匡敬忠，邱廷省，施 芳

(江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，贛州 341000)

熱處理對高嶺石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變及活性的影響

匡敬忠，邱廷省，施 芳

(江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，贛州 341000)

采用煅燒高嶺石的方法制備礦物聚合材料，采用DTA-TG、XRD和IR分析等手段研究高嶺石經(jīng)過熱處理后的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程。結(jié)果表明：熱處理直接影響到高嶺石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變及煅燒高嶺石的活性。煅燒后，高嶺石的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變經(jīng)歷了脫羥基(約541 ℃)、偏高嶺石化(541～850 ℃)和Al2O3分凝(＞950 ℃)3個(gè)過程，煅燒溫度達(dá)到950 ℃后，生成新相γ-Al2O3。通過對煅燒高嶺石所制備的礦物聚合材料抗折強(qiáng)度的評價(jià)確定了煅燒高嶺石活性較適宜的熱處理制度：煅燒溫度為850 ℃，煅燒時(shí)間3 h。煅燒高嶺石的長程無序特征是煅燒高嶺石具有較高活性的原因，γ-Al2O3的生成是導(dǎo)致煅燒高嶺石活性下降和礦物聚合材料抗折強(qiáng)度降低的主要原因。

高嶺石；煅燒；活性；結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變；礦物聚合材料

高嶺石是一種層狀結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽粘土礦物，原礦高嶺石并不具備制備礦物聚合材料所需的火山灰活性，要使之獲得活性，必須對它進(jìn)行活化處理[1-2]。處理方法是對高嶺石進(jìn)行煅燒，使高嶺石脫去其鋁氧八面體中的—OH，改變Al的配位數(shù)，使原來為有序結(jié)構(gòu)的高嶺石變成無序結(jié)構(gòu)的偏高嶺石以獲得活性[3]。煅燒高嶺石的活性取決于生料的性質(zhì)(礦物組成、結(jié)晶狀況等)和煅燒條件，其中煅燒過程中的溫度條件是研究最多的參數(shù)之一[4-6]。對于煅燒高嶺石活性的評價(jià)，相關(guān)文獻(xiàn)分別采用 XPS、IEP、X射線衍射分析、熱重分析和掃描量熱分析進(jìn)行評價(jià)[7-8]，但郭文瑛等[9]認(rèn)為評價(jià)煅燒高嶺石活性最有效的方法是直接用偏高嶺石制備礦物聚合材料并養(yǎng)護(hù)到一定齡期后，通過測試其強(qiáng)度來評價(jià)煅燒高嶺石的活性。盡管許多學(xué)者對高嶺石的活化處理進(jìn)行了大量研究，但高嶺石在熱處理過程中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變情況尚不清楚，尤其是沒有弄清高嶺石在熱處理過程中高嶺石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變與其活性之間的內(nèi)在聯(lián)系。

本文作者首先采用 DTA-TG分析確定高嶺石的煅燒溫度范圍，然后采用XRD 、IR和SEM分析煅燒高嶺石的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和微觀結(jié)構(gòu)，并以煅燒高嶺石制備礦物聚合材料的強(qiáng)度來討論煅燒溫度和時(shí)間對煅燒高嶺石活性的影響，以探討高嶺石在熱處理過程中結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變與其活性之間的內(nèi)在聯(lián)系。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料和方法

高嶺石為水洗高嶺石，其化學(xué)組成如表1所列；工業(yè)級水玻璃，模數(shù)為 3.0～3.2；分析純的 NaOH；骨料為某鎢礦的尾礦。

表1 高嶺石的化學(xué)組成Table1 Chemical composition of kaolinite (mass fraction,%)

用煅燒高嶺石制備礦物聚合材料并養(yǎng)護(hù)到一定齡期后，測試其抗折強(qiáng)度來評價(jià)煅燒高嶺石的活性，高嶺石煅燒實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表2所列。

1.2 結(jié)構(gòu)表征

熱分析采用美國 PE公司的 PYRISDIAMOND TG/DTA型綜合熱分析儀，實(shí)驗(yàn)采用樣品為粒徑小于0.074 mm的高嶺石粉，參比樣為α-Al2O3粉；由室溫開始，按照20 ℃/min速率升溫至1 200 ℃。物相分析所用儀器為日本理學(xué)miniflex型X射線衍射分析儀，測定樣品的 XRD譜，然后利用 Hanawalt方法檢索JCPDS卡片，確定樣品中含有的晶相種類，采用Cu Kα線輻射(λ=1.541 78 ?)，掃描范圍為 5°～80°。采用 KBr壓片法在 Thermo Nicolet公司生產(chǎn)的FT-IR AVATAR 370型紅外光譜儀上測定各試樣的紅外吸收光譜，光譜測定波數(shù)范圍為400～4 000 cm-1。將試樣噴金后，采用 Philips公司的 XL30型掃描電鏡觀察其顯微結(jié)構(gòu)。采用KZJ500-1型水泥電動抗折實(shí)驗(yàn)機(jī)測定礦物聚合材料的抗折強(qiáng)度，試樣尺寸為40 mm × 40 mm ×160 mm。

表2 高嶺石煅燒實(shí)驗(yàn)參數(shù)Table2 Parameters of kaolinite calcination

2 結(jié)果分析與討論

2.1 高嶺石的DTA分析

高嶺石的DTA-TG測試結(jié)果如圖1所示。由圖1的DTA曲線可知，第一個(gè)吸熱峰值為70 ℃，這是由于高嶺石的吸附水被蒸發(fā)；第二個(gè)吸熱峰值為541 ℃，這是因?yàn)楦邘X石脫去羥基發(fā)生吸熱反應(yīng)所致；隨著溫度繼續(xù)升高，出現(xiàn)了放熱峰，起始溫度為965 ℃左右，放熱峰值溫度為1 013 ℃，這主要是由于一些物質(zhì)的晶型轉(zhuǎn)變或生成了新物質(zhì)放熱而形成的。由圖 1的TG曲線可知，高嶺石經(jīng)過煅燒后，樣品總質(zhì)量損失率為 13.3%，其中以結(jié)構(gòu)水的損失最大，損失率為8.7%。而在 541～965 ℃之間，此時(shí)高嶺石可能以偏高嶺石的形式存在，在該溫度范圍內(nèi)，煅燒高嶺石的活性較高，可能是煅燒高嶺石的適宜溫度區(qū)間。因此，選擇在不同溫度(650、750、850、950 ℃)下進(jìn)行高嶺石煅燒，煅燒時(shí)間在1～3 h較為適宜。按高嶺石的煅燒時(shí)間分別為1、2、3 h制定高嶺石煅燒的實(shí)驗(yàn)表進(jìn)行煅燒實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2所列。

圖1 高嶺石DTA-TGFig.1 DTA and TG curves of kaolinite

2.2 煅燒高嶺石的XRD分析

對不同煅燒條件下的高嶺石及高嶺石原礦樣進(jìn)行XRD衍射分析，結(jié)果如圖2～4所示。由圖2～4可見：原礦高嶺石未經(jīng)過煅燒時(shí)，其 XRD譜線中高嶺石的特征峰明顯，同時(shí)還有石英和白云母的特征峰；而經(jīng)過650～850 ℃煅燒后，其XRD譜線中已經(jīng)沒有高嶺石的特征峰，其結(jié)構(gòu)內(nèi)羥基大量脫除，晶體結(jié)構(gòu)受到破壞，反映高嶺石結(jié)晶結(jié)構(gòu)特征的衍射銳峰強(qiáng)度迅速降低或消失，呈現(xiàn)出無定形物質(zhì)的衍射特點(diǎn)，表明熱變高嶺石呈非晶態(tài)結(jié)構(gòu)特征，即具有長程無序特點(diǎn)。不同溫度煅燒后偏高嶺石微結(jié)構(gòu)差別主要決定于結(jié)構(gòu)基元之間的連接和無序性。偏高嶺石中原子排列不規(guī)則，呈現(xiàn)熱力學(xué)介穩(wěn)狀態(tài)，在適當(dāng)條件激發(fā)下具有膠凝性。

圖2 不同溫度煅燒1 h高嶺石的XRD譜Fig.2 XRD patterns of kaolinite calcined at different temperatures for 1 h

圖3 不同溫度煅燒2 h高嶺石的XRD譜Fig.3 XRD patterns of kaolinite calcined at different temperatures for 2 h

圖4 不同溫度煅燒3 h高嶺石的XRD譜Fig.4 XRD patterns of kaolinite calcined at different temperatures for 3 h

經(jīng)過950 ℃煅燒時(shí)，其XRD譜線中出現(xiàn)了強(qiáng)度很弱的γ-Al2O3的特征峰，說明在950 ℃，煅燒時(shí)高嶺石再分解出γ-Al2O3。因此，可以認(rèn)為高嶺石在加熱過程中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程和分解反應(yīng)為

2.3 煅燒高嶺石的IR分析

圖5 不同溫度煅燒1 h高嶺石的IR曲線Fig. 5 IR spectra of kaolinite calcined at different temperatures for 1 h

圖6 不同溫度煅燒2 h高嶺石的IR曲線Fig. 6 IR spectra of kaolinite calcined at different temperatures for 2 h

圖7 不同溫度煅燒3 h高嶺石的IR曲線Fig. 7 IR spectra of kaolinite calcinedat different temperatures for 3 h

圖 5～7所示為高嶺石原礦及在不同煅燒制度下煅燒高嶺石的紅外光譜。由圖5～7可知，高嶺石原礦的IR譜與標(biāo)準(zhǔn)高嶺石的幾乎完全一致，其高頻區(qū)吸收峰(3 695和3 621 cm-1)為高嶺石羥基基團(tuán)的振動特征峰，其中 3 695 cm-1歸屬于表面羥基的振動，3 621 cm-1歸屬于面內(nèi)羥基的振動；經(jīng)過650 ℃煅燒后，這兩個(gè)吸收峰完全消失，合并為一寬的吸收帶 3 450 cm-1。VALERIA等[10]研究了偏高嶺石紅外光譜，指出3 450和1 650 cm-1寬帶屬于樣品中的吸附水。此時(shí)高嶺石羥基已大量脫除，晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生崩塌。

中低頻區(qū)(1 200～400 cm-1)的特征峰雖然不具備高頻區(qū)那樣明顯的鑒別特征，但是這些峰特征仍是具有較高有序度的高嶺石的標(biāo)志[11]，1 088 cm-1歸屬于Si—O的伸縮振動，Si—O—Al的振動為810 cm-1，而Si—O的彎曲振動為470 cm-1；950～900 cm-1屬于Al—O—OH的彎曲振動，934 cm-1為表面羥基的面內(nèi)彎曲振動，912 cm-1為內(nèi)部羥基的振動。而經(jīng)過650 ℃到950 ℃煅燒后，在400～1 350 cm-1范圍內(nèi)只留下了表征Si—O伸縮振動的1 085 cm-1、Al—O—Si振動的800 cm-1和Si—O彎曲振動的470 cm-13條譜帶，并變成了幾個(gè)寬帶，這些吸收帶均為偏高嶺石形成的特征吸收帶；而高嶺石934 cm-1表面羥基振動和912 cm-1內(nèi)部羥基振動消失。由于高嶺石中鋁氧八面體層羥基的脫出，必然導(dǎo)致部分 Al—O—Al的出現(xiàn)，GRANIZO等[12]指出810 cm-1屬于偏高嶺石四面體Al中的Al—O鍵吸收峰。另外，圖5～7所示的紅外光譜結(jié)果也表明，在950 ℃煅燒時(shí)出現(xiàn)了570和750 cm-1兩個(gè)新的吸收帶。魏存第等[13]認(rèn)為這是 γ-Al2O3產(chǎn)生的吸收帶，同時(shí)他通過27AlMAS NMR證實(shí)950 ℃時(shí)為 γ-Al2O3。這表明本研究結(jié)果與其研究結(jié)果是一致的。前面XRD分析提到高嶺石經(jīng)過950 ℃煅燒后出現(xiàn)了強(qiáng)度很弱的γ-Al2O3的特征峰，這與IR結(jié)構(gòu)分析的觀點(diǎn)相吻合。

2.4 高嶺石和煅燒高嶺石的微觀結(jié)構(gòu)分析

高嶺石是含結(jié)構(gòu)水的層狀硅酸鹽礦物，結(jié)構(gòu)單元層由一層四面體片與一層八面體片疊置在一起構(gòu)成，其中的結(jié)構(gòu)羥基分布在鋁氧八面體層中。當(dāng)結(jié)構(gòu)水脫出時(shí)，鋁氧八面體層的結(jié)構(gòu)會被破壞，而硅氧四面體層則基本保持原有的層狀結(jié)構(gòu)特征，使得偏高嶺石保持了層片狀結(jié)構(gòu)特征。圖8所示為高嶺石原礦的SEM像。由圖8可見，高嶺石原礦很明顯呈層片狀。圖9所示為高嶺石在850 ℃煅燒3 h后的SEM像。由圖9可見，在850 ℃煅燒后的高嶺石雖然脫去了內(nèi)外羥基，但它仍然保持部分高嶺石層片狀的結(jié)構(gòu)特征，說明偏高嶺石具有層片狀碎片的中程有序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。偏高嶺石這種層片狀結(jié)構(gòu)與高嶺石不同的是鋁氧八面體層的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了無序化，從而導(dǎo)致了煅燒高嶺石的長程無序特征，因此，煅燒后的高嶺石具有較高的活性[14]。此外，前面的 XRD分析結(jié)果中也沒有發(fā)現(xiàn)偏高嶺石的特征峰，說明其不具有晶相的特性，可能為無定形結(jié)構(gòu)，也是其具有活性的原因所在。

圖8 高嶺石原礦的SEM像Fig. 8 SEM image of raw kaolinite

圖9 在850 ℃煅燒3 h的高嶺石SEM像Fig. 9 SEM image of kaolinite calcined at 850 ℃ for 3 h

2.5 煅燒高嶺石的活性評價(jià)

根據(jù)代新祥和文梓蕓[15]的實(shí)驗(yàn)研究，采取以下實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行偏高嶺石制備礦物聚合材料的實(shí)驗(yàn)：偏高嶺石占固相含量20%、硅酸鈉占液相含量60%(兩者皆為質(zhì)量分?jǐn)?shù))、固液質(zhì)量比為4.0、養(yǎng)護(hù)溫度60 ℃、養(yǎng)護(hù)時(shí)間24 h后脫模，測試其制品在3、7和28 d的抗折強(qiáng)度。通過抗折強(qiáng)度的大小來評價(jià)煅燒制度對煅燒高嶺石活性的影響，確定煅燒高嶺石的最佳煅燒制度。不同煅燒制度下的高嶺石制備的礦物聚合材料的實(shí)驗(yàn)條件和抗折強(qiáng)度結(jié)果如表3所列，煅燒制度對抗折強(qiáng)度的影響如圖10～12所示。

由圖10～12可知，煅燒溫度和煅燒時(shí)間對煅燒高嶺石制備的礦物聚合材料的抗折強(qiáng)度影響較大，礦物聚合材料的抗折強(qiáng)度越大說明煅燒高嶺石的活性越高。在相同煅燒溫度下，隨著煅燒時(shí)間的延長，高嶺石的活性總體隨之升高。這表明隨著煅燒時(shí)間的延長，高嶺石脫羥基更加徹底，從而顯示出更高的活性。在相同煅燒時(shí)間下，隨著煅燒溫度的不同，煅燒高嶺石的活性表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。在煅燒溫度為750 ℃、煅燒時(shí)間為3 h時(shí)，其相應(yīng)的抗折強(qiáng)度低于在650和850 ℃煅燒3 h時(shí)的，可能與Si—O鍵、Al—O—Si鍵的振動有關(guān)。曹德光等[14]研究表明，這兩個(gè)結(jié)構(gòu)特征峰的強(qiáng)度和位置反映了煅燒高嶺石的鍵合反應(yīng)能力。由圖7所示的IR譜線可知，在750 ℃煅燒時(shí)，Si—O鍵伸縮振動的1 085 cm-1、Al—O—Si鍵振動的800 cm-1和Si—O彎曲振動的470 cm-1這3條譜帶的吸收強(qiáng)度都低于在650和850 ℃煅燒時(shí)的，這可能導(dǎo)致煅燒溫度為 750 ℃時(shí)，其相應(yīng)的抗折強(qiáng)度低于在650和850 ℃煅燒時(shí)的抗折強(qiáng)度。當(dāng)煅燒溫度為 650℃、煅燒時(shí)間為3 h時(shí)，盡管其相應(yīng)的28 d抗折強(qiáng)度與在850 ℃煅燒時(shí)的很接近，但其相應(yīng)的3 d和7 d抗折強(qiáng)度明顯較低，說明其早期強(qiáng)度偏低。綜合考慮各因素，可認(rèn)為煅燒溫度為850 ℃、煅燒時(shí)間為3 h時(shí)煅燒高嶺石的活性最高。

表3 煅燒高嶺石制備礦物聚合材料的實(shí)驗(yàn)條件和抗折強(qiáng)度Table3 Experimental conditions and bending strength of geopolymers made by calcined kaolinites

圖10 礦物聚合材料3 d抗折強(qiáng)度Fig. 10 Bending strength of geopolymers for 3 d

圖11 礦物聚合材料7 d抗折強(qiáng)度Fig. 11 Bending strength of geopolymers for 7 d

圖12 礦物聚合材料28 d抗折強(qiáng)度Fig. 12 Bending strength of geopolymers for 28 d

由圖10～12可知，在950 ℃煅燒時(shí)，其相應(yīng)的抗折強(qiáng)度明顯降低。當(dāng)煅燒溫度達(dá)到950 ℃時(shí)，高嶺石由于煅燒溫度過高開始產(chǎn)生了γ-Al2O3新相，導(dǎo)致煅燒高嶺石的活性下降，由其所制備礦物聚合材料的抗折強(qiáng)度也較低。其主要原因是結(jié)晶相 γ-Al2O3中的 Al為四配位和六配位，而偏高嶺石中的Al為四配位、五配位和六配位[16-17]；偏高嶺石在堿激發(fā)下能形成礦物聚合材料的基本構(gòu)成單元 PS(—Si—O—Al—)、PSS(—Si—O—Al—O—Si—)和 PSD(—Si—O—Al—O—Si—O—Si—O))[18]，而 γ-Al2O3無法形成類似結(jié)構(gòu)單元，失去膠凝性造成強(qiáng)度降低。FLETCHER等[19]研究了SiO2/Al2O3比對礦物聚合材料強(qiáng)度的影響，指出氧化鋁的增加會導(dǎo)致強(qiáng)度下降，其結(jié)論與本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。

由此可見，煅燒制度與煅燒高嶺石的反應(yīng)活性密切相關(guān)。根據(jù)煅燒高嶺石制備的礦物聚合材料的抗折強(qiáng)度可以確定高嶺石活化的較適宜條件為煅燒溫度850 ℃，煅燒時(shí)間為3 h。

3 結(jié)論

1) 高嶺石經(jīng)過熱處理后，其結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變經(jīng)歷了脫羥基(約 541 ℃)、偏高嶺石化(541～850 ℃)和 Al2O3分凝(＞950 ℃)等過程，煅燒溫度達(dá)到950 ℃后生成了新相γ-Al2O3。

2) 通過對所制備的礦物聚合材料的抗折強(qiáng)度評價(jià)可知：煅燒制度會改變煅燒高嶺石的結(jié)構(gòu)，煅燒后高嶺石的羥基大量脫除、高嶺石有序度降低，鋁氧八面體層的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了無序化，從而導(dǎo)致了偏高嶺石的長程無序特征，使煅燒高嶺石具有較高的活性，但偏高嶺石仍保持了層片狀的結(jié)構(gòu)特征。煅燒高嶺石的較適宜熱處理制度為煅燒溫度850 ℃，煅燒時(shí)間3 h。

3) 燒溫度高于 950 ℃后，γ-Al2O3的生成會導(dǎo)致煅燒高嶺石的活性下降，其相應(yīng)的礦物聚合材料的抗折強(qiáng)度也降低。

REFERENCES

[1] de SILVA P S, MINDESS S. Pozzolanic activation of metakaolin[J]. Adv Cem Res, 1992, 4(16): 167-178.

[2] DAVIDOVITS J. Geopolymers: Inorganic polymeric new materials[J]. J Therm Anal, 1991, 37: 1633-1656.

[3] WANG M R, JIA D C, HE P G, ZHOU Y. Influence of calcination temperature of kaolin on the structure and properties of final geopolymer[J]. Materials Letters, 2010, 64: 2551-2554.

[4] 白志民, 肖儀武. 低溫煅燒高嶺土火山灰活性對水泥石結(jié)構(gòu)的影響[J]. 硅酸鹽學(xué)報(bào), 2003, 31(7): 715-720.BAI Zhi-min, XIAO Yi-wu. Effect of pozzolanic activity of calcined kaolinite on structure of cement mortar[J]. Journal of the Chinese Ceramic Society, 2003, 31(7): 715-720.

[5] 魏存弟, 楊殿范, 李 益, 三國彰. 煅燒溫度對高嶺土相轉(zhuǎn)變過程及Si、Al活性的影響[J]. 礦物學(xué)報(bào), 2005, 25(3): 197-202.WEI Cun-di, YANG Dian-fan, LI Yi, SAN Guo-zhang. Influence of temperature on phase transformation of calcined kaolinite and Si and Al activity[J]. Acta Mineralogical Sinica, 2005, 25(3):197-202.

[6] 諸華軍, 姚 曉, 張祖華. 高嶺土煅燒活化溫度的初選[J]. 建筑材料學(xué)報(bào), 2008, 11(5): 621-625.ZHU Hua-jun, YAO Xiao, ZHANG Zu-hua. Optimization of calcined temperature for kaolin activation[J]. Journal of Building Materials, 2008, 11(5): 621-625.

[7] TORRES SANCHEZ R M, BASALDELLA E I, MARCO J F.The effect of thermal and mechanical treatment on Kaolinite:Characterization by XPS and IEP measurements[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 1999, 215: 339-344.

[8] KAKALI G, PERRAKI T, TSIVILIS S, BADOGINANIS E.Thermal treatment on Kaolin: The effect of mineralogy on the pozzolanic activity[J]. Applied Clay Science, 2001, 20: 73-81.

[9] 郭文瑛, 吳國林, 文梓蕓, 殷素紅. 偏高嶺土活性評價(jià)方法的研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 28(3): 76-79.GUO Wen-ying, WU Guo-lin, WEN Zi-yun, YIN Su-hong.Research on the estimation method for the reactivity of metakaolin[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2006,28(3): 76-79.

[10] VALERIA F F, BARBOSA J D, MACKENZIE K,THAUMATURG O. Synthesis and characterization of materials based on inorganic polymers of alumina and silica: Sodium polysialate polymers[J]. International Journal of Inorganic Materials, 2000, 2: 309-317.

[11] 王鴻靈, 李海紅, 馮治中, 田 農(nóng), 閻逢元. 不同活性高嶺土礦物聚合反應(yīng)的研究[J]. 材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2004, 22(4):580-583.WANG Hong-ling, LI Hai-hong, FENG Zhi-zhong, TIAN Nong,YAN Feng-yuan. Study of geopolymer based on kaolinite with different activation[J]. Journal of Materials Science and Engineering, 2004, 22(4): 580-583.

[12] GRANIZO M L, BLANCO-VARELA M T, PALOMO A.Influence of the starting kaolin on alkali-activated materials based on metakaolin: Study of the reaction parameters by isothermal conduction calorimetry[J]. Journal of Materials Science, 2000, 35: 6309-6315.

[13] 魏存弟, 馬鴻文, 楊殿范, 李 益, 三國彰. 煅燒煤系高嶺土的相轉(zhuǎn)變[J]. 硅酸鹽學(xué)報(bào), 2005, 33(1): 77-81.WEI Cun-di, MA Hong-wen, YANG Dian-fan, LI Yi, SAN Guo-zhang. Phase transformation for calcined coal measures kaolinite[J]. Journal of the Chinese Ceramic Society, 2005, 33(1):77-81.

[14] 曹德光, 蘇達(dá)根, 楊占印, 宋國勝. 偏高嶺土的微觀結(jié)構(gòu)與鍵合反應(yīng)能力[J]. 礦物學(xué)報(bào), 2004, 24(4): 366-372.CAO De-guang, SU Da-gen, YANG Zhan-yin. SONG Guo-sheng. Study of the microstructure of metakaolinite with IR,TG, SEM, XRD methods[J]. Acta Mineralogica Sinica, 2004,24(4): 366-372.

[15] 代新祥, 文梓蕓. 土聚水泥的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀[J]. 水泥,2001(10): 11-14.DAI Xin-xiang, WEN Zi-yun. Application and present status of geopolymeric cement[J]. Cement, 2001(10): 11-14.

[16] 何宏平, 胡 澄, 郭九皋, 張惠芬. 高嶺石及其熱處理產(chǎn)物的29Si,27Al魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振研究[J]. 科學(xué)通報(bào), 1993, 38(6):570-572.HE Hong-ping, HU Cheng, GUO Jiu-gao, ZHANG Hui-fen.29Si,27Al magic-angle-spinning nuclear magnetic resonance studies of kaolinite and its thermal transformation products[J]. Chinese Science Bulletin, 1993, 38(6): 570-572.

[17] ROCHA J, KLINOWSKI J.29Si and27Al megicangle-spinning NMR studies of the thermal transformation of kaolinite[J]. Phys Chem Minerals, 1990, 17(2): 179-182.

[18] de SILVA P, SAGOE-CRENSTIL K, SIRIVIVATNANON V.Kinetcs of geopolymerization: Role of Al2O3and SiO2[J].Cement and Concrete Research, 2007, 37: 512-518.

[19] FLETCHER R A, MACKENZIE K J D, NICHOLSON C L,SHIMADA S. The composition range of aluminosilicate geopolymers[J]. Journal of the European Ceramic Society, 2005,25(9): 1471-1477.

Effect of heat treatment on structure transformation and activities of kaolinite

KUANG Jing-zhong, QIU Ting-sheng, SHI Fang
(Faculty of Resource and Environmental Engineering, Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000, China)

The geopolymers were prepared by calcining kaolinite. The structure transformation for calcined kaolinite was studied by means of differential thermal analysis-thermal gravity, X-ray diffraction and infrared. The results show that heat treatment directly affects the structure transformation of kaolinite and activity of calcination kaolinite. The structure transformation for calcined kaolinite is undergone some stages including kaolinite dehydroxylation (about 541 ℃),metakaolinite formation (541-850 ℃) and Al2O3segregation (＞950 ℃). The new phase formed at 950 ℃ is γ-Al2O3.The activity of calcined kaolinite is estimated by testing the bending strength of geopolymers which are made of calcined kaolinite, the heat treatment of proper calcined kaolinite activity is calined at 850 ℃ for 3 h. The calcined kaolinite has a high activity because of long-range disorder of metakaolinite structure characteristic. The activity of calcined kaolinite and bending strength of geopolymers decrease because of γ-Al2O3forming.

kaolinite; calcination; activity; structure transition; geopolymer

TQ177

A

1004-0609(2012)1-0258-07

江西省主要學(xué)科學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人培養(yǎng)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2007DD00700)；江西省教育廳科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(GJJ09242)；江西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2008GZC0030)

2010-12-16；

2011-05-28

匡敬忠，教授，博士；電話：0797-8312259; E-mail: kjz692@163.com

(編輯 何學(xué)鋒)