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高嶺土結構在煅燒過程中的變化高嶺土結構在煅燒過程中的變化 高嶺土結構在煅燒過程中的變化 脫羥、脫水反應是高嶺土煅燒過程中發(fā)生的主要化學變化。 以上所有特征可以表明，從低溫到高溫煅燒的過程中，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。 對煅燒高嶺土的晶體結構、化學活性的變化、熱力學特征以及煅燒后高嶺土理化性能的 變化進行研究測試，結果表明，高嶺土的S04大量分解，煅燒后高嶺土中S03含量降低，煅燒溫度在500℃以前時，高嶺土晶體結構幾乎保持不變，煅燒溫度達到550℃時，高嶺土晶體結構遭到比較嚴重的破壞。650℃時，高嶺土特征衍射峰幾乎全部消失，高嶺土結構遭到完全破壞。煅燒溫度在750℃．950℃之間時，高嶺土開始轉變?yōu)闊o定型的偏高嶺土。從低溫到高溫煅燒的過程中，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)，煅燒到550℃時，高嶺土脫羥化，脫羥化后的高嶺土活性強，更易與有機硅烷反應，550℃煅燒高嶺土理化性能優(yōu)越，符合進一步改性的需求。 高嶺土的差熱熱重分析如圖4—3所示。分析DTA曲線可知： 在100℃、150℃、200℃均出現(xiàn)小的吸熱谷，這都可以歸因于高嶺土脫水。其中，煅燒溫度為80℃時，高嶺土脫去表面吸附水；煅燒溫度達到150℃時，內層吸附水脫出，這些 吸附水未與高嶺土結合成鍵，故而容易脫出；溫度繼續(xù)升高達到200℃以上時，高嶺土層間的插層水脫出，由于其與高嶺土結合形成氫鍵，因而需要較高煅燒溫度才能脫出。從TG曲線也可以反映相應的失重情況，失重情況與吸熱情況基本一致。 從400℃．600℃，DTA曲線顯示出顯著地吸熱谷，TG也曲線急劇下降，變化顯著，高嶺土失重量達到20％，這可以歸因于高嶺土結構水的完全消失和羥基脫去，高嶺土結構遭到嚴重破壞。這說明高嶺土內部結構水的含量遠遠大于吸附水， 在圖4．2的紅外譜圖變化中也有相似反映。在此溫度區(qū)間，由于結構水的完全脫出，高嶺土也發(fā)生很大程度的相變，因此吸熱最為明顯。 ℃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，并且與XRD測試結果一致。 當溫度大于850℃時，晶體結構顯示已經開始轉變?yōu)槠邘X土。 當溫度大于1000℃時，DTA曲線顯示出一個顯著的放熱峰，這表明新的晶相生成。 煅燒溫度小于450℃時，茂名高嶺土基本保持假六方片狀和管狀結構，煅燒溫度在450℃．950℃時，片狀結構變模糊，管狀結構變細，隨溫度升高趨近于消失，溫度超過1050℃時，片狀和管狀結構全部消失，呈現(xiàn)出顆粒團聚狀態(tài)。 由圖4—4可知，不同煅燒溫度高嶺土pH值也發(fā)生很大變化，溫度小于200℃ 時，煅燒高嶺土比原始高嶺土的pH值小，這是由于煅燒土對水中游離OH．吸 附能力更強，因此釋放更多H 。經低溫煅燒處理后，高嶺土表面的吸附水脫除， 大部分硅羥基已經失去，放入水中必須吸附更多的OH．以恢復電荷平衡，因此 導致水體中pH值下降。煅燒溫度在200℃~400℃時，煅燒處理的高嶺土比原 始高嶺土pH值大，這是由于煅燒溫度升高后，高嶺土內層吸附水脫出，硅氧 四面體和鋁氧八面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℃以后，高嶺土結晶水完全脫出，體系pH值降低，直到1050℃基 本保持穩(wěn)定。 比表面積的變化是衡量煅燒高嶺土效果的最重要參數(shù)之一。比表面積越大， 吸附能力也越強。如圖4．5所示，煅燒溫度小于200℃時，比表面積變化呈直 線上升的趨勢，從79 m2儋增加到112．8m2儋，這種情況的產生是由于表面吸附 水的脫出導致的。煅燒溫度在200℃～400℃時，高嶺土內部插層水的失去使比 表面積降低，吸附能力減弱。400℃．600℃表面積變化曲線呈上升趨勢，這是由 于高嶺土結晶水完全脫去，晶體結構破壞使比表面積增加，增加幅度較小。640 ℃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， 如果僅僅出于擴大高嶺土比表面積的目的，最適宜煅燒溫度為1 80℃。 在煅燒過程中，高嶺土脫水后，如果溫度進一步升高，還要繼續(xù)發(fā)生分解， 產生物相變化，并析出新的晶相。因此，不同煅燒程度，所得的產品品質性能 和用途也不相同。 ．4．2高嶺土煅燒過程的行為變化特征 高嶺土礦物在煅燒過程中的行為很復雜，本章主要對高嶺土礦物的煅燒溫 度區(qū)間的行為做描述。 (1)低溫除濕階段(也稱焙干、烘干或預熱階段)的行為 低溫(通常小于110℃)是此階段的主要特征，在此溫度下，礦物裂隙內 含的自由水，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發(fā)生物理和化學變化。由于礦物原料中上述幾種水的 脫失和蒸發(fā)逸散，由于礦物中水脫出、蒸發(fā)散失，根據(jù)熱力學平衡定律，這個 階段屬于吸熱過程，在這些水完全散失之前，爐內溫度上升較緩慢。此階段所 需的時間，主要受礦物原料中自由水、吸附水、層間水的含量以及雜質中水含 量等因素的影響。 (2)中溫脫羥基階段、除碳階段的行為 此階段的溫度區(qū)間為1 10℃．925℃，由于溫度逐漸升高，產生熱驅動，煅 燒高嶺土礦物反應開始產生，離子電性吸附水和膠體結晶水逐漸脫失，接著存 礦物晶體結構中以羥基形式存在的結構水逸出脫除。當溫度達到925℃時，高 嶺石礦物中各種形式的水全部脫出。雖然此階段高嶺石的脫水過程是連續(xù)漸進 式的，但在不同溫度范圍內，不同形式水的逃逸順序和逃逸速度都是不同的。 一般情況下，1lO℃。400℃時，膠體水和結晶水迅速脫出；400℃一450℃結構水開始緩慢脫出；450℃一550℃，結構水迅速脫出，稍后速度減慢；550℃．925℃ 結構水及其他殘余水全部脫出。 在這個中溫煅燒階段，高嶺石除脫水變化外，還發(fā)生形式的變化反應。存 ℃．750℃左右煅燒時，高嶺石就會轉變?yōu)槠邘X石或變高嶺石，其反應化學 式如下： (高嶺石) (偏高嶺石) (水) 高嶺石在此煅燒溫度階段，一般彳<會析出新的晶相。與高嶺石相伴的碳質、 碳氫化合物都要發(fā)生相應的變化和脫除。由于高嶺石礦物成分和含量的差異， 結晶有序的的不同，因而在這個煅燒階段為保證實驗有序、正常的進行，要做 到：供熱連續(xù)、溫度穩(wěn)定、原料受熱均勻、時間充足，氣氛適宜。 (3)高溫煅燒階段 凡溫度大于925℃的煅燒過程，都稱之為高溫煅燒階段。由高嶺石煅燒轉 變成的偏高嶺石，從925℃開始轉化成為一種新晶像礦物，即鋁硅尖晶石，同 時熱解出二氧化硅，其化學反應式為： (彳乞Q·2研Q)—馬2彳如D3·3&q &q (偏高嶺石) (鋁硅尖晶石) 當溫度繼續(xù)升高達到1050℃．1100℃范圍時，部分鋁硅尖晶石開始轉變?yōu)?/span> 另一種新晶像礦物，即生成少量結晶差、晶體小，形貌呈針狀、長柱狀的似莫 來石，并繼續(xù)熱解出二氧化硅，其化學反應式為： 彳乞D3·3所D2—盥生專2么，2D3·．野D2 2SfD2 (鋁硅尖晶石) (似莫來石) 在煅燒高嶺土產品中，如果存在含量約15％結晶程度差，晶體細小的似莫 來石，則可以顯著提高產品的光學性能，改善產品的白度、光散射性等指標， 使其產生吏高的經濟效益。如果溫度控制不合適，似莫來石生成量過高，晶體 粗大，產品硬度和磨耗增加，活性顯著降低，則此高嶺土屬于過燒品級，其用 途和領域大受限制，經濟價值降低。 菪溫度繼續(xù)升高，達到1100℃．1400℃時，大量的錨硅尖晶石及似莫來石 就開始轉變?yōu)槟獊硎此^的莫來石化階段，其化學反應式： (2彳，2q·3研D2)—坐墮嶺2(3彳，2q·2研q) 5研D2 當當溫度達到1200℃．1400℃時，莫來石晶體繼續(xù)生長發(fā)展，逐漸長大，這 種礦物晶體呈斜狀或柱狀，其硬度高，機械強度大，具有良好的熱穩(wěn)定性，可用作高級耐火材料。在生成莫來石的同時，還熱解出Si02形式的高溫石英，呈 等軸晶系的八面體或立方體晶形，稱方石英。 高嶺石煅燒溫度區(qū)間和階段劃分，以及高嶺石礦物在各個階段的行為和結 果，不是一成不變的，也小是固定的模式。實際生產的結果，往往與礦石類型、 結晶大小、結晶有序度、雜質等密切相關。 ．5煅燒高嶺土性能及應用 高嶺石是層狀結構的天然礦物，經500℃以上溫度煅燒后開始轉變?yōu)闊o定 型結構，此時高嶺石中si、Al活性逐漸增大。完全煅燒高嶺土和刁≮完全煅燒高 嶺土，都已經從層狀結構高嶺石轉變?yōu)闊o定型結構的偏高嶺土。這個過程理化 性質變化如下： (1)晶體結構由層狀變?yōu)闊o定型狀，粉體孔隙度增大； (2)表面活性官能團從羥基變?yōu)锳1．O鍵和Si．O鍵； (3)酸堿度變化，主要表現(xiàn)為酸度增加，高嶺土pH值一般為6．7，煅燒 高嶺土pH值變化為5．5．6之間； (4)表面積增加； (5)化學穩(wěn)定性和電絕緣性增加； (6)白度高、密度小、吸油性能好等。 優(yōu)良的性能使煅燒高嶺土廣泛應用于造紙、塑料、涂料、橡膠等工業(yè)生產 中，高嶺土在造紙業(yè)中作為填料和涂布料具有穩(wěn)住性；在涂料中作為鈦白的增量劑，既降低成本，又提高粘度和穩(wěn)定性；應用于塑料行業(yè)，增加表面光滑度， 減少熱裂，有利于拋光，耐化學腐蝕；作為橡膠填料既降低成本，又對橡膠有 補強作用。 煅燒溫度的選擇和控制是煅燒高嶺土應用的關鍵。高嶺土在較低溫度煅燒 時，活性比較高，在較高溫度煅燒時，可形成鋁尖晶石，并在一定溫度產生莫來 石化，此時高嶺土的活性比較低，不能滿足生產有機聚合物產品的需求。因此對 于實際生產應用中的不同行業(yè)，應選擇不同煅燒溫度的高嶺土，并根據(jù)不同的技 術參數(shù)要求進行表面改性。例如：電纜用改性高嶺土就需要用低溫煅燒出的高嶺 土，其表面活性好，在電纜中應用能起到很好的效果。應用于絕緣電纜的填充劑， 則需要較高溫度煅燒高嶺土，高溫煅燒的高嶺土化學穩(wěn)定性和電絕緣性都比較 高，有利于提高電阻率。涂料用改性高嶺土的煅燒溫度可以偏高，因為它主要是 替代部分顏料，但也不能過高，過高容易產生莫來石化導致性能下降。 煅燒脫羥后，再經研磨或者化學表面改性后，高嶺土經常作為填料補強填料充填橡膠、塑料，具有良好的補強作用，也可作為涂料的功能性添加劑，優(yōu)化涂料性能。 摘錄于“茂名高嶺土的改性研究”
河南華冠環(huán)�？萍加邢薰�在山西境內有大量的煅燒高嶺土行業(yè)業(yè)績，細度有325、800、1000、1250目， 產量有50-200噸每天產能，可技術轉讓，可出售設備，產品。 河南華冠環(huán)保科技有限公司專業(yè)致力于資源再利用、高嶺土行業(yè)，生產的回轉窯運轉率可提高10%以上，產量提高5%～10%，能耗降低20%左右，產能達到50-500t/d，更加節(jié)能環(huán)保。如有需求，可直接咨詢18637113703(微信同號)，華冠環(huán)保科技公司為您竭誠服務，隨時歡迎前來參觀! 專業(yè)售后服務！
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