高岭土结构在煅烧过程中的变化

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1、高岭土结构在煅烧过程中的变化脱羟、脱水反应是高岭土煅烧过程中发生的主要化学变化。以上所有特征可以表明，从低温到高温煅烧的过程中，高岭土晶相发生变化，依次为高岭土、偏高岭土和含尖晶石的高岭土。对煅烧高岭土的晶体结构、化学活性的变化、热力学特征以及煅烧后高岭土理化性能的变化进行研究测试，结果表明，高岭土的S04大量分解，煅烧后高岭土中S03含量降低，煅烧温度在500℃以前时，高岭土晶体结构几乎保持不变，煅烧温度达到550℃时，高岭土晶体结构遭到比较严重的破坏。650℃时，高岭土特征衍射峰几乎全部消失，高岭土结构

2、遭到完全破坏。煅烧温度在750℃．950℃之间时，高岭土开始转变为无定型的偏高岭土。从低温到高温煅烧的过程中，高岭土晶相发生变化，依次为高岭土、偏高岭土和含尖晶石的高岭土。研究发现，煅烧到550℃时，高岭土脱羟化，脱羟化后的高岭土活性强，更易与有机硅烷反应，550℃煅烧高岭土理化性能优越，符合进一步改性的需求。高岭土的差热热重分析如图4—3所示。分析DTA曲线可知：在100℃、150℃、200℃均出现小的吸热谷，这都可以归因于高岭土脱水。其中，煅烧温度为80℃时，高岭土脱去表面吸附水；煅烧温度达到150℃时

3、，内层吸附水脱出，这些吸附水未与高岭土结合成键，故而容易脱出；温度继续升高达到200℃以上时，高岭土层间的插层水脱出，由于其与高岭土结合形成氢键，因而需要较高煅烧温度才能脱出。从TG曲线也可以反映相应的失重情况，失重情况与吸热情况基本一致。从400℃．600℃，DTA曲线显示出显著地吸热谷，TG也曲线急剧下降，变化显著，高岭土失重量达到20％，这可以归因于高岭土结构水的完全消失和羟基脱去，高岭土结构遭到严重破坏。这说明高岭土内部结构水的含量远远大于吸附水，在图4．2的红外谱图变化中也有相似反映。在此温度区间

4、，由于结构水的完全脱出，高岭土也发生很大程度的相变，因此吸热最为明显。530℃以后，TG失重曲线几乎不发生变化，但是DTA曲线吸热，这是高岭土相变所致，并且与XRD测试结果一致。当温度大于850℃时，晶体结构显示已经开始转变为偏高岭土。当温度大于1000℃时，DTA曲线显示出一个显著的放热峰，这表明新的晶相生成。煅烧温度小于450℃时，茂名高岭土基本保持假六方片状和管状结构，煅烧温度在450℃．950℃时，片状结构变模糊，管状结构变细，随温度升高趋近于消失，温度超过1050℃时，片状和管状结构全部消失，呈现

5、出颗粒团聚状态。由图4—4可知，不同煅烧温度高岭土pH值也发生很大变化，温度小于200℃时，煅烧高岭土比原始高岭土的pH值小，这是由于煅烧土对水中游离OH．吸附能力更强，因此释放更多H+。经低温煅烧处理后，高岭土表面的吸附水脱除，大部分硅羟基已经失去，放入水中必须吸附更多的OH．以恢复电荷平衡，因此导致水体中pH值下降。煅烧温度在200℃~400℃时，煅烧处理的高岭土比原始高岭土pH值大，这是由于煅烧温度升高后，高岭土内层吸附水脱出，硅氧四面体和铝氧八面体共同作用使插层水分子脱出，放入手中水，体系pH值反而

6、增高。600℃以后，高岭土结晶水完全脱出，体系pH值降低，直到1050℃基本保持稳定。比表面积的变化是衡量煅烧高岭土效果的最重要参数之一。比表面积越大，吸附能力也越强。如图4．5所示，煅烧温度小于200℃时，比表面积变化呈直线上升的趋势，从79m2儋增加到112．8m2儋，这种情况的产生是由于表面吸附水的脱出导致的。煅烧温度在200℃～400℃时，高岭土内部插层水的失去使比表面积降低，吸附能力减弱。400℃．600℃表面积变化曲线呈上升趋势，这是由于高岭土结晶水完全脱去，晶体结构破坏使比表面积增加，增加幅度

7、较小。640℃以后，，高岭土比表面积下降并趋向于稳定，吸附能力降低。由此可以看出，如果仅仅出于扩大高岭土比表面积的目的，最适宜煅烧温度为180℃。在煅烧过程中，高岭土脱水后，如果温度进一步升高，还要继续发生分解，产生物相变化，并析出新的晶相。因此，不同煅烧程度，所得的产品品质性能和用途也不相同。4．4．2高岭土煅烧过程的行为变化特征高岭土矿物在煅烧过程中的行为很复杂，本章主要对高岭土矿物的煅烧温度区间的行为做描述。(1)低温除湿阶段(也称焙干、烘干或预热阶段)的行为低温(通常小于110℃)是此阶段的主要特征

8、，在此温度下，矿物裂隙内含的自由水，大多数吸附水以及少量层间水开始逐渐渗出。由于此阶段温度低，高岭土矿物本身一般不会发生物理和化学变化。由于矿物原料中上述几种水的脱失和蒸发逸散，由于矿物中水脱出、蒸发散失，根据热力学平衡定律，这个阶段属于吸热过程，在这些水完全散失之前，炉内温度上升较缓慢。此阶段所需的时间，主要受矿物原料中自由水、吸附水、层间水的含量以及杂质中水含量等因素的影响。(2)中温脱羟基阶段、除碳阶段的行