[教材]高嶺土結(jié)構(gòu)在煅燒過程中的變化

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1、高嶺土結(jié)構(gòu)在鍛燒過程中的變化脫疑、脫水反應(yīng)是高嶺土鍛燒過程中發(fā)牛的主要化學(xué)變化。以上所有特征可以表明，從低溫到高溫鍛燒的過程屮，高嶺土晶相發(fā)生變化，依次為高嶺土、偏高嶺土和含尖晶石的高嶺土。對(duì)鍛燒高嶺土的晶體結(jié)構(gòu)、化滬活性的變化、熱力學(xué)特征以及鍛燒后高嶺土理化性能的變化進(jìn)行研究測(cè)試，結(jié)果表明，高嶺土的so.,大量分解，鍛燒后高嶺土中S03含雖降低，鍛燒溫度在500°C以前時(shí)，高嶺十晶體結(jié)構(gòu)幾乎保持不變，鍛燒溫度達(dá)到550°C時(shí)，高嶺十-晶體結(jié)構(gòu)遭到比較嚴(yán)重的破壞。650°C時(shí)，高嶺土特征衍射峰兒乎全部消失，高嶺土結(jié)構(gòu)遭到完全破壞。鍛燒溫度在750°C.950°CZ間時(shí)，高嶺土開始轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定

2、型的偏高嶺土。從低溫到高溫鍛燒的過程中，高嶺土晶相發(fā)生變化，依次為高嶺土、偏高嶺土和含尖晶石的高嶺土。研究發(fā)現(xiàn)，鍛燒到550°C時(shí)，高嶺土脫％化，脫釋化后的髙嶺土活性強(qiáng)，更易與有機(jī)硅烷反應(yīng),550°C鍛燒高嶺土理化性能優(yōu)越，符合進(jìn)一步改性的需求。高嶺土的差熱熱重分析如圖4—3所示。分析DTAllll線可知：在100°C、150°C、200°C均出現(xiàn)小的吸熱谷，這都可以歸因于高嶺土脫水。其中，鍛燒溫度為80°C吋，高嶺土脫去表面吸附水；鍛燒溫度達(dá)到150°C吋，內(nèi)層吸附水脫出，這些吸附水未與高嶺土結(jié)合成鍵，故而容易脫出；溫度繼續(xù)升高達(dá)到200°C以上時(shí)，高嶺土層間的插層水脫岀，山于其與髙嶺土

3、結(jié)合形成氮鍵，因而需要較高鍛燒溫度才能脫出。從TG曲線也可以反映相應(yīng)的失重情況，失重情況與吸熱情況基本一致。從400°C.600°C,DTA曲線顯示出顯著地吸熱谷，TG也曲線急劇下降，變化顯著，高嶺土失重量達(dá)到20%,這町以歸因于高嶺土結(jié)構(gòu)水的完全消失和為基脫去，高嶺土結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞。這說明高嶺土內(nèi)部結(jié)構(gòu)水的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)人于吸附水，在圖4.2的紅外譜圖變化中也冇相似反映。在此溫度區(qū)間，由于結(jié)構(gòu)水的完全脫出，高嶺土也發(fā)生很大程度的和變，因此吸熱最為明顯。530°C以后，TG失重曲線幾乎不發(fā)生變化，但是DTA曲線吸熱，這是高嶺土相變所致，并口與XRD測(cè)試結(jié)果一致。當(dāng)溫度大于850°C吋，品體結(jié)構(gòu)

4、顯示已經(jīng)開始轉(zhuǎn)變?yōu)槠邘X土。當(dāng)溫度大于1000°C時(shí)，DTAllll線顯示出一個(gè)顯著的放熱峰，這表明新的晶相牛成。鍛燒溫度小J*"450°C時(shí)，茂名高嶺土基本保持假六方片狀和管狀結(jié)構(gòu)，鍛燒溫度在450°C.950°C時(shí)，片狀結(jié)構(gòu)變模糊，管狀結(jié)構(gòu)變細(xì)，隨溫度升高趨近于消失，溫度超過1050°C時(shí)，片狀和管狀結(jié)構(gòu)全部消失，呈現(xiàn)岀顆粒團(tuán)聚狀態(tài)。山圖4—4可知，不同燉燒溫度高嶺土pH值也發(fā)牛.很大變化，溫度小于200°C時(shí)，鍛燒高嶺土比原始高嶺土的pH值小，這是由于鍛燒土對(duì)水屮游離0H?吸附能力更強(qiáng)，因此釋放更多H+。經(jīng)低溫鍛燒處理后，高嶺土表面的吸附水脫除，人部分硅耗基已經(jīng)失去，放入水屮必須吸附

5、更多的011.以恢復(fù)電荷平衡，因此導(dǎo)致水體屮pH值下降。鍛燒溫度在200°C~400°C時(shí)，鍛燒處理的高嶺土比原始高嶺土pH值大，這是由于鍛燒溫度升高后，高嶺土內(nèi)層吸附水脫出，硅氧四而體和鋁氧八而體共同作用使插層水分子脫出，放入手中水，體系pH值反而增高。600°C以后，高嶺土結(jié)晶水完全脫出，體系pH值降低，直到1050°C基本保持穩(wěn)定。比表而積的變化是衡暈鍛燒高嶺土效果的最重要參數(shù)之一。比表面積越人，吸附能力也越強(qiáng)。如圖4.5所示，鍛燒溫度小于200°C吋，比表面積變化呈直線上升的趨勢(shì)，從79m2僧增加到112.8m2>,這種情況的產(chǎn)生是rfl于表面吸附水的脫出導(dǎo)致的。鍛燒溫度在200°

6、C?400°C時(shí)，高嶺土內(nèi)部插層水的失去使比表血積降低，吸附能力減弱。400°C.600°C表面積變化曲線呈上升趨勢(shì)，這是山于高嶺土結(jié)晶水完全脫去，晶體結(jié)構(gòu)破壞使比表而積增加，增加幅度較小。640°C以后，，高嶺土比表面積下降并趨向于穩(wěn)定，吸附能力降低。由此可以看出，如果僅僅出于擴(kuò)大高嶺土比表而積的H的，最適宜鍛燒溫度為1805在鍛燒過程中，高嶺土脫水后，如果溫度進(jìn)一步升高，還要繼續(xù)發(fā)生分解，產(chǎn)牛物相變化，并析出新的晶相。因此，不同鍛燒程度，所得的產(chǎn)品品質(zhì)性能和用途也不相同。4.4.2高嶺土燉燒過程的行為變化特征高嶺土礦物在鍛燒過程屮的行為很復(fù)雜，本章主耍對(duì)高嶺土礦物的鍛燒溫度區(qū)間的行為做

7、描述。（1）低溫除濕階段（也稱焙干、烘干或預(yù)熱階段）的行為低溫（通常小于110°C）是此階段的主要特征，在此溫度下，礦物裂隙內(nèi)含的H由水，大多數(shù)吸附水以及少量層間水開始逐漸滲出。由于此階段溫度低，高嶺土礦物本身一般不會(huì)發(fā)牛物理和化學(xué)變化。山于礦物原料中上述兒種水的脫失和蒸發(fā)逸散，由于礦物屮水脫出、蒸發(fā)散失，根據(jù)熱力學(xué)平衡定律，這個(gè)階段加于吸熱過程，在這些水完全散失Z前，爐內(nèi)溫度上升較緩慢。此階段所需的時(shí)間，主要受礦物原料