重量％或更大、2重量％或更大、2.5重量％或更大、3重量％或更大、3.5重量％或更大、4重量％或更大、或4.5重量％或更大的非高岭土粒子。在一些实施方案中，白色分层的原高岭土粘土可以包含占白色粗高岭土粘土的0.5-5重量％、0.5-4重量％、0.5-3重量％、0.5-2重量％或0.5-1重量％的非高岭土粒子。
白色粗高岭土粘土可以具有1重量％或更小的Fe2O3含量，基于白色粗高岭土粘土的总重量计。例如，白色粗高岭土粘土可以具有0.75重量％或更小、0.5重量％或更小、0.4重量％或更小、0.3重量％或更小、或0.2重量％或更小的Fe2O3含量，基于白色粗高岭土粘土的总重量计。在一些实施方案中，白色粗高岭土粘土可以具有0.2-0.75重量％或0.3-0.5重量％的Fe2O3含量，基于白色粗高岭土粘土的总重量计。白色粗高岭土粘土可以具有2重量％或更小的TiO2含量，基于白色粗高岭土粘土的总重量计。例如，白色粗高岭土粘土可以具有1.5重量％或更小、1重量％或更小、0.5重量％或更小的TiO2含量，基于白色粗高岭土粘土的总重量计。在一些实施方案中，白色粗高岭土粘土可以具有0.5-1重量％或0.3-1重量％的TiO2含量，基于白色粗高岭土粘土的总重量计。白色粗高岭土粘土的含量可以通过X-射线荧光光谱检测。
白色粗高岭土粘土可以具有0.5重量％或更小的碱金属含量，基于白色粗高岭土粘土的总重量计。例如，白色粗高岭土粘土可以具有0.4重量％或更小、0.3重量％或更小、0.25重量％或更小、0.2重量％或更小、0.1重量％或更小或0.05重量％或更小的碱金属含量，基于白色粗高岭土粘土的总重量计。在一些实施方案中，白色粗高岭土粘土可以具有0.05-0.5重量％或0.05-0.2重量％的碱金属含量，基于白色粗高岭土粘土的总重量计。
白色粗高岭土粘土可以具有0.5重量％或更小的K2O含量，基于白色粗高岭土粘土的总重量计。例如，白色粗高岭土粘土可以具有0.4重量％或更小、0.3重量％或更小、0.25重量％或更小、0.2重量％或更小、或0.1重量％或更小的K2O含量，基于白色粗高岭土粘土的总重量计。白色粗高岭土粘土可以具有0.3重量％或更小的Na2O含量，基于白色粗高岭土粘土的总重量计。例如，白色粗高岭土粘土可以具有0.25重量％或更小、0.2重量％或更小、0.15重量％或更小、或0.1重量％或更小的Na2O含量，基于白色粗高岭土粘土的总重量计。
白色粗高岭土粘土可以具有多模态粒径分布。例如，白色粗高岭土粘土可以包括粒子，其中98重量％或更少的粒子具有10微米或更小的直径，90重量％或更少的粒子具有5微米或更小的直径，75重量％或更少的粒子具有2微米或更小的直径，60重量％或更少的粒子具有1微米或更小的直径，和/或40重量％或更少的粒子具有0.5微米或更小的直径。在一些实施方案中，白色粗高岭土粘土含有粒子，其中约75-80重量％的粒子具有约小于2微米的直径。在一些实施方案中，白色粗高岭土粘土含有粒子，其中至少约80重量％的粒子具有约2微米或更小的直径。高岭土粘土的粒径可以使用Micromeritics Sedigraph Model5100仪器在充分分散的情况下和在标准含水介质例如水中检测。粒径可以作为等同球体直径(e.s.d.)在重量百分比基础上报告。白色粗高岭土粘土的表面积可以是12m2/g或更大，例如15m2/g或更大，或18m2/g或更大。
白色粗高岭土粘土的微晶尺寸可以是
或更大。例如，白色粗高岭土粘土的微晶尺寸可以是
或更大，
或更大，
或更大，
或更大，
或更大，
或更大，
或更大，或900A或更大。白色粗高岭土粘土的微晶尺寸可以是
或更小。在一些实施方案中，白色粗高岭土粘土的微晶尺寸可以是
或更小，
或更小，
或更小，
或更小，
或更小，
或更小，
或更小，或
或更小。在一些方面，白色粗高岭土粘土的微晶尺寸可以是
例如
或
高岭土粘土的微晶尺寸可以通过X-射线衍射法检测。
细高岭土粘土：
经精制的细水合高岭土粘土可以使用本文所述的方法衍生自三级细的原高岭土粘土。经精制的细水合高岭土粘土也称为细水合高岭土粘土。三级细的原高岭土粘土可以从三级原矿藏开采。高岭土原矿可以具有反映其形成时间的物理性质。与在其它时期沉积的粘土相比，三级原矿通常具有更细的尺寸，具有不同的痕量元素分布例如更高的Fe2O3含量，并且具有更高的密度。三级矿藏基粘土通常包括白垩类粘土(在65-136百万年前初始沉积)，其发生腐蚀并在37-53百万年前再沉积。这些细散布的高岭土原矿可以具有灰色、米色、白色、棕色、红色或粉色的不同颜色，这取决于高岭土矿层的年龄以及杂质的类型和含量。在一些实施方案中，三级细的原高岭土粘土可以包括从佐治亚中部、佐治亚东部或其组合开采的粘土。
三级细的原高岭土粘土可以包含基于三级细的原高岭土粘土计的15重量％或更少的非高岭土粒子。例如，三级细的原高岭土粘土可以包含基于三级细的原高岭土粘土计的12重量％或更少、10重量％或更少、9重量％或更少、8％或更少、7重量％或更少、6重量％或更少、或5重量％或更少的非高岭土粒子。三级细的原高岭土粘土可以包含基于三级细的原高岭土粘土重量计的3％或更多的非高岭土粒子。例如，三级细的原高岭土粘土可以包含基于三级细的原高岭土粘土计的4重量％或更多、5重量％或更多、6重量％或更多、7重量％或更多、8重量％或更多、9重量％或更多、10重量％或更多、12重量％或更多、或15重量％或更多的非高岭土粒子。三级细的原高岭土粘土可以包含基于三级细的原高岭土粘土计的1-15重量％的非高岭土粒子。
三级细的原高岭土粘土可以具有0.1重量％或更大的碱金属含量，基于三级细的原高岭土粘土的总重量计。例如，三级细的原高岭土粘土可以具有0.2重量％或更大、0.3重量％或更大、0.4重量％或更大、0.5重量％或更大、0.7重量％或更大、1重量％或更大、或1.5重量％或更大的碱金属含量，基于三级细的原高岭土粘土的总重量计。三级细的原高岭土粘土可以具有2重量％或更小的碱金属含量，基于三级细的原高岭土粘土的总重量计。例如，三级细的原高岭土粘土可以具有1.5重量％或更小、1重量％或更小、例如0.7重量％或更小、0.5重量％或更小、0.4重量％或更小、或0.3重量％或更小的碱金属含量，基于三级细的原高岭土粘土的总重量计。在一些实施方案中，三级细的原高岭土粘土可以具有0.1-2重量％的碱金属含量，基于三级细的原高岭土粘土的总重量计。
在一些实施方案中，三级细的原高岭土粘土可以具有1重量％或更小的K2O含量，例如0.5重量％或更小，0.25重量％或更小，0.15重量％或更小，或0.10重量％或更小，基于三级细的原高岭土粘土的总重量计。在一些实施方案中，三级细的原高岭土粘土可以具有1重量％或更小的Na2O含量，例如0.5重量％或更小，0.2重量％或更小，或0.15重量％或更小，基于三级细的原高岭土粘土的总重量计。在一些实施方案中，三级细的原高岭土粘土可以具有1.5重量％或更小的Fe2O3含量，例如0.8重量％或更小，基于三级细的原高岭土粘土的总重量计。在一些实施方案中，三级细的原高岭土粘土可以具有3.5重量％或更小的TiO2含量，例如1.7重量％或更小，基于三级细的原高岭土粘土的总重量计。
如本文所述，细水合高岭土粘土可以衍生自三级细的原高岭土粘土。例如，衍生自三级细的原高岭土粘土的细水合高岭土粘土可以包含5重量％或更小、4重量％或更小、3重量％或更小、2重量％或更小、或1重量％或更小的非高岭土粒子，基于细水合高岭土粘土的总重量计。在一些实施方案中，细水合高岭土粘土可以包含0.5重量％或更大、1重量％或更大、1.5重量％或更大、2重量％或更大、2.5重量％或更大、3重量％或更大、3.5重量％或更大、4重量％或更大、4.5重量％或更大、或5重量％或更大的非高岭土粒子，基于细水合高岭土粘土的总重量计。在一些实施方案中，细水合高岭土粘土可以包含0.5-5重量％、0.5-4重量％、0.5-3重量％、0.5-2重量％或1-5重量％的非高岭土粒子，基于细水合高岭土粘土的总重量计。
三级细的原高岭土粘土可以进行选择性絮凝以将碱金属含量从第一碱金属含量降低到第二碱金属含量。例如，第二碱金属含量可以是第一碱金属含量的10重量％或更小，20重量％或更小，30重量％或更小，40重量％或更小，50重量％或更小，60重量％或更小，65重量％或更小，70重量％或更小，或75重量％或更小。在一些实施方案中，在细水合高岭土粘土中的碱金属含量(第二碱金属含量)可以是目前经精制的水合高岭土粘土的40％或更小。例如，细水合高岭土粘土可以具有1重量％或更小的碱金属含量，基于细水合高岭土粘土的总重量计。在一些实施方案中，细水合高岭土粘土可以具有0.7重量％或更小、0.6重量％或更小、0.5重量％或更小、0.3重量％或更小、0.2重量％或更小、0.15重量％或更小、或0.1重量％或更小的碱金属含量，基于细水合高岭土粘土的总重量计。细水合高岭土粘土可以具有0.1重量％或更大的碱金属含量，基于细水合高岭土粘土的总重量计。在一些实施方案中，细水合高岭土粘土可以具有0.15重量％或更大、0.2重量％或更大、0.4重量％或更大、或0.5重量％或更大的碱金属含量，基于细水合高岭土粘土的总重量计。在一些实施方案中，细水合高岭土粘土可以具有0.05-0.15重量％的碱金属含量，基于细水合高岭土粘土的总重量计。
细水合高岭土粘土可以具有Na2O、K2O、MgO和CaO的组合含量为1重量％或更小，基于细水合高岭土粘土的总重量计。例如，细水合高岭土粘土可以具有Na2O、K2O、MgO和CaO的组合含量为0.7重量％或更小，0.5重量％或更小，0.4重量％或更小，0.3重量％或更小，0.25重量％或更小，0.2重量％或更小，或0.15重量％或更小，基于细水合高岭土粘土组分的总重量计。在一些实施方案中，细水合高岭土粘土可以具有Na2O、K2O、MgO和CaO的组合含量为0.1重量％或更大，例如0.2重量％或更大，0.3重量％或更大，0.4重量％或更大，0.5重量％或更大，0.7重量％或更大，或1重量％或更大，基于细水合高岭土粘土组分的总重量计。细水合高岭土粘土可以具有Na2O、K2O、MgO和CaO的组合含量为0.10-0.25重量％，基于细水合高岭土粘土的总重量计。
在一些实施方案中，细水合高岭土粘土可以具有0.5重量％或更小的K2O含量，例如0.25重量％或更小，0.20重量％或更小，0.15重量％或更小，0.10重量％或更小，或0.05重量％或更小，基于细水合高岭土粘土的总重量计。在一些实施方案中，细水合高岭土粘土可以具有0.3重量％或更小的Na2O含量，例如0.25重量％或更小，0.20重量％或更小，0.15重量％或更小，0.10重量％或更小，0.05重量％或更小，或0.03重量％或更小，基于细水合高岭土粘土的总重量计。在一些实施方案中，细水合高岭土粘土可以具有1重量％或更小的Fe2O3含量，例如0.7重量％或更小，或0.5重量％或更小，基于细水合高岭土粘土的总重量计。在一些实施方案中，细高岭土原矿可以具有2重量％或更小的TiO2含量，例如1.5重量％或更小，1重量％或更小，或0.5重量％或更小，基于细水合高岭土粘土的总重量计。
细水合高岭土粘土组分可以具有多模态粒径分布。细水合高岭土粘土可以包括粒子，其中至少约97重量％的粒子具有约2微米或更小的直径，至少约90重量％的粒子具有1微米或更小的直径，至少约89重量％的粒子具有0.5微米或更小的直径，和/或至少约67％的粒子具有0.3微米或更小的直径。在一些实施方案中，细水合高岭土粘土可以包括粒子，其中至少约99重量％的粒子具有约2微米或更小的直径，至少约95重量％的粒子具有1微米或更小的直径，至少约85重量％的粒子具有0.5微米或更小的直径，和/或至少约70％的粒子具有0.3微米或更小的直径。在一些实施方案中，细水合高岭土粘土可以包括粒子，其中至少约90重量％的粒子具有1微米或更小的直径。细水合高岭土粘土的表面积可以是18m2/g或更大，例如20m2/g或更大，22m2/g或更大，或24m2/g或更大。
细水合高岭土粘土的微晶尺寸可以是
或更大，例如
或更大，
或更大，
或更大，或
或更大。在一些实施方案中，细水合高岭土粘土的微晶尺寸可以是
或更小，
或更小，或
或更小。在一些实施方案中，细水合高岭土粘土粒子的微晶尺寸可以是
或
共混物和水合高岭土粘土产物：
如本文所述，水合高岭土粘土产物可以仅仅包含白色粗高岭土粘土，仅仅包含细水合高岭土粘土，或包含白色粗高岭土粘土和细水合高岭土粘土的共混物。此共混物可以包括粒子，其中至少80重量％的粒子具有2微米或更小的直径。例如，此共混物可以包括粒子，其中至少90重量％、至少93重量％、至少96重量％或至少98重量％的粒子具有2微米或更小的直径。在一些实施方案中，此共混物可以包括粒子，其中80-98重量％、90-98重量％或93-94重量％的粒子具有2微米或更小的直径。共混的高岭土粘土的杂质分布可以包括0.1重量％或更少的Na2O，0.25重量％或更少的K2O，1.5重量％或更少的TiO2，1重量％或更少的Fe2O3，0.1重量％或更少的CaO，和0.1重量％或更少的P2O5。
当水合高岭土粘土产物包括共混物时，白色粗高岭土粘土和细水合高岭土粘土之间的重量比率可以变化。在一些实施方案中，白色粗高岭土粘土和细水合高岭土粘土之间的重量比率可以是5:95至95:5。例如，白色粗高岭土粘土和细水合高岭土粘土之间的重量比率可以是10:90或更大，10:80或更大，10:70或更大，10:60或更大，10:50或更大，10:40或更大，10:30或更大，10:20或更大，10:10或更大，20:10或更大，30:10或更大，40:10或更大，50:10或更大，60:10或更大，70:10或更大，80:10或更大，或90:10或更大。在一些实施方案中，白色粗高岭土粘土和细水合高岭土粘土之间的重量比率可以是90:10或更小，80:10或更小，70:10或更小，60:10或更小，50:10或更小，40:10或更小，30:10或更小，20:10或更小，1:1或更小，10:20或更小，10:30或更小，10:40或更小，10:50或更小，10:60或更小，10:70或更小，10:80或更小，或10:90或更小。在一些实施方案中，白色粗高岭土粘土和细水合高岭土粘土之间的重量比率可以是50:50至90:10，60:40至70:30或70:30至80:20。在某些情况下，白色粗高岭土粘土和细水合高岭土粘土之间的比率可以是能得到其中至少93重量％的粒子具有2微米或更小直径的共混物的量。
粗高岭土组分与细高岭土组分之间的重量比率的精确选择将取决于最终产物所需具有的组成(即，高岭土共混物的精确比率将取决于其它原料和含有用于制备堇青石的批料的精确量)，以及最终产物的所需性能(例如，改进的热膨胀系数，改进的尺寸精确性，降低的断裂趋势，总体孔隙率，以及孔尺寸)。例如，细高岭土粘土可以起到调节在挤出用于形成堇青石的共混物期间的薄片取向的作用。但是，如果使用未分层的粗组分，则细组分与粗组分之间的比率可以降低以补偿未分层的(不太扁平的)粗组分的使用。无需过多的实验，本领域技术人员能根据在制备堇青石中使用的其它原料知道所需的粗高岭土组分与细高岭土组分之间的比率。
共混的高岭土粘土粒子的平均微晶尺寸可以是
或更大，
或更大，
或更大，
或更大，
或更大，或
或更大。在一些实施方案中，共混的高岭土粘土粒子的平均微晶尺寸可以是
或更小，
或更小，
或更小，
或更小，
或更小，或
或更小。在一些情况下，共混的高岭土粘土粒子的平均微晶尺寸可以是
或
水合高岭土粘土产物(包括衍生自仅仅粗高岭土、仅仅细高岭土、或粗和细高岭土的共混物的那些)可以具有0.2重量％或更小的碱金属含量，基于水合高岭土粘土产物的总重量计。在一些实施方案中，水合高岭土粘土产物可以具有0.18重量％或更小、0.15重量％或更小、0.13重量％或更小、0.10重量％或更小、0.08重量％或更小、或0.05重量％或更小的碱金属含量，基于水合高岭土粘土产物的总重量计。在一些实施方案中，水合高岭土粘土产物可以具有0.05-0.2重量％的碱金属含量，基于水合高岭土粘土产物的总重量计。
水合高岭土粘土产物可以具有Na2O、K2O、MgO和CaO的组合含量为1重量％或更小，基于水合高岭土粘土产物的总重量计。例如，水合高岭土粘土产物可以具有Na2O、K2O、MgO和CaO的组合含量为0.7重量％或更小，0.5重量％或更小，0.4重量％,0.3重量％或0.2重量％或更小，基于水合高岭土粘土产物的总重量计。在一些实施方案中，水合高岭土粘土产物可以具有0.3重量％或更小的K2O含量，例如0.25重量％或更小，0.20重量％或更小，0.15重量％或更小，或0.10重量％或更小，基于水合高岭土粘土产物的总重量计。在一些实施方案中，水合高岭土粘土产物可以具有0.3重量％或更小的Na2O含量，例如0.25重量％或更小，0.20重量％或更小，0.15重量％或更小，0.10重量％或更小，0.05重量％或更小，0.03重量％或更小，0.02重量％或更小，或0.01重量％或更小，基于水合高岭土粘土产物的总重量计。在一些实施方案中，水合高岭土粘土产物可以具有1重量％或更小的Fe2O3含量，例如0.7重量％或更小，或0.5重量％或更小，基于水合高岭土粘土产物的总重量计。在一些实施方案中，水合高岭土粘土产物可以具有2重量％或更小的TiO2含量，例如1.5重量％或更小，1重量％或更小，或0.5重量％或更小，基于水合高岭土粘土产物的总重量计。
水合高岭土粘土产物可以不含或包含痕量的有机物。
水合高岭土粘土产物可以包括粒子，其中至少99重量％的粒子具有2微米或更小的直径，至少96重量％的粒子具有1微米或更小的直径，至少89重量％的粒子具有0.5微米或更小的直径，和/或至少70％的粒子具有0.3微米或更小的直径。在一些实施方案中，水合高岭土粘土产物可以具有较粗的粒径。例如，当仅仅从粗高岭土粘土制备水合高岭土粘土产物时，水合高岭土粘土产物可以含有粒子，其中至少98重量％的粒子具有小于5微米的直径；至少84重量％的粒子具有小于2微米的直径；至少41重量％的粒子具有小于0.5微米的直径；和至少23重量％的粒子具有小于0.3微米的直径。
在一些实施方案中，水合高岭土粘土的表面积可以是至少15m2/g，至少16m2/g，至少17m2/g，至少18m2/g，至少20m2/g，至少22m2/g，或至少24m2/g。
水合高岭土粘土产物的+325目残余物含量可以是50ppm或更小，45ppm或更小，40ppm或更小，38ppm或更小，或35ppm或更小。
水合高岭土粘土水合高岭土粘土产物的微晶尺寸可以是
或更大，例如
或更大，
或更大，或
或更大。在一些实施方案中，水合高岭土粘土水合高岭土粘土产物的微晶尺寸可以是
或更小，
或更小，
或更小，或
或更小。在一些实施方案中，水合高岭土粘土水合高岭土粘土产物的微晶尺寸可以是
或
制备方法：
本文公开了制备水合高岭土粘土产物的方法。本文的方法能有效地制备水合高岭土粘土。水合高岭土粘土可以仅仅从白色粗高岭土粘土制备；仅仅从细水合高岭土粘土制备；或从本文所述的白色粗高岭土粘土和细水合高岭土粘土的共混物制备。当使用共混物时，粗和细高岭土组分的共混可以在开采和加工高岭土粘土期间的任何时候进行。例如，粗和细高岭土组分可以在喷雾干燥之前或喷雾干燥之后共混。粗和细高岭土组分也可以作为单独的组分加入堇青石原料批料中，只要纯结果是添加两种高岭土组分以形成具有本文所述性能的共混物即可。在共混高岭土样品前，此方法可以包括精制白色粗的原高岭土粘土以形成白色粗高岭土粘土，和/或精制具有第一碱金属含量的三级细的原高岭土粘土以形成细水合高岭土粘土。
高岭土原矿(粗高岭土原矿和/或细高岭土原矿)的精制操作可以包括以下一种或多种：用水搅拌，除粗砂，浮选，臭氧化，离心，选择性絮凝，磁力分离，以及任何合适方式的精制以提供水合高岭土粘土。
在一些实施方案中，高岭土原矿的浆液可以通过将高岭土原矿与水和任选地分散剂合并来形成。分散剂可以加入浆液中以提供额外的流动性，从而促进随后(包括除粗砂)的工艺。分散剂可以是有机分散剂或无机分散剂。合适的无机分散剂包括磷酸盐和硅酸盐。磷酸盐的例子包括无机多磷酸盐和焦磷酸盐(其实际是多磷酸盐类型)，六偏磷酸钠(SHMP)，三聚磷酸钠(STPP)，焦磷酸四钠(TSPP)和硅酸钠。合适的有机分散剂可以包括基于氨的分散剂，磺酸盐分散剂，羧酸分散剂，和聚合物分散剂(例如聚丙烯酸盐分散剂)，以及在高岭土颜料加工中常用的其它有机分散剂。有机分散剂的例子可以包括聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵及其混合物。在一些例子中，分散剂可以包括硅酸钠和聚丙烯酸钠分散剂的组合。在浆液中的分散剂的量可以是基于高岭土原矿重量计的0.01-1％。高岭土原矿可以按照50％或更大的固含量用水搅拌，例如55％或更大，或60％或更大，这使用配备4L孔的实验室Waring共混机进行。在用水搅拌步骤期间，高岭土浆液的pH可以调节为8.5-10.5，例如8.5-9.5或10.0-10.5。可以使用苏打灰、苛性物或氨中的一种或多种调节pH。
高岭土原矿的精制方法可以包括使浆液进行除粗砂。除粗砂可以按照任何常规方式使用筛网、砂箱、重力沉降或水力旋流器中的一种或多种进行。可以采用湿式或干式除粗砂。在一些实施方案中，除粗砂可以通过将高岭土原矿与水合并、并使淤浆化的混合物从筛网经过来进行，筛网例如是325目的筛网或200目的筛网。所得的已除粗砂的高岭土可以主要由通常具有微粒(slimes)(小于0.3微米)直至约15微米的宽范围尺寸的高岭土粒子构成。
在除粗砂之后，所得的已除粗砂的高岭土可以进行浮选、选择性絮凝和/或磁力分离。浮选、选择性絮凝和/或磁力分离用于将高岭土原矿的二氧化钛含量降低到小于1.5重量％和/或将氧化铁含量降低到小于1.5重量％。在一些实施方案中，选择性絮凝可以将二氧化钛含量降低到0.7重量％或更小、0.5重量％或更小、或0.4重量％或更小，和/或可以将氧化铁含量降低到1.25重量％或更小、1重量％或更小、或0.75重量％或更小。选择性絮凝可以降低上述高岭土粘土的碱金属含量。在一些实施方案中，选择性絮凝可以将碱金属含量降低到高岭土粘土的0.2重量％或更小，0.15重量％或更小，或0.1重量％或更小。磁力分离可以降低高岭土粘土的氧化铁含量。在一些实施方案中，磁力分离可以将高岭土粘土的氧化铁含量降低到小于0.75重量％。
选择性絮凝可以按照任何常规方式进行。在选择性絮凝中，所加入的无机或有机分子用于基于矿物之间的差异将这些矿物彼此选择性絮凝。在一些实施方案中，絮凝聚合物可以包括高分子量阴离子聚合物，其具有大于100,000Da的分子量。高分子量阴离子聚合物可以选自阴离子性聚丙烯酰胺，丙烯酸酯-丙烯酰胺共聚物，丙烯酸丙烯酰胺共聚物，以及它们的组合。选择性絮凝工艺使得可以加工完全灰色的原矿或不同颜色的高岭土粘土原矿的共混物以得到具有优良亮度的高岭土产物。
此方法可以还包括在加入絮凝聚合物之前调理高岭土悬浮液。调理步骤可以包括添加各种调理化学品以促进在选择性絮凝步骤期间在高岭土粘土中的杂质(例如二氧化钛或含铁杂质)上的聚合物吸收(高分子量的阴离子聚合物)。高岭土悬浮液可以在40-50％固含量下调节。其它合适的调理步骤可以包括允许高岭土悬浮液老化至少30分钟，在允许悬浮液老化之前调节高岭土悬浮液的pH，在提供分散的含水悬浮液之后向高岭土悬浮液加入钠盐，或者在老化期间机械搅拌高岭土悬浮液。
在一些实施方案中，高岭土悬浮液可以通过向高岭土悬浮液加入少量的低分子量聚丙烯酸钠分散剂以及其它调理化学品(例如油酸和氯化钙)来调节。调理化学品和聚丙烯酸钠分散剂的量可以改进在选择性絮凝工艺期间的高岭土回收率。特别是，当使用合适量的调理化学品和聚丙烯酸钠分散剂时，高达70重量％或甚至75重量％的高岭土回收率可以从选择性絮凝回收，同时保持细粘土料流具有高于90GEB的最终漂白产物亮度。
浮选可以按照任何传统方式进行，包括湿浮选、超浮选(ultraflotation)、泡沫浮选或TREP浮选(二氧化钛去除和提取法)等。在Mathur,S.,“Kaolin Flotation”,Journalof Colloid and Interface Science,256，第153-158页，2002中描述了一般的浮选方法，将此内容引入本文以供参考。
高岭土可以在浮选、选择性絮凝和/或磁力分离之前进行离心，从而控制粒径分布以使随后的离心操作获得所需的粒径分布。虽然不希望受限于任何理论，认为使用离心也可以除去一些杂质，例如着色的杂质，由此提高粘土的亮度。离心可以在单个步骤或多个步骤中进行。在一些实施方案中，此方法可以包括高速离心处理，其中离心可以在高于1,000至10,000的"g"力下操作。例如，高速离心处理可以在2,000至7,500或2,500至5,000的"g"力下操作。可用于本文所述方法中的离心机的例子可以包括Bird实心转筒机、高速离心机、卧式三相离心机等等。
进行加工的高岭土可以任选地进行臭氧化或用过氧化氢或次氯酸钠处理。臭氧化包括使用臭氧以漂白可能存在的组分，例如有机变色剂。臭氧不仅用于破坏相当大部分的变色有机物，而且通过氧化有机添加剂例如分散剂或聚合物(如果存在这类化合物的话)的分子来破坏或分解。但是，臭氧对无机分散剂没有任何明显影响。臭氧、过氧化氢或次氯酸钠可以用于除去任何与高岭土原矿相关的或在粘土加工步骤期间引入的有机杂质。
当加工含有高含量灰色粒子的原矿时，臭氧可以是有效的。例如，臭氧可以用于加工高达80重量％或更多的灰色原矿(例如90重量％或更大、或高达100重量％的灰色原矿)以进一步除去杂质并改进最终高岭土产物的物理性能(例如亮度)。臭氧可以在除粗砂之后或在物理精选步骤例如选择性絮凝或磁力分离之后立即施加。
臭氧化可以按照合适的剂量进行，例如每吨高岭土0.1-20磅臭氧。在一些实施方案中，以每吨高岭土0.5-10磅臭氧的剂量进行臭氧化。臭氧可以作为向上经过浆液的气泡流施用。这可以是分批法或连续法，其中臭氧气泡在管道或其他导管、例如混合和填充柱中与浆液流以对流方式通过。
从除粗砂、浮选、臭氧化、离心、选择性絮凝和磁力分离中的一种或多种操作得到的高岭土可以进一步精制。例如，高岭土可以用包括以下至少一种的方法进一步精制：絮凝，漂白，过滤，再分散，干燥，共混，和粉碎，从而提供水合高岭土产物。絮凝包括从相同种类的多种矿物分离一种矿物，例如从细或粗高岭土粒子分离超细高岭土粒子。絮凝可以使用离子材料例如酸进行。在一些实施方案中，硫酸与明矾的组合可以用于絮凝。
本文所述的方法可以包括漂白高岭土粒子。通常，漂白包括提高高岭土的亮度。漂白可以包括使高岭土与合适量的一种或多种以下物质接触：亚硫酸氢盐(连二亚硫酸盐)，高锰酸钾，氧气，碱金属重铬酸盐，碱金属氯酸盐，碱金属亚氯酸盐，过硫酸铵，可溶性过氧化物例如钠和过氧化氢，或次氯酸钠。在一些实施方案中，本文所述的方法不包括漂白。
过滤可以用于提高高岭土样品的固含量(例如高达55％或更高)和/或基本上除去大于2微米的粒子。在一些情况下，提高固含量可以改进随后喷雾干燥操作的效率。过滤可以使用旋转鼓真空过滤器进行。
从过滤得到的滤饼可以用合适的分散剂在约pH 7.0下再分散。在一些实施方案中，分散剂可以包括本文所述的任何一种分散剂，例如聚丙烯酸钠，聚丙烯酸铵，六偏磷酸钠，三聚磷酸钠，四焦磷酸钠，苏打灰，苛性物，氨，或它们的混合物。
高岭土可以进行干燥、例如喷雾干燥，从而降低高岭土的水分含量。干燥高岭土可以促进高岭土的随后粉碎。高岭土可以通过喷雾干燥、快速干燥、旋转干燥或其组合来干燥。在一些实施方案中，在干燥后，高岭土可以具有小于1.5重量％、小于1重量％或小于0.5重量％的水分含量。
本文所述的方法可以包括粉碎高岭土。在一些实施方案中，高岭土可以粉碎至少一次。粉碎可以破坏可能存在的任何聚集体。这些聚集体可以在干燥期间形成，通过离心和其它工艺操作改变粒径。
在一些实施方案中，形成水合高岭土粘土产物的方法可以包括精制白色粗的原高岭土粘土以形成白色粗高岭土粘土。白色粗的原高岭土粘土的精制操作可以包括白色粗的原高岭土粘土进行除粗砂、浮选、臭氧化、离心、介质研磨和/或磁力分离中的一种或多种操作以形成白色粗高岭土粘土。在一些实施方案中，形成水合高岭土粘土产物的方法可以包括精制白色粗的原高岭土粘土以形成白色分层的粗高岭土粘土。例如，在精制后，粗高岭土粘土可以进行分层工艺。玻璃珠、硅砂、苯乙烯或高密度或低密度陶瓷珠可以作为研磨介质用于分层。
在一些实施方案中，形成水合高岭土粘土产物的方法可以包括精制具有第一碱金属含量的三级细的原高岭土粘土，从而形成细水合高岭土粘土。三级细的原高岭土粘土的精制操作可以包括三级细的原高岭土粘土进行除粗砂、浮选、选择性絮凝和/或臭氧化中的一种或多种操作，从而形成细水合高岭土粘土。细水合高岭土粘土的碱金属含量可以小于三级细的原高岭土粘土的碱金属含量。
此方法可以包括将白色粗高岭土粘土和细水合高岭土粘土按照合适的重量比率共混，例如95:5至5:95，从而形成共混物。白色粗高岭土粘土和细水合高岭土粘土的共混物可以包含粒子，其中至少80重量％的粒子具有2微米或更小的直径和
或更小的平均微晶尺寸，例如
或更小，或
或更小。
离心可以用于提供超细水合高岭土料流。在一些情况下，提供超细水合高岭土料流的操作可以包括使经精制的白色粗高岭土粘土、经精制的细水合高岭土粘土、共混物或其组合进行离心。例如，此方法可以包括经精制的白色粗高岭土粘土进行离心以提供超细水合高岭土料流。在另一个例子中，此方法可以包括经精制的细水合高岭土粘土进行离心以提供超细水合高岭土料流。在再一个例子中，此方法可以包括使经精制的白色粗高岭土粘土和经精制的细水合高岭土粘土的共混物进行离心，从而提供超细水合高岭土料流。超细水合高岭土料流可以含有粒子，其中至少70重量％的粒子具有0.3微米或更小的直径和
或更小的平均微晶尺寸，例如
或更小，
或更小，或
或更小。
在一些实施方案中，制备水合高岭土粘土产物的方法可以包括将超细水合高岭土料流精制成超细水合高岭土粘土。超细水合高岭土料流的精制操作可以包括絮凝、漂白、过滤、再分散、喷雾干燥、粉碎或其组合中的一种或多种。
在精制超细水合高岭土料流之前，本文所述的方法可以包括使超细水合高岭土料流与已分层的粗高岭土粘土共混。
在一些实施方案中，此方法不包括使经精制的白色粗高岭土粘土和经精制的细水合高岭土粘土共混的步骤。例如，水合高岭土粘土产物可以仅仅衍生自粗水合高岭土料流；仅仅衍生自细水合高岭土料流；或衍生自与已分层的粗高岭土粘土的组合。
当水合高岭土粘土产物仅仅衍生自粗水合高岭土料流时，此方法可以包括精制白色粗的原高岭土粘土，从而形成本文所述的具有粒子的经精制的白色粗高岭土粘土。白色粗的原高岭土粘土的精制操作可以包括白色粗的原高岭土粘土进行用水搅拌和/或除粗砂中的一种或多种操作，从而形成白色粗高岭土粘土。此方法可以还包括使经精制的白色粗高岭土粘土进行离心，从而提供本文所述的粗水合高岭土料流。最后，此方法可以包括使用磁力分离、漂白、过滤、再分散、喷雾干燥、粉碎或其组合将粗水合高岭土料流精制成水合高岭土粘土产物。在一些例子中，粗水合高岭土料流的粒径可以通过在漂白或喷雾干燥之前共混5重量％或更大的细高岭土粘土(例如已经通过选择性絮凝或臭氧工艺加工的那些)来调节，从而达到目标粒径，其中97-99重量％具有<2微米的粒径，和在最终产物中的GEB亮度是至少89.5。
本发明的高岭土粘土产物帮助调节用于陶瓷蜂窝的堇青石体的热膨胀和收缩性能。
本发明也公开了堇青石陶瓷和制备堇青石陶瓷的方法。此方法可以包括制备前体堇青石批料组合物，其含有本文所述的超细水合高岭土粘土。前体堇青石批料组合物还可以与材料例如滑石、氧化铝、氢氧化铝、二氧化硅、粘合剂、润滑剂或其组合混合。此方法可以包括将前体堇青石批料组合物挤出成坯体。此方法还可以包括烧结坯体以得到堇青石陶瓷。
在一些实施方案中，前体堇青石批料组合物包含10-30重量％或15-25重量％的超细水合高岭土粘土。
在一些实施方案中，堇青石陶瓷可以显示1.25x10-6/℃或更小、或1.20x10-6/℃或更小的热膨胀系数(25-800℃)。例如，在蜂窝结构中的堇青石陶瓷可以具有1.25x 10-7/℃或更小、或1.20x10-7/℃或更小的热膨胀系数(25-800℃)。
使用方法：
本文所述的水合高岭土也可以用于其中可使用高岭土的任何应用中。例如，水合高岭土粘土产物可以有利地用于堇青石组合物中。本文所述的水合高岭土粘土产物可以作为原料组分用于烧结具有改进的热性能的堇青石陶瓷蜂窝。如本文所述，水合高岭土粘土产物可以含有白色粗水合高岭土粘土和细水合高岭土粘土。预期这两种材料的组合能通过形成控制在最终产物中的堇青石晶体取向度的机理来改进堇青石蜂窝的热力学性能。
不希望限于任何理论，组合使用细粘土与更大的已分层的粘土将具有多个优点。细粘土可以用于调节已分层的高岭土和滑石在挤出期间的取向，获得取向以保持低热膨胀系数的堇青石晶体结构，且同时尽可能减小在陶瓷蜂窝的轴向和横向上的各向异性热膨胀程度。这将降低与在常规催化转化器或过滤操作中通常观察到的温度变化相关的微破裂程度。细粒径粘土也能改进在坯体内的粒子填充。较细的水合粘土能填充在其它较大原料晶体之间的空隙，而已煅烧的粘土不能填充此空隙。改进的在坯体内的粒子填充将提高原始强度，从而消除在干燥和燃烧基材之前的产物形变。
希望在坯体内具有更均匀的堇青石前体的分布，这将潜在地通过加入细水合高岭土组分实现。提高的均匀性将改进前体向堇青石的转化，并限制在晶体结构内的杂质相的形成，这种杂质相会提高整个陶瓷的热膨胀系数。与较细的水合粘土有关的提高的表面积和降低的结晶度也将具有较低的反应温度，这能降低基材的温度或燃烧时间，且不会影响向堇青石的整体转化率。这将降低与产品生产相关的能耗。
也公开了含有本文所述堇青石陶瓷的基材。基材可以包括汽车催化基材或柴油颗粒过滤剂。
水合高岭土粘土产物也可以用于其它组合物中，例如涂料。涂料组合物可以用于多种应用，包括工业涂料(例如汽车涂料和建筑涂料)、油墨、膜、粘合剂和油漆。在一些实施方案中，涂料可以用于油漆组合物中，例如高光泽油漆、半光泽油漆或无泽油漆。
在一些实施方案中，水合高岭土粘土产物可以用于粘合剂中。水合高岭土粘土产物也可以用于塑料，用于纸例如热敏纸，或用作填料。应当注意的是，本文所述的制备高岭土粘土产物的方法可以不包括本文所述的全部工艺步骤。例如，高岭土粘土产物可以从来自离心步骤的粗级分制备。特别是，来自离心步骤的粗级分可以进一步通过额外的处理来加工，例如使用磁力分离、然后分层以得到宽范围的具有高纵横比的产物，这些产物在轮胎或橡胶应用中用作填料/增量剂等等。
下面通过非限制性说明描述本发明的某些实施方案的例子。
实施例：
以下实施例用于向本领域技术人员提供完整的公开内容并描述如何制备和评价本文所述的组合物和/或方法，是纯粹示例性的，不意欲限制本公开的范围。除非另有说明，份数是按重量计的份数，温度的单位是℃或是室温，压力是大气压或接近大气压。
实施例1：制备细粒径高岭土料流
实施例1描述制备粗和细原矿的方法以得到超细粒径高岭土料流。粗高岭土粘土可以包括在佐治亚中部矿藏发现的白色粘土。细粘土可以包括从佐治亚中部地区开采的三级高岭土或从佐治亚东部地区开采的三级高岭土。细散布的高岭土原矿可以具有灰色、米色、白色、棕色、红色、粉色的不同颜色，这取决于高岭土矿层的年龄以及杂质的类型和含量。
在此实施例中，使用配备4L孔的实验室Waring共混机将来自佐治亚中部的粗白色原矿按照60％固含量用水搅拌。在粗白色原矿样品中包含硅酸钠和聚丙烯酸钠分散剂的组合物。在用水搅拌期间，用苏打灰将粘土浆液的pH调节到9.0的目标水平。粘土糊料然后使用200目的筛网按照40％固含量进行除粗砂，然后离心达到目标粒径，其中76重量％粒子显示<2微米的直径，这通过Sedigraph Model 5100(由Micromeritics制造)测得。经离心的粘土(细粒级分)然后在两步中进行磁力分离以除去二氧化钛-含铁杂质。
使用配备4L孔的实验室Waring共混机将来自佐治亚中部矿藏的灰色、米色、棕色、红色和粉色的细粘土的混合物按照60％固含量用水搅拌。在此实施例中，灰色原矿的量保持为40％。硅酸钠和聚丙烯酸钠分散剂的组合物用于细粘土原矿中。在用水搅拌期间，用苏打灰将粘土浆液的pH调节到10.0的目标水平。粘土糊料然后使用200目的筛网按照45％固含量进行除粗砂，然后进行选择性絮凝以得到精选的细高岭土料流，其用于与上述从两阶段磁力分离工艺得到的粗料流共混。在选择性絮凝步骤之前，使用各种调理化学品将粘土糊料在40-50％固含量下调节，从而促进在选择性絮凝步骤期间使聚合物(高分子量的阴离子聚丙烯酰胺)吸收到二氧化钛-含铁杂质上。加入选择性分离容器的进料固含量被调节到20％以允许絮凝相在聚合物的帮助下沉降，并有效地从高岭土粘土除去脱色的杂质。沉降速率保持为7.5分钟/英寸。在沉降完成之后，从选择性絮凝设备的顶部得到精选的高岭土粘土，同时从底部除去已絮凝的脱色杂质。高岭土粘土然后进行臭氧处理以除去任何残余聚合物，并且清除任何与高岭土粘土相关的有机组分。
精选的粗和细高岭土粘土料流然后共混以达到目标粒径，其中通过Sedigraph测得93重量％的粒子<2微米。在此实施例中，75％细粒和25％粗料流的共混物提供了用于离心机进料的目标粒径。此共混物然后进行高速离心(模拟AlphaLaval盘式喷嘴离心机)以得到高岭土粘土细料流，其中最少70％重量％的粒子具有0.3微米或更小的直径。经离心的粘土然后用硫酸和明矾絮凝，过滤，并用聚丙烯酸铵分散剂再分散。图1中的流程图显示制备高岭土细粒料流的方法。表1显示从上述实施例得到的最终高岭土细粒料流的物理性能。表2显示对照品和实例细粒料流的XRF结果。
对照品是使用常规方法制备的。在常规方法中，原高岭土在硅酸钠/明矾和苏打灰分散剂的存在下分散以形成分散体。分散体然后进行水力旋流、筛分和通过离心进行尺寸分级。经离心的粘土然后进行浮选以除去二氧化钛-含铁杂质。在浮选步骤期间，使用各种有机和无机化学品以促进浮选。在浮选步骤中使用的主要有机化学品是妥尔油脂肪酸和羟氨酸盐。从浮选得到的升级的高岭土粘土然后进行臭氧处理以除去任何有机组分，包括有机基化学品和在高岭土本身中的有机物质。经臭氧化的粘土然后使用AlphaLaval盘式堆叠离心机进行离心，从而获得用于所需高岭土粘土的合意粒径。经离心的粘土在酸性pH(～3)下使用明矾和硫酸进行漂白。在絮凝工艺之后，进行真空过滤以从高岭土粒子除去水、可溶性盐和铁。过滤也将在滤饼上的固含量提高到60％。经过滤的粘土使用聚丙烯酸铵分散。分散剂提供用于随后喷雾干燥的流动性。粘土然后进行喷雾干燥/粉碎以用于最终用途。
表1：最终高岭土细粒料流的物理性能
表2：对照品和实施例细粒料流的XRF结果
如表2所示，在实施例细粒料流中的单价(Na+,K+)碱金属、二价阳离子(Mg2+，Ca2+)和磷含量都低于对照细粒料流。阳离子碱金属物质和阴离子物质可以对陶瓷蜂窝的热性能(包括热膨胀系数和热稳定性)是不利的。因此，较低值的碱金属物质和阴离子物质对应于所得陶瓷蜂窝体的较好的热性能。
实施例2：制备细粒径高岭土料流
如图2所示制备已分层的和细粒径的高岭土料流的共混物。如以上实施例所述制备对照样品。粗的已分层的料流是从佐治亚中部地区的两个不同的粗粘土来源得到的。细粘土由从佐治亚中部地区开采的三级高岭土构成。表3显示从实施例2得到的最终高岭土细粒料流的物理性能。表4显示对照品和实施例细粒料流的XRF结果。
图3和4用于比较包含共混高岭土粘土的陶瓷盘和对照品的热膨胀系数。预期包含共混高岭土粘土的陶瓷蜂窝所具有的热膨胀系数将比包含相同材料的陶瓷圆盘的热膨胀系数小10倍。
表3:最终共混物高岭土料流的物理性能。
表4：对照品和实施例共混物料流的XRF结果
在高岭土产物中的残余有机物分析：
使用质谱技术对用于陶瓷基材的对照水合高岭土产物和本发明的细水合高岭土产物进行有机物分析。所制得的两种样品(对照品和本发明产物)直接在Phenomenex ZB-5MSi柱上使用无分割模式注射1微升体积来分析。质谱分析显示在两种实验样品的色谱图中在有机物含量方面没有明显区别。实际上，根据分析结果，本发明的细高岭土产物获得更干净的衍生提取物。因此，质谱方法确认了新开发的方法能提供相似的用于陶瓷基材的细高岭土产物。
实施例3:制备粗高岭土颜料
实施例3描述从粗高岭土原矿制备粗粒径高岭土产物的方法(也如图5所示)。用于本实施例的粗高岭土原矿通常可以是白色的，如在佐治亚中部高岭土矿藏所发现的。
在本实施例中，使用配备4L孔的实验室Waring共混机将从BASF佐治亚中部矿藏得到的粗白色原矿在硅酸钠和聚丙烯酸钠分散剂的存在下按照60重量％的固含量用水搅拌以得到粘土浆液。在用水搅拌步骤期间，使用苏打灰将粘土浆液的pH调节到8.5-9.0以形成粘土糊料。粘土糊料然后使用200目的筛网在40％固含量下进行除粗砂，然后离心以得到目标粒径，其中75-80重量％具有<2微米的粒径，这通过Sedigraph Model 5100测得。经离心的产物(细粒级分)然后进行磁力分离以除去二氧化钛-含铁杂质。应当注意的是，从离心步骤产生的粗级分可以经由额外工艺进一步加工，例如使用磁力分离，然后分层以得到宽范围的高纵横比产物，它们在轮胎/橡胶应用等中用作填料/增量剂。
从细粒级分的磁力分离得到的产物然后用硫酸和明矾絮凝，然后过滤。滤饼在约60％固含量下用合适的分散剂在约pH＝～7.0下再分散，得到抗絮凝的粘土浆液。有用的分散剂包括聚丙烯酸钠，聚丙烯酸铵，六偏磷酸钠，三聚磷酸钠，焦磷酸四钠，苏打灰，苛性物，氨和它们的混合物。所得的分散的高岭土浆液然后喷雾干燥以得到粗高岭土颜料。这种粗高岭土颜料可以广泛用于涂料、油漆、粘合剂、油墨和热敏纸和其它工业应用中。
图5显示制备粗高岭土颜料的工艺流程图，表5汇总了本发明的粗高岭土产物的物理性能。如表5所示，所得的最终产物具有89.9GEB，并含有84重量％的粒径<2微米的粒子。应当注意的是，粗高岭土颜料的粒径可以通过在还原漂白或喷雾干燥之前加入经过选择性絮凝和臭氧处理的5％或更多的细水合高岭土粘土来调节，从而达到粗高岭土产物的目标粒径和至少89.5GEB的亮度。
表5包括从BASF生产设备得到的对照颜料(市售产品)的物理性能以用于对比。对照颜料是通过浮选和其它工艺步骤加工的。
粗高岭土产物配制成具有76％PVC(颜料体积浓度)的无泽油漆。表6显示油漆施用实验结果。如表6所示，与对照粗颜料相比，本发明的粗颜料提供在无泽油漆配制剂中的相似光学性能(对比率,反射度,白度,光泽度和着色力)。
表5:本发明粗颜料和对照粗颜料的物理性能。
表6:在76％颜料体积浓度(PVC)下使用粗颜料的无泽油漆施用实验结果
实施例4:制备细粒径高岭土
实施例4描述从粗和细原矿制备细粒径高岭土颜料的方法，如图6中的工艺流程图所示。
简介：在本实施例中，其中80-82％具有<2微米粒径的经加工的粗高岭土粘土料流与其中95-96％具有<2微米粒径的经加工的细高岭土粘土料流按照约20/80至30/70的共混比率共混，得到最终的本发明细粘土颜料，其中90-94％具有<2微米的粒径。这里值得注意的是，粗和细粒径料流的共混可以在工艺中的任何时候进行以得到最终的本发明细高岭土颜料，即：在加工料流的物理分离步骤之后；在还原漂白工艺期间或之后，或在过滤之后/喷雾干燥之前。
在此实施例中使用的粗高岭土粘土可以通常是在佐治亚中部矿藏发现的白色粘土，而细粘土是由从佐治亚中部开采的三级高岭土或从佐治亚东部地区开采的三级高岭土组成。这些细散布的高岭土原矿可以在具有灰色、米色、棕色、红色、粉色或褐色的不同颜色的矿藏中发现，这取决于高岭土矿层的年龄以及杂质的类型和含量。所述方法适用于加工和改良这些具有不同颜色和杂质的高岭土原矿。作为本发明公开的一部分，发现臭氧能有效地加工高含量的灰色原矿。特别是，高达80％或更多的灰色原矿(例如100％灰色原矿)可以在细粘土料流内加工以得到最终的细高岭土颜料。臭氧可以同时用于粗和细原矿的加工料流以进一步除去杂质并改进最终高岭土产物的性能(例如亮度)。臭氧可以在除粗砂之后或在物理精选步骤例如选择性絮凝或磁力分离之后立即施加。
制备细高岭土产物：在本实施例中，使用配备4L孔的实验室Waring共混机在硅酸钠和聚丙烯酸钠分散剂的存在下将来自佐治亚中部矿藏的粗白色原矿按照60％固含量用水搅拌，从而形成粘土浆液。在用水搅拌步骤期间，用苏打灰将粘土浆液的pH调节到8.5-9.0的目标水平以形成粘土糊料。粘土糊料然后使用200目的筛网按照40重量％固含量进行除粗砂，然后离心得到目标粒径，其中75-80重量％的粒子具有<2微米的粒径，这通过Sedigraph Model 5100测得。经离心的产物(细粒级分)然后进行磁力分离以除去二氧化钛-含铁杂质。
对于细原矿，使用配备4L孔的实验室Waring共混机将来自佐治亚中部矿藏的灰色、米色、棕色、红色和粉色的细粘土的混合物在硅酸钠和聚丙烯酸钠分散剂的存在下按照60％固含量用水搅拌以形成粘土浆液。在用水搅拌步骤期间，用苏打灰将粘土浆液的pH调节到10.0-10.5的目标水平以形成粘土糊料。粘土糊料然后使用200目的筛网按照45重量％固含量进行除粗砂，然后进行选择性絮凝以得到精选的细高岭土料流。应当注意的是，细原矿单独可以进行加工以得到具有优良亮度的高岭土产物，或如上所述，这些原矿可以是各种着色的高岭土粘土的共混物。
在选择性絮凝步骤之前，将已除粗砂的粘土糊料在40-50重量％固含量下调节，从而促进在选择性絮凝步骤期间使聚合物(高分子量的阴离子聚丙烯酰胺)吸收到二氧化钛-含铁杂质上。在调理步骤期间，向高岭土粘土加入少量的低分子量聚丙烯酸钠分散剂和其它调理化学品(油酸和氯化钙)，从而改进从粘土粒子除去脱色的二氧化钛-含铁杂质，并同时改进在选择性絮凝工艺期间的高岭土回收率。
然后，进入选择性分离容器的进料固含量被调节到20％以允许絮凝相在聚合物的帮助下沉降并有效地从高岭土粘土除去脱色的杂质。沉降速率保持为7.5分钟/英寸。在沉降完成后从选择性絮凝设备的顶部得到精选的高岭土产物，同时从底部除去已絮凝的脱色杂质。高岭土产物然后进行臭氧处理以除去任何残余聚合物，并清除任何与高岭土粘土相关的有机组分。在此实施例中令人惊奇地发现，通过使用合适量的调理化学品和聚丙烯酸钠分散剂，能从选择性絮凝实现高达70重量％或甚至75重量％的高岭土回收率，同时保持细粘土料流具有高于90GEB的最终漂白产物亮度。
精选的粗和细高岭土产物料流然后共混以达到目标粒径，其中通过Sedigraph测得90-94重量％的粒子<2微米。在此实施例中，75重量％细粒料流和25重量％粗料流的共混物提供目标粒径。此共混产物然后用硫酸和明矾在2.8-3.0的pH下絮凝，并用亚硫酸氢钠漂白；过滤/清洗，并用合适分散剂再分散。再分散的过滤产物然后进行喷雾干燥，所得的经喷雾干燥的产物使用配备0.02"筛网的微型粉碎机粉碎以得到最终的粉碎产物。
根据高岭土产物的最终用途，在用于制备细高岭土颜料的喷雾干燥步骤之前，宽范围的分散剂可以用作过滤后分散剂，例如聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸四钠、苏打灰、苛性物、氨和它们的混合物。任选地，可以不包括粉碎步骤，经喷雾干燥的颜料可以按照在本实施例中所得的珠粒形式使用。
表7汇总了从实施例4得到的细高岭土颜料的物理性能。在此表中包括从BASF生产设备得到的对照颜料(市售产品)的物理性能以用于对比。对照颜料是通过浮选和其它工艺步骤加工的。如表7所示，与对照颜料相比，本发明的细高岭土颜料具有相似或改进的物理性能。
细高岭土颜料配制成高光泽油漆、蛋壳油漆和无泽油漆。表8-10汇总了油漆施用实验结果。如表8-10所示，与对照细颜料相比，本发明的细颜料提供相似的光学性能。
表7:本发明细颜料和对照细颜料的物理性能。
表8:细颜料的高光泽油漆施用实验结果
表9:细颜料的蛋壳油漆施用实验结果：
| 性能 | 本发明细颜料 | 对照细颜料 |
| 粘度KUi@77F: | 84 | 85 |
| KUe | 105 | 103 |
| 对比率3密耳: | 98.8 | 98.7 |
| 亮度: | 90.82 | 90.62 |
| 白度: | 83.01 | 82.91 |
| 黄度: | 2.59 | 2.56 |
| 亨特L: | 97.24 | 97.15 |
| 亨特a: | -0.52 | -0.52 |
| 亨特b: | 2.01 | 1.99 |
| 在20度下的光泽度： | 1.4 | 1.4 |
| 在60度下的光泽度： | 4.9 | 4.4 |
| 在85度下的掠角光泽度： | 26.5 | 24.1 |
| 着色油漆的光泽度 | ||
| 在20度下的光泽度： | 1.0 | 1.0 |
| 在60度下的光泽度： | 4.2 | 3.7 |
| 在85度下的掠角光泽度： | 24.9 | 22.3 |
| 着色力:Xrite | 99.6 | 100.0 |
| 过滤备注 | 可以 | 可以 |
表10:细颜料在65％PVC下的无泽油漆施用实验结果：
实施例5:制备超细粒径高岭土颜料
实施例5描述从粗和细原矿制备超细粒径高岭土颜料的方法(工艺流程图如图7所示)。如实施例4所述得到细料流和粗料流(在共混之前)。细料流和粗料流共混达到公称93-94重量％具有<2微米的粒径，即：粗高岭土料流和细高岭土料流按照25/75的重量比率组合。一般而言，细料流和粗料流可以共混达到公称粒径，其中80-96重量％具有<2微米的粒径。此共混物然后使用盘式喷嘴离心机(AlphaLaval)离心以得到超细料流，其中至少70重量％具有<0.3微米的粒径。
从AlphaLaval离心机得到的其中至少70％比0.3微米粒径更细的超细料流用硫酸和明矾在2.8-2.9的pH下絮凝，然后用亚硫酸氢钠漂白，过滤/清洗，并用分散剂在pH＝～7.5(典型的pH范围可以是6.0-8.0)下再分散(如实施例4所述)。再分散的过滤产物然后进行喷雾干燥，所得的经喷雾干燥的产物使用配备0.02"筛网的微型粉碎机粉碎以得到最终的粉碎产物。在一些应用中，经喷雾干燥的超细颜料可以在不进行粉碎步骤的情况下以此形式使用。
表11汇总了本发明超细高岭土颜料的物理性能。在此表中包括对照超细颜料的物理性能。如此表所示，与对照颜料相比，本发明的超细粘土颜料具有相似的物理性能，本发明超细颜料的亮度值略微高于对照颜料。
表11提供从上述实施例得到的本发明超细高岭土颜料的物理性能。在此表中包括从BASF生产设备得到的对照颜料(市售产品)的物理性能以用于对比。对照颜料是通过浮选和其它工艺步骤加工的。如表11所示，与对照颜料相比，超细高岭土颜料具有相似或改进的物理性能。
将超细高岭土颜料配制成高光泽油漆和半光泽油漆。表12和13汇总了油漆施用实验结果。如表12和13所示，与对照超细颜料相比，本发明的超细颜料提供相似的光学性能。
表11:最终高岭土超细颜料的物理性能。
表12：本发明超细颜料的高光泽油漆施用实验结果。
表13:本发明超细颜料的半光泽油漆施用实验结果。
本文所述的具体组合物和方法并不限制所附权利要求的组合物和方法的范围，仅仅用于说明权利要求的一些方面，并且在功能上等同的任何组合物和方法也在权利要求的范围内。除了本文所述和所示的组合物和方法之外，组合物和方法的各种改进也在所附权利要求的范围内。另外，虽然仅仅具体描述了本文所述的一些代表性材料和工艺步骤，但是这些材料和工艺步骤的其它组合即使没有具体描述，也在所附权利要求的范围内。由此，步骤、元素、组分或成分的组合可以在本文中明确描述；虽然未明确描述步骤、元素、组分或成分的其它组合，但也包括这些其它组合。
Claims (45)
1.一种形成超细水合高岭土粘土的方法，此方法包括：
(i)精制白色粗的原高岭土粘土以形成经精制的白色粗高岭土粘土，所述经精制的白色粗高岭土粘土具有粒子，其中至少80重量％的粒子具有2微米或更小的直径；和精制具有第一碱金属含量的三级细的灰色原高岭土粘土以形成经精制的细水合高岭土粘土，所述第一碱金属含量是基于三级细的灰色原高岭土粘土计的大于0.2重量％，所述经精制的细水合高岭土粘土具有粒子，其中至少90重量％的粒子具有1微米或更小的直径，其中三级细的灰色原高岭土粘土的精制操作包括选择性絮凝和臭氧化以提供经精制的细水合高岭土粘土，其具有Na2O、K2O、MgO和CaO的组合含量为0.2重量％或更小，基于所述细水合高岭土粘土的总重量计；和其中在选择性絮凝中使用高分子阴离子聚合物；
(ii)使经精制的白色粗高岭土粘土和经精制的细水合高岭土粘土的混合物进行离心，从而提供超细水合高岭土料流，其中超细水合高岭土料流包含粒子，其中至少70重量％的粒子具有0.3微米或更小的直径和
或更小的平均微晶尺寸；和
(iii)使用絮凝、漂白、过滤、再分散、喷雾干燥、粉碎或其组合将超细水合高岭土料流精制成超细水合高岭土粘土，其中超细水合高岭土粘土具有基于超细水合高岭土粘土计的0.2重量％或更小的Na2O、K2O、MgO和CaO的组合含量。
2.权利要求1的方法，其中(i)包括精制三级细的原高岭土粘土以形成经精制的细水合高岭土粘土。
3.一种形成超细水合高岭土粘土的方法，此方法包括：
(a)精制白色粗的原高岭土粘土以形成经精制的白色粗高岭土粘土，所述经精制的白色粗高岭土粘土具有粒子，其中至少80重量％的粒子具有2微米或更小的直径；
(b)精制具有第一碱金属含量的三级细的灰色原高岭土粘土以形成经精制的细水合高岭土粘土，所述第一碱金属含量是基于三级细的灰色原高岭土粘土计的大于0.2重量％，所述经精制的细水合高岭土粘土具有粒子，其中至少90重量％的粒子具有1微米或更小的直径，其中三级细的灰色原高岭土粘土的精制操作包括选择性絮凝和臭氧化以提供经精制的细水合高岭土粘土，其具有Na2O、K2O、MgO和CaO的组合含量为0.2重量％或更小，基于所述细水合高岭土粘土的总重量计；和其中在选择性絮凝中使用高分子阴离子聚合物；
(c)将经精制的白色粗高岭土粘土与经精制的细水合高岭土粘土按照95:5至5:95的重量比率共混以形成共混物，在此共混物中至少80重量％的粒子具有小于2微米的直径；
(d)将共混物离心以提供超细水合高岭土料流；和
(e)将所述超细水合高岭土料流精制成超细水合高岭土粘土，其中精制操作包括絮凝、漂白、过滤、再分散、喷雾干燥、粉碎或其组合，且其中超细水合高岭土粘土具有基于超细水合高岭土粘土计的0.2重量％或更小的Na2O、K2O、MgO和CaO的组合含量。
4.权利要求3的方法，其中超细水合高岭土粘土含有粒子，其中至少70重量％的粒子具有0.3微米或更小的直径。
5.权利要求3的方法，其中超细水合高岭土粘土含有平均微晶尺寸为
的或更小的粒子。
6.权利要求4的方法，其中超细水合高岭土粘土含有平均微晶尺寸为
的或更小的粒子。
7.权利要求3-6中任一项的方法，其中共混物含有粒子，其中90-98重量％的粒子具有2微米或更小的直径。
8.权利要求3-6中任一项的方法，其中共混物含有粒子，其中至少98重量％的粒子具有2微米或更小的直径。
9.权利要求3-6中任一项的方法，其中共混物显示
的平均微晶尺寸。
10.权利要求3-6中任一项的方法，其中经精制的白色粗高岭土粘土和经精制的细水合高岭土粘土的共混操作包括将所述经精制的白色粗高岭土粘土和经精制的细水合高岭土粘土按照50:50至90:10的重量比率共混。
11.权利要求10的方法，其中经精制的白色粗高岭土粘土和经精制的细水合高岭土粘土的共混操作包括将所述经精制的白色粗高岭土粘土和经精制的细水合高岭土粘土按照60:40至70:30的重量比率共混。
12.权利要求1-6中任一项的方法，其中还包括在精制超细水合高岭土料流之前将超细水合高岭土料流与经精制的已分层的粗高岭土粘土共混，其中经精制的已分层的粗高岭土粘土具有粒子，其中至少80重量％的粒子具有2微米或更小的直径。
13.权利要求12的方法，其中超细水合高岭土料流和经精制的已分层的粗高岭土粘土之间的重量比率是5:95至95:5。
14.权利要求1-6中任一项的方法，其中超细水合高岭土粘土具有0.15重量％或更小的Na2O、K2O、MgO和CaO的组合含量，基于超细水合高岭土粘土的总重量计。
15.权利要求1-6中任一项的方法，其中超细水合高岭土粘土具有0.05重量％或更小的氧化钠含量和0.10重量％或更小的氧化钾含量，基于超细水合高岭土粘土的总重量计。
16.权利要求1-6中任一项的方法，其中在超细水合高岭土料流中的粒子显示
的平均微晶尺寸。
17.一种制备堇青石陶瓷的方法，包括：
(a)制备含有超细水合高岭土粘土的前体堇青石批料组合物，其中包括根据权利要求1-16中任一项的方法制备超细水合高岭土粘土；
(b)将前体堇青石批料组合物挤出成坯体；和
(c)烧结坯体以得到堇青石陶瓷。
18.权利要求17的方法，其中前体堇青石批料组合物含有10-30重量％的超细水合高岭土粘土。
19.权利要求17或18的方法，其中前体堇青石批料组合物还含有滑石、氧化铝、氢氧化铝、二氧化硅、粘合剂、润滑剂或其组合。
20.根据权利要求17-19中任一项的方法形成的堇青石陶瓷。
21.权利要求20的堇青石陶瓷，其中堇青石陶瓷在25-800℃下显示1.25x10-6/℃或更小的热膨胀系数。
22.权利要求21的堇青石陶瓷，其中堇青石陶瓷在25-800℃下显示1.25x10-7/℃或更小的热膨胀系数。
23.权利要求20-22中任一项的堇青石陶瓷，其中堇青石陶瓷具有蜂窝结构。
24.基材，其含有权利要求20-23中任一项的堇青石陶瓷。
25.权利要求24的基材，其中基材是汽车催化基材或柴油颗粒过滤剂。
26.组合物，其含有从根据权利要求1-16中任一项的方法制得的超细水合高岭土粘土。
27.权利要求26的组合物，其中所述组合物是涂料、油漆、油墨、粘合剂或填料。
28.权利要求26或27的组合物，其中所述组合物是油漆。
29.权利要求28的组合物，其中油漆是选自高光泽油漆、半光泽油漆、蛋壳油漆或无泽油漆。
30.水合高岭土粘土产物，其包含：
从根据权利要求1-16中任一项的方法制得的经精制的水合高岭土粘土，其是经精制的白色粗高岭土粘土和经精制的细水合高岭土粘土的共混物，
其中在此水合高岭土粘土产物中的至少70重量％的粒子具有0.3微米或更小的直径和
或更小的平均微晶尺寸，
其中水合高岭土粘土产物具有0.2重量％或更小的Na2O、K2O、MgO和CaO的组合含量，基于水合高岭土粘土产物的总重量计。
31.权利要求30的水合高岭土粘土产物，其中水合高岭土粘土产物不含或含有痕量的有机酸。
32.权利要求30的水合高岭土粘土产物，其中经精制的水合高岭土粘土是经精制的白色粗高岭土粘土和经精制的细水合高岭土粘土按照5:95至95:5重量比率的共混物。
33.权利要求32的水合高岭土粘土产物，其中所述重量比率是50:50至90:10。
34.权利要求33的水合高岭土粘土产物，其中所述重量比率是60:40至70:30。
35.权利要求32-34中任一项的水合高岭土粘土产物，其中还包含分层的原高岭土粘土。
36.权利要求30-34中任一项的水合高岭土粘土产物，其中水合高岭土粘土产物具有0.05重量％或更小的氧化钠含量和0.10重量％或更小的氧化钾含量，基于高岭土粘土的总重量计。
37.权利要求30-34中任一项的水合高岭土粘土产物，其中在粘土中的至少75重量％的粒子具有2微米或更小的直径。
38.权利要求30-34中任一项的水合高岭土粘土产物，其中在粘土中的至少92重量％的粒子具有2微米或更小的直径。
39.根据权利要求1的方法，其中步骤(i)包括精制白色粗的原高岭土粘土以形成经精制的白色粗高岭土粘土，此步骤包括：
(i’)精制白色粗的原高岭土粘土以形成经精制的白色粗高岭土粘土，所述经精制的白色粗高岭土粘土具有粒子，其中至少55重量％的粒子具有2微米或更小的直径；
(ii’)使在步骤(i’)中得到的经精制的白色粗高岭土粘土进行离心以提供粗水合高岭土料流，其中粗水合高岭土料流含有粒子，其中至少75重量％的粒子具有小于2微米的直径；和
(iii’)使用磁力分离、漂白、过滤、再分散、喷雾干燥、粉碎或其组合将粗水合高岭土料流精制得到经精制的白色粗高岭土粘土，且其中经精制的白色粗高岭土粘土具有至少89.5的GEB，并且至少80重量％的粒子具有小于2微米的直径。
40.权利要求39的方法，其中粗水合高岭土料流的精制操作包括将粗水合高岭土料流在选自以下的分散剂的存在下再分散：聚丙烯酸钠，聚丙烯酸铵，六偏磷酸钠，三聚磷酸钠，焦磷酸四钠，苏打灰，苛性物，氨，和它们的混合物。
41.权利要求39的方法，其中在步骤(iii’)中得到的经精制的白色粗高岭土粘土含有粒子，其中至少98重量％的粒子具有小于5微米的直径；至少80重量％的粒子具有小于2微米的直径；并且平均粒径是0.6微米或更小。
42.权利要求40的方法，其中在步骤(iii’)中得到的经精制的白色粗高岭土粘土含有粒子，其中至少98重量％的粒子具有小于5微米的直径；至少80重量％的粒子具有小于2微米的直径；并且平均粒径是0.6微米或更小。
43.权利要求39-42中任一项的方法，其中在步骤(iii’)中得到的经精制的白色粗高岭土粘土含有50ppm或更小的+325目残余物含量。
44.权利要求39-42中任一项的方法，其中在步骤(iii’)中得到的经精制的白色粗高岭土粘土具有15m2/g或更小的表面积。
45.权利要求39-42中任一项的方法，其中在漂白或喷雾干燥之前使粗水合高岭土料流与5重量％或更大的细水合高岭土粘土共混，从而达到目标粒径，其中97-99重量％具有<2微米的粒径，且在步骤(iii’)中得到的经精制的白色粗高岭土粘土中的GEB亮度是至少89.5。
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