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高岭土和煅烧高岭土的微观结构研究

发布日期:2014-09-24   浏览次数:946



高岭土是一种天然矿物,在我国有丰富的储藏,现已探明地质储量约30亿t,主要分布在粤、桂、赣、闽、苏等地区。高岭土经过煅烧,具有优良的光散射能力和特殊的油墨吸收性,以及更好的收缩性、阻燃性、吸湿性和更高的强度、电阻率,用于造纸、塑料、电网改造、建筑等行业,可以大大提高这些材料的使用性能,此外煅烧高岭土还是制备分子筛的廉价原料。性能决定于结构,尽管研究高岭土和煅烧高岭土的文献不少,但对其微观结构的系统研究还不够深入细致,苏州、茂名高岭土产量大,杂质含量较少,用途比较多,故本文选取这两种产地的高岭土作为研究对象,对其进行结构研究,以便更好地指导生产。



高岭土及煅烧产物的X-射线衍射。曲线1、2是高岭土的X-射线衍射曲线,其中2θ在35~40°之间的六指峰是典型的高岭土衍射峰,曲线3、4是煅烧产物的X-射线衍射曲线,是典型的无定形结构衍射峰。这说明高岭土经过煅烧由晶态变成了无定形的非晶态。可以看出高岭土及其煅烧产物中都含有少量的石英。



高岭土属粉末固体,很难用一般的制样方法来制备适合于在透射电镜下观察的样品。这样可以获得理想的用于研究内部结构的透射电镜样品。用这种制样方法制备的样品的透射电镜照片,可以看出,两种产地高岭土内部均呈现致密的结构,无缝隙,而煅烧高岭土内部结构却不同,苏州煅烧土内部为峰窝状的疏松结构,茂名煅烧土内部为鱼网状的疏松结构。



高岭土的基本结构单元是硅氧四面体层与铝氧八面体层通过氧键桥连接形成,其中的结构羟基分布在铝氧八面体层中,结构单元之间则由氢键连接起来,晶格排列整齐,有序度很高,所以结构致密,无缝隙。当高温煅烧高岭土时,结构水脱出,铝氧八面体层的结构被破坏,而硅氧四面体层则基本保持原有的层状结构特征,使得偏高岭土保持了层片状结构特征。从煅烧高岭土的XRD衍射分析和29Si、27Al MAS NMR、SEM、TEM分析得知,煅烧高岭土是一种长程无序,中程呈层片状碎片的结构。碎片由有序度较高的硅氧四面体层和有序度较差的铝氧层构成,有序度较高的硅氧四面体层是指煅烧高岭土中的硅氧层基本上保持了原高岭土中硅氧四面体的层状结构特征,硅的配位数没有发生变化,但有序度降低,所以硅氧四面体(SiO4)层是中程有序,而铝氧层由原来铝的六配位八面体层转变成由铝的四配位、五配位和六配位三种配位形式同时共存,其有序度较差,这不仅是因为铝有较多类型的配位,而且还因为各种配位铝氧多面体之间复杂的连接方式,硅氧层与铝氧层之间仍然通过原来的桥氧键相互连接,层与层之间的氢键随着结构水的脱去而不存在。正是因为在煅烧过程中结构水的脱去,铝氧层晶格发生扭曲,使得煅烧高岭土呈现出一种长程无序,中程呈层片状碎片的结构,所以用透射电镜分析其内部微观结构时,观察到了苏州煅烧高岭土的峰窝状疏松结构,茂名煅烧高岭土的鱼网状疏松结构。



高岭土晶体结构是由一层Si-O四面体和一层Al(O,OH)八面体组成,其中Si是四配位,Al是六配位,二者通过氧原子的共享交错堆积而成,其理想化学组成为Al2O32SiO22H2O,内部结构致密。经过高温煅烧,高岭土脱去结构水,由晶态有序结构变成非晶态无定型结构,铝由六配位变成四、五、六三种配位共存,随着铝配位的变化,晶格发生扭曲,内部结构变得疏松,呈现出长程无序,中程呈层片状碎片的结构。


文章来自:http://www.ebswax.com/

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