煅燒高嶺土在建筑材料領域的應用
時間：2020-10-24 作者：古道化學 點擊:
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新型膠凝材料－土聚水泥
土聚水泥是最近30 年發(fā)展起來的新材料， 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）。因在其水化產物中含有大量與一些構成地殼物質相似的化合物—含硅鋁鏈的“無機聚合物”而得名。土聚水泥是以高嶺土為原料經較低溫度（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(shù)從6 配位轉化為4 或5 配位，高嶺石結構轉化為無定型結構的偏高嶺土，有較高的火山灰活性。處于介穩(wěn)狀態(tài)的偏高嶺土等無定型硅鋁化合物經堿性激活劑及促硬劑的作用，硅鋁氧化合物經歷了一個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離子來平衡。
在土聚水泥的反應以及成型過程中，水是必不可少的，它在該過程中充當著介質的作用，并且在凝固后部分水份作為結構水存在于反應物中，但是，土聚水泥不會出現(xiàn)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，離子鍵和共價鍵作為主要終產物，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。
混凝土摻合料
偏高嶺土－（Metakaolin,簡稱MK）是高嶺土（Al2O3·2SiO2·2H2O）在適當溫度（500-900℃）下脫水形成的無水硅酸鋁（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)熱力學介穩(wěn)狀態(tài)，此時具有強烈的火山灰活性,有超級火山灰（Super－Pozzolan）之稱。偏高嶺土易于與水泥水化產物CH 和水反應后生成水化產物，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代替硅灰。
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，又能降低生產成本。對于煅燒高嶺土，除了上述優(yōu)點以外，還有很多特點：形狀不規(guī)則，光學性能強，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，在顆粒和類型上是相互對應的，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，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)質煅燒高嶺土。根據(jù)對有關資料的統(tǒng)計分析，2005 年使用高白度和超細煅燒高嶺土的油漆涂料廠已經占10%，其需求量達12 萬噸。2010 年的時候該使用比例已經提高到30%，需求量達35 萬噸。
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