我國是世界上最早發(fā)現高嶺土的國家之一，并順利將其應用在各個(gè)行業(yè)中。非煤系高嶺土資源，我國的儲量排于世界第五位。煤系高嶺土的資源儲量居于世界首位。到2003 年底，統計我國21 省市的所有產(chǎn)地儲量， 基礎總儲量為5.46 億噸， 探明遠景儲量及推算儲量為180.5 億噸，大部分以煤層中夾矸、頂底板或單獨的形式存在于我國東北、西北和石炭-二疊紀煤系中，其中最多的資源分布在內蒙古準格爾煤田。另外，在產(chǎn)量上來(lái)看，我國的產(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(kāi)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(cháng)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70 年代末，法國Davidovits 教授開(kāi)發(fā)了一類(lèi)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成地殼物質(zhì)相似的化合物—含硅鋁鏈的“無(wú)機聚合物”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：
2n[Si2O5,Al2(OH)4]→ 2(Si2O5,Al2O2)n＋ 4nH2O
（1）該反應使Al 的配位數從6 配位轉化為4 或5 配位，高嶺石結構轉化為無(wú)定型結構的偏高嶺土，有較高的火山灰活性。處于介穩狀態(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(guò)程，形成類(lèi)似地殼中一些天然礦物的鋁硅酸鹽網(wǎng)絡(luò )狀結構。土聚水泥具有有機高聚物的鏈接結構，但其基本結構為無(wú)機的硅氧四面體和鋁氧四面體，其中負電荷由堿金屬和堿土金屬等陽(yáng)離子來(lái)平衡。
在土聚水泥的反應以及成型過(guò)程中，水是必不可少的，它在該過(guò)程中充當著(zhù)介質(zhì)的作用，并且在凝固后部分水份作為結構水存在于反應物中，但是，土聚水泥不會(huì )出現硅酸鈣的水化反應。相比于高分子聚合物，單體在土聚水泥的聚合反應之前是不存在的，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(lèi)沸石型的微晶體結構,如方鈉石:
（Na）n(Si-O-Al-O)n；方沸石：(Na, Ca, Mg)n(Si-O-Al-O)n 等。
這些礦物形成了獨特籠形結構， 可開(kāi)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(chēng)MK）是高嶺土（Al2O3·2SiO2·2H2O）在適當溫度（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則的，呈現熱力學(xué)介穩狀態(tài)，此時(shí)具有強烈的火山灰活性,有超級火山灰（Super－Pozzolan）之稱(chēng)。偏高嶺土易于與水泥水化產(chǎn)物CH 和水反應后生成水化產(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著(zhù)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)：形狀不規則，光學(xué)性能強，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(lèi)型上是相互對應的，不同類(lèi)型的油漆用不同顆粒和類(lèi)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的煅燒高嶺土，并且利用細粒高嶺土的不透明、防腐性的特點(diǎn)，還可以制造乳膠狀材料。
目前，油漆涂料是我國煅燒高嶺土最大的消費領(lǐng)域，約占總消費量的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。根據對有關(guān)資料的統計分析，2005 年使用高白度和超細煅燒高嶺土的油漆涂料廠(chǎng)已經(jīng)占10%，其需求量達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(zhù)有機高分子的的優(yōu)良性能，而且其工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，最重要的是能夠節省資源。因此被稱(chēng)為“綠色建筑材料”。依據其性能以及發(fā)展分析，在不久的將來(lái)，傳統的硅酸鹽水泥會(huì )被土聚水泥取代并繼續擴大其適用范圍。因此，煅燒高嶺土材料的研究和發(fā)展直接影響著(zhù)我國非金屬礦資源以及經(jīng)濟的建設、社會(huì )的發(fā)展。
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