煅燒高嶺土在建筑涂料中的應(yīng)用

巴達瑪日嘎 安 妮

（1.內(nèi)蒙古蒙西高嶺粉體股份有限公司，內(nèi)蒙古 烏海 016000；2.鄂托克旗蒙西置業(yè)有限責任公司，內(nèi)蒙古 烏海 016014）

0 前言

我國是世界上最早發(fā)現(xiàn)高嶺土的國家之一，并順利將其應(yīng)用在各個行業(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(tǒng)計我國21省市的所有產(chǎn)地儲量，基礎(chǔ)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?shù)装寤騿为毜男问酱嬖谟谖覈鴸|北、西北和石炭-二疊紀煤系中，其中最多的資源分布在內(nèi)蒙古準格爾煤田。另外，在產(chǎn)量上來看，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、石英和長石等其它礦物伴生。高嶺土的化學成分中含有大量的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(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(yīng)：

（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)。土聚水泥具有有機高聚物的鏈接結(jié)構(gòu)，但其基本結(jié)構(gòu)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(yīng)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(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(yīng)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(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(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(chǎn)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(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(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(jù)對有關(guān)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(jīng)占10%，其需求量達12萬噸。2010年的時候該使用比例已經(jīng)提高到30%，需求量達35萬噸。

2 結(jié)語

以煅燒高嶺土為原材料制成的土聚水泥有很多優(yōu)點，不僅有著有機高分子的的優(yōu)良性能，而且其工藝簡單，價格低廉，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，傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥會被土聚水泥取代并繼續(xù)擴大其適用范圍。因此，煅燒高嶺土材料的研究和發(fā)展直接影響著我國非金屬礦資源以及經(jīng)濟的建設(shè)、社會的發(fā)展。

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