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高岭土在建筑材料领域的应用及其研究进展

摘要：本文重点介绍了高岭土及煅烧高岭土在水泥、混凝土、油漆涂料等建筑材料领域国内外的应用现状和研究进展。
关键词：高岭土偏高岭土土聚水泥混凝土涂料
中图分类号:TD873+.2文献标识码：A

１.前言

我国是世界上最早发现并在工业中利用高岭土的国家之一。我国非煤建造型高岭土，资源储量居世界第五位，截至2003年底，对我国21个省市232处产地统计，基础储量为5.46亿吨。而我国含煤建造沉积型高岭土资源储量占世界首位，探明远景储量及推算储量180.5亿吨，主要分布在东北、西北和石炭–二叠纪煤系中，以煤层中夹矸、顶底板或单独形成矿层独立存在，其中以内蒙古准格尔煤田的资源最多，达8.1亿吨。我国是世界上主要的高岭土生产国，产量占世界总产量的78%；目前我高岭土矿点有700多处。

高岭土主要由小于2μm的微小片状、管状、叠片状等高岭石簇矿物(高岭石、地开石、珍珠石、埃洛石等)组成，其主矿物成分是高岭石和多水高岭石，除高岭石簇矿物外，还蒙脱石、伊利石、叶蜡石、石英和长石等其它矿物伴生。高岭土的化学成分中含有大量的Al2O3、SiO2和少量的Fe2O3、TiO2以及微量的K2O、Na2O、CaO和MgO等。

2.高岭土在建筑材料领域的应用

2．1新型胶凝材料－土聚水泥
土聚水泥是最近30年发展起来的新材料，是一种不同于普通硅酸盐水泥的新型胶凝材料。20世纪70年代末，法国Davidovits教授开发了一类新型的碱激活胶凝材料—土聚水泥。因在其水化产物中含有大量与一些构成地壳物质相似的化合物—含硅铝链的“无机聚合物”而得名。土聚水泥是以高岭土为原料经较低温度煅烧，发生如下反应：　
2n[Si2O5,Al2(OH)4]→2(Si2O5,Al2O2)n＋4nH2O　　该反应使Al的配位数从6配位转化为4或5配位，高岭石结构转化为无定型结构的偏高岭土，有较高的火山灰活性。处于介稳状态的偏高岭土等无定型硅铝化合物经碱性激活剂及促硬剂的作用，硅铝氧化合物经历了一个由解聚到再聚合的过程，形成类似地壳中一些天然矿物的铝硅酸盐网络状结构土聚水泥具有有机高聚物的链接结构，但其基本结构为无机的硅氧四面体和铝氧四面体，其中负电荷由碱金属和碱土金属等阳离子来平衡。

土聚水泥在成型、反应过程中必须有水作为传质介质及反应媒介，凝固后部分自由水作为结构水存在于反应物当中，但土聚水泥不存在硅酸钙那样的水化反应；与高分子聚合物相比，土聚水泥聚合反应开始前，不存在绝对意义上的单体。其终产物以离子键和共价键为主，范德华键为辅，而传统水泥则以范德华键及氢键为主，因此其性能优于传统水泥。土聚水泥在矿物组成上完全不同于硅酸盐水泥其主要由无定形矿物组成：①高活性偏高岭土；②碱性激活剂；③促硬剂；④外加剂。一般条件下,土聚水泥聚合反应后的生成物是一种无定形的硅铝酸化合物，在较高温度下，可生成类沸石型的微晶体结构,如方钠石:
n(Si-O-Al-O)n；方沸石：(Na,Ca,Mg)n(Si-O-Al-O)n等。

这些矿物形成了独特笼形结构，可开发出许多新的功能用途，如用作核放射元素的固封材料及制成薄膜吸附材料等。

2.2混凝土掺合料
偏高岭土－是高岭土在适当温度下脱水形成的无水硅酸铝白色粉末，平均粒径1-2μｍ，SiO2和Al2O3含量在90％以上，特别是Al2O3含量较高。偏高岭土中原子排列是不规则的，呈现热力学介稳状态，此时具有强烈的火山灰活性,有超级火山灰之称。偏高岭土易于与水泥水化产物CH和水反应后生成水化产物主要是CSH凝胶，以及水化铝酸钙和水化硫铝酸钙等，因此被大量应用于混凝土掺和料来代替硅灰。

2.3油漆涂料
油漆工业使用的主要矿物原料是CaCO3、滑石、TiO2和高岭土；高岭土用在油漆中的主要作用是充填物和色料替代物，因为它具有化学惰性、高的覆盖能力、理想的流动性和悬浮性、成本低、色白等特性，能减少昂贵染料的需要量；对于煅烧高岭土除具有上述普通高岭土所具有的特性外，还具有不规则的形状、有优良的光学性能、油吸收率和颜料体积浓度高、不易老化、耐磨和在水或油介质中易乳化等优点，具有很高的遮盖力。它在油漆工业中主要是代替白色颜料，尤其是二氧化钛；不同粒度和类型的高岭土用于不同类型的油漆中：粗粒高岭土用于需要黯淡光泽或平光漆中，细粒高岭土则用于产生高光泽的油漆，或用于制造乳胶状颜料，能使涂层具有较好的不透明性、防腐性和防沉降性，提高涂膜硬度、改进涂膜质量。

目前，油漆涂料是我国煅烧高岭土最大的消费领域，约占总消费量的65%－85%。目前，高档涂料中将大量使用白度90以上、粒度1250目以上(325目筛余量为零)的优质煅烧高岭土，据有关资料预计2005年将有9%左右的油漆涂料厂家使用高白度和超细煅烧高岭土，需求量约15万吨；2010年将有16%左右的油漆涂料厂家使用高白度和超细煅烧高岭土，需求量约27万吨。

3.结语

由高岭土制备的土聚水泥兼具有有机高分子、陶瓷、水泥的优良性能，又有原材料丰富、工艺简单、价格低廉、节约能源等优点，是一种环保型“绿色建筑材料”。土聚水泥有望取代传统的硅酸盐水泥，在不久的将来成为一种最大宗的建筑材料；高岭土水泥基材料的研究和发展必将对非金属矿资源的开发利用，对我国的经济建设和社会发展产生深远的影响。

参考文献
[1]吴小缓，王文利，我国高岭土市场现状及发展趋势[J]非金属矿，2005：1-3
[2]施惠生，袁玲，高岭土应用研究的新进展[J]中国非金属矿工业导刊，2002：11-16
[3]曹征良，李伟文，陈玉伦，偏高岭土在混凝土中的应用[J]深圳大学学报，2004：183-186
[4]赵虎，高岭土在水泥与混凝土工业中的应用[J]国外建材科技，2002：55-57

原作者：高安平

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发布：2007-08-14 11:11 编辑：泛普软件 · xiaona [打印此页] [关闭]

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