我國(guó)是世界上最早發(fā)現(xiàn)高嶺土的國(guó)家之一，并順利將其應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)中。非煤系高嶺土資源，我國(guó)的儲(chǔ)量排于世界第五位。煤系高嶺土的資源儲(chǔ)量居于世界首位。到2003 年底，統(tǒng)計(jì)我國(guó)21 省市的所有產(chǎn)地儲(chǔ)量， 基礎(chǔ)總儲(chǔ)量為5.46 億噸， 探明遠(yuǎn)景儲(chǔ)量及推算儲(chǔ)量為180.5 億噸，大部分以煤層中夾矸、頂?shù)装寤騿为?dú)的形式存在于我國(guó)東北、西北和石炭-二疊紀(jì)煤系中，其中最多的資源分布在內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤田。另外，在產(chǎn)量上來(lái)看，我國(guó)的產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的78%，在世界上占有重要位置。
高嶺土主要由小于2μm 的微小片狀、管狀、疊片狀等高嶺石簇礦物(高嶺石、地開石、珍珠石、埃洛石等)組成，其主礦物成分是高嶺石和多水高嶺石，除高嶺石簇礦物外，還有蒙脫石、伊利石、葉蠟石、石英和長(zhǎng)石等其它礦物伴生。高嶺土的化學(xué)成分中含有大量的Al2O3、SiO2和少量的Fe2O3、TiO2以及微量的K2O、Na2O、CaO 和MgO 等。
1 煅燒高嶺土在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用
1．1 新型膠凝材料－土聚水泥
土聚水泥
土聚水泥是最近30 年發(fā)展起來(lái)的新材料， 是一種不同于普通硅酸鹽水泥的新型膠凝材料。20世紀(jì)70 年代末，法國(guó)Davidovits 教授開發(fā)了一類新型的堿激活膠凝材料—土聚水泥（Geopolymeric cement）。因在其水化產(chǎn)物中含有大量與一些構(gòu)成地殼物質(zhì)相似的化合物—含硅鋁鏈的“無(wú)機(jī)聚合物”而得名。土聚水泥是以高嶺土為原料經(jīng)較低溫度（500－900℃）煅燒，發(fā)生如下反應(yīng)：
2n[Si2O5,Al2(OH)4]→ 2(Si2O5,Al2O2)n＋ 4nH2O
（1）該反應(yīng)使Al 的配位數(shù)從6 配位轉(zhuǎn)化為4 或5 配位，高嶺石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為無(wú)定型結(jié)構(gòu)的偏高嶺土，有較高的火山灰活性。處于介穩(wěn)狀態(tài)的偏高嶺土等無(wú)定型硅鋁化合物經(jīng)堿性激活劑及促硬劑的作用，硅鋁氧化合物經(jīng)歷了一個(gè)由解聚到再聚合的過程，形成類似地殼中一些天然礦物的鋁硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。土聚水泥具有有機(jī)高聚物的鏈接結(jié)構(gòu)，但其基本結(jié)構(gòu)為無(wú)機(jī)的硅氧四面體和鋁氧四面體，其中負(fù)電荷由堿金屬和堿土金屬等陽(yáng)離子來(lái)平衡。
在土聚水泥的反應(yīng)以及成型過程中，水是必不可少的，它在該過程中充當(dāng)著介質(zhì)的作用，并且在凝固后部分水份作為結(jié)構(gòu)水存在于反應(yīng)物中，但是，土聚水泥不會(huì)出現(xiàn)硅酸鈣的水化反應(yīng)。相比于高分子聚合物，單體在土聚水泥的聚合反應(yīng)之前是不存在的，其中范德華鍵為輔的情況下，離子鍵和共價(jià)鍵作為主要終產(chǎn)物，而傳統(tǒng)的水泥則是以范德華鍵和氫鍵為主，所以它的性能要比傳統(tǒng)水泥高。土聚水泥在礦物組成上完全不同于硅酸鹽水泥，其主要由無(wú)定形礦物組成：①高活性偏高嶺土；②堿性激活劑（苛性鉀，苛性鈉，水玻璃，硅酸鉀等）；③促硬劑（低鈣硅比的硅酸鈣以及硅灰等，處于無(wú)定形態(tài)）；④外加劑（主要有緩凝劑等）。一般條件下,土聚水泥聚合反應(yīng)后的生成物是一種無(wú)定形的硅鋁酸化合物，在較高溫度下，可生成類沸石型的微晶體結(jié)構(gòu),如方鈉石:
（Na）n(Si-O-Al-O)n；方沸石：(Na, Ca, Mg)n(Si-O-Al-O)n 等。
這些礦物形成了獨(dú)特籠形結(jié)構(gòu)， 可開發(fā)出許多新的功能用途，如用作核放射元素的固封材料及制成薄膜吸附材料等。
1.2 混凝土摻合料
偏高嶺土（Metakaolin,簡(jiǎn)稱MK）是高嶺土（Al2O3·2SiO2·2H2O）在適當(dāng)溫度（500-900℃）下脫水形成的無(wú)水硅酸鋁（Al2O3·2SiO2）白色粉末， 平均粒徑1-2 μm，SiO2和Al2O3含量在90％ 以上， 特別是Al2O3含量較高。偏高嶺土中原子排列是不規(guī)則的，呈現(xiàn)熱力學(xué)介穩(wěn)狀態(tài)，此時(shí)具有強(qiáng)烈的火山灰活性,有超級(jí)火山灰（Super－Pozzolan）之稱。偏高嶺土易于與水泥水化產(chǎn)物CH 和水反應(yīng)后生成水化產(chǎn)物，主要是CSH凝膠，以及水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣等，因此被大量應(yīng)用于混凝土摻和料來(lái)代替硅灰。
1．3 油漆涂料
油漆工業(yè)使用的主要礦物原料是CaCO3、滑石、TiO2和煅燒高嶺土；由于高嶺土具有化學(xué)惰性、很強(qiáng)的遮蓋能力、成本低、白度高等的性能，所以煅燒高嶺土在油漆中充當(dāng)著填充物和色料替代物，這樣既能控制昂貴燃料的需求量，又能降低生產(chǎn)成本。對(duì)于煅燒高嶺土，除了上述優(yōu)點(diǎn)以外，還有很多特點(diǎn)：形狀不規(guī)則，光學(xué)性能強(qiáng)，顏料自身體積濃度和吸油量較高，耐磨，不易老化，并且遮蓋力也是很高的。在油漆工業(yè)中它的主要用途就是替代白色顏料，尤其是二氧化鈦；另外，在顆粒和類型上是相互對(duì)應(yīng)的，不同類型的油漆用不同顆粒和類型的高嶺土。比如，光澤暗淡或者平光漆中要使用顆粒較粗的煅燒高嶺土；光澤較亮的油漆則需要顆粒比較細(xì)的煅燒高嶺土，并且利用細(xì)粒高嶺土的不透明、防腐性的特點(diǎn)，還可以制造乳膠狀材料。
目前，油漆涂料是我國(guó)煅燒高嶺土最大的消費(fèi)領(lǐng)域，約占總消費(fèi)量的65%－85%。目前， 高檔涂料中將大量使用白度94 以上、粒度4000 目以上(325 目篩余量為零) 的優(yōu)質(zhì)煅燒高嶺土。根據(jù)對(duì)有關(guān)資料的統(tǒng)計(jì)分析，2005 年使用高白度和超細(xì)煅燒高嶺土的油漆涂料廠已經(jīng)占10%，其需求量達(dá)12 萬(wàn)噸。2010 年的時(shí)候該使用比例已經(jīng)提高到30%，需求量達(dá)35 萬(wàn)噸。
以煅燒高嶺土為原材料制成的土聚水泥有很多優(yōu)點(diǎn)，不僅有著有機(jī)高分子的的優(yōu)良性能，而且其工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，最重要的是能夠節(jié)省資源。因此被稱為“綠色建筑材料”。依據(jù)其性能以及發(fā)展分析，在不久的將來(lái)，傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥會(huì)被土聚水泥取代并繼續(xù)擴(kuò)大其適用范圍。因此，煅燒高嶺土材料的研究和發(fā)展直接影響著我國(guó)非金屬礦資源以及經(jīng)濟(jì)的建設(shè)、社會(huì)的發(fā)展。
?歡迎進(jìn)入【粉體論壇】
|
