【正文】 ........................................................ 24 尼龍用改性硅酸鋁（ GBCKP107） ..................................................................... 24 用于水泥的高活性偏高嶺土（ GBHRM95/98） ................................................... 25 ............................................................................................................... 27 大同高嶺巖的宏觀特征 ........................................................................................... 27 大同高嶺巖的化學成分特征 ................................................................................... 28 河南理工大學本科畢業(yè)論文 目錄 VI 大同高嶺巖的 X 射線衍射特征 .............................................................................. 29 ....................................................................................... 33 依據(jù)化學成分的評價 ................................................................................................ 33 依據(jù)礦物成分的評價 ................................................................................................ 33 偏高嶺土制備與質量評價 ........................................................................................ 34 ....................................................................................................................................... 37 致謝 .......................................................................................................................................... 39 參考文獻 .................................................................................................................................. 41 附錄 1 活性指數(shù)的測試與評價規(guī)范 ................................................................................... 43 河南理工大學本科畢業(yè)論文 緒言 1 高嶺巖（土）是一種寶貴的自然資源和重要的非金屬礦之一，因其獨特的工藝物理性能和化學組成而廣泛應用于陶瓷、耐火材料、造紙、橡膠、塑料、石油化工、精細化工、水泥補強劑、凈水劑、粘結劑、抗結劑等各個領域。我國高嶺巖（土）資源的成因類型齊全，特別是煤系高嶺巖（土）儲量巨大，質量較好。 目前人們 所用到的礦產資源，一般包括三類，即能源礦產、金屬礦產和非金屬礦產。而高嶺土同石英礦、云母礦、碳酸鈣一起，被稱作四大非金屬礦產，其用途十分廣泛。我國較其他國家，發(fā)現(xiàn)并開發(fā)利用高嶺土資源時間最早， 在商朝就已經(jīng)加工制成的刻紋白陶，其主要成分就是高嶺土。我國出產的高嶺土是世界高嶺土的重要來源，主要產地也遍布我國大江南北。如今，高嶺土就是由景德鎮(zhèn)的東郊地區(qū)高嶺村出產的一種白色粘土得名而來。 通過本文提及的大同煤業(yè)集團金宇高嶺土公司的產品簡介及其應用，我們不難看出，如今，利用高嶺土深加工而成的高性能偏高嶺土已應用于生活生產的方方面面。譬如：在汽車涂料、造紙?zhí)盍?、電線電纜、陶瓷以及尼龍等等方面均為很好的利用途徑。但其產品仍趨于單調性，過多地趨向生活方面。 近年來由于市場有限（例如電纜填料，附加 值高，但是市場很小，全國每年只有幾萬噸的需求），或由于生產廠家太多，造成很艱難的競爭局面（例如造紙涂料和油漆填料用高白度煅燒高嶺土），或由于其它方法生產的同類產品的性能優(yōu)勢突出，使其缺乏市場競爭力（例如洗滌劑用 4A 分子篩），或由于類似產品或原料更便宜，使其失去競爭力（例如鋁質耐火材料）。總之，眾多高嶺巖深加工產品市場競爭大，經(jīng)營困難（其實，這種狀況是合理的，因為上述技術已經(jīng)開發(fā)成熟了 10～ 20 年，不應該一直占有超額利潤）。 因此探索高嶺巖的新用途就變得尤為重要， 縱觀高嶺土加工利用現(xiàn)狀，結合市場需求分析，偏高 嶺土產品是今后很長一個時期高嶺土深加工領域的主導產品之一。 偏高嶺土及其衍生生產在煤炭行業(yè)內部就具有巨大的市場潛能，特別是其在煤礦生產方面的應用，已有成熟的開發(fā)技術和市場。 河南理工大學本科畢業(yè)論文 緒言 2 河南理工大學本科畢業(yè)論文 高嶺土的研究應用現(xiàn)狀 3 有關名詞術語 高嶺土（ Kaolin） :是以高嶺石亞族礦物為主要成分的軟質粘土，因最早發(fā)現(xiàn)于我國江西省景德鎮(zhèn)附近的高嶺村而得名。高嶺土常呈致密塊狀、土狀及疏松狀，質純者呈白色，含雜質者可呈灰、黃、褐、紅、藍、綠等色，珍珠光澤或無光澤，土狀斷口，重 ~，硬度 1~，吸水 性強，在水中可解離成小片狀顆粒并能懸浮于水中，可制成膠泥，具良好的可塑性，粘結性能好。國際地質對比計劃高嶺土成因組于 1972 年在布拉格會議上通過的高嶺土定義為：高嶺土是一種巖石，其特征是所含有的高嶺礦物達到有用的含量，該定義包括了所有可利用的各種顏色的松散土狀和堅硬巖石狀的高嶺土（楊雅秀，1989）。由于在實際應用中，人們發(fā)現(xiàn)“土”與“巖”在物化性能上的差別很大，所以習慣將兩者分開，即松散、質軟者稱“高嶺土”，而對原礦為塊狀巖石的稱為“高嶺巖”。但是在加工利用過程中，塊狀高嶺巖常常需要通過粉碎變成粉狀物料才 能加以利用，這種粉碎后的產品也可稱為高嶺土。 高嶺巖（ Kaolinitic rock):高嶺巖是 1959 年沈永和先生在研究內蒙古大青山石炭紀煤系地層時首先提出來的概念，指一種主要由片狀高嶺巖礦物及其它有關礦物組成的硬質巖石，它在產狀、結構、礦物成分、化學組成和物理性質上都有一定的特征，常以煤層的頂板、底板、煤層夾矸形式產出，或賦存于距煤層較近的層位。煤系地層中賦存的主要是硬質高嶺巖，由于它含有有機質及雜質而呈黑灰、褐、淡綠、灰綠等色，致密塊狀或砂狀，瓷狀斷口或似貝殼狀斷口，無光澤至蠟狀光澤，條痕灰白 — 白色， 硬度 3 左右。例如貌似砂巖的“大同黑砂石”（實質是煤系硬質高嶺巖）多呈黑色，砂狀斷口，暗淡光澤，高嶺巖中突出的“砂?！笔歉邘X石晶體。煤系高嶺巖中的高嶺巖一般吸水性極差，粉碎后呈小顆粒狀，故無可塑性及粘結性。 偏高領土（ Metakaolin，簡寫為 MK）：是高嶺土在適當?shù)臏囟认旅撍笮纬傻臒o水硅酸鋁。偏高領土中原子排列不規(guī)則，呈現(xiàn)熱力學介穩(wěn)狀態(tài)，具有較高的火山灰活性，能與水泥水化產物 Ca(OH)2 反應生成水化鋁酸鈣、 Ｃ－Ｓ－Ｈ 凝膠等膠凝物質，因而具有較高的水化活性，可以用作礦物摻合料。偏高領土含有大量無定形的 氧化鋁和二氧化硅，在高堿條件下發(fā)生溶解－重構－縮聚反應，制得土壤聚合物（ Geopolymer）。 煤系高嶺巖（土）：是賦存于煤系地層中或以煤層夾矸形式產出的以高嶺石為主要成分的沉積巖。煤系高嶺巖（土）沉積過程中的生物（主要指植物和微生物）和有機質河南理工大學本科畢業(yè)論文 高嶺土的研究應用現(xiàn)狀 4 的影響以及成巖作用、后生作用和部分近地表礦體經(jīng)歷的次生作用的改造決定了它們特征的結構、構造、化學組成及工藝物理性能，而這些特征又決定了煤系高嶺巖（土）獨特的加工工藝和設備，甚至在經(jīng)過各種加工工序以后的高嶺土產品中，仍或多或少地顯示著煤系高嶺巖（土）加工產品的 特性 [1]。 我國高嶺土資源及其開發(fā)生產概況 目前全世界已有六十多個國家生產偏高嶺土，美國、中國、英國、原蘇聯(lián)及巴西是世界高嶺土資源和生產大國，占世界高嶺土探明儲量的 68％，生產總量的 65％。世界高嶺土產量 1990 年為 2300 萬噸， 1991 年為 2350 萬噸， 1994 年為 3100 萬噸，增長速度較快，到本世紀末世界總需求量 4000 多萬噸。據(jù)美國《礦雜志》報道一份情報預測：“今后 10 年，世界高嶺土供應將出現(xiàn)短缺，未來 3 年將短缺 100 萬噸”。 我國是世界高嶺土資源大國，高嶺土產量 1994 年為 140 萬噸，占世 界產量的 4％左右。軟質高嶺土探明儲量達 億噸，煤系高嶺土儲量豐富，遠景儲量 億噸，預測儲量為 億噸。我國清水河、準格爾、達旗、烏梅、包頭等地均屬煤系高嶺土，儲量大，質量好，與煤共生、伴生，易于開采，具有較高的經(jīng)濟價值 [2]。 我國是最早發(fā)現(xiàn)和使用高嶺土的國家之一，資源豐富，礦床成因類型齊全（包括熱液蝕變型、風化殘余型、風化淋積型，河湖海灣沉積型和含煤建造沉積型）。至 1991年對 700 個礦點中的 218 個礦點進行勘測，探明儲量 億噸（其中煤系高嶺土約 億噸），居世界第三位 。但與儲量不相適應的是，目前我們對高嶺土的開采加工技術和能力都較差，尤其是優(yōu)質高嶺土產品還遠遠滿足不了生產的需要。特別是對煤系高嶺土的開發(fā)利用方面，我國還是處于起步階段，發(fā)展緩慢，其主要原因有如下幾點： ①對煤系高嶺土特征認識不足。煤系高嶺土因其成因與軟質高嶺土不同，有其自身的特點，如一定的含碳量，而高嶺土（石）粒度、硬度大。這些特點直接影響著煤系高嶺土的加工利用。 ②勘探程度不高，煤系高嶺土近幾年才被人們普遍認識，過去在煤田勘查時，對共、伴生的高嶺土的品級、優(yōu)質土的層位、層數(shù)、分布范圍及儲量等方面 所做的工作還不夠，當然規(guī)劃管理方面也存在不少問題。 偏高領土的研究現(xiàn)狀 制備方面的研究 偏高領土（ MK）是高嶺土在高溫下脫水形成的產物，煅燒溫度會影響產物的活性。 河南理工大學本科畢業(yè)論文 高嶺土的研究應用現(xiàn)狀 5 高嶺土化學式為 Al2（ Si2O5)(OH)4，理論化學組成為 ％的 SiO2,％的 Al2O3和 ％的 H2O，該結構中，一層硅氧四面體和一層鋁氧四面體（水鋁層）組成單層網(wǎng)，單層網(wǎng)之間由氫鍵和范德華力連結在一起，屬含水層的層狀硅酸鹽粘土礦物。 在煅燒過程中，當溫度為 100~110℃時，排除物 理吸附水；溫度為 110~400℃ 時，排除層間吸附水； 400~650℃ 時排除結構水，有機物質分解碳化氧化，雜質鐵由低價變?yōu)楦邇r，形成深色化合物； 900℃ 時，碳化完全，碳酸鹽和硫酸鹽分解。 Al2(Si2O5)(OH)4 Al2SiO7(偏高領土 )+2H2O 900℃ 以上發(fā)生如下反應： 2Al2O3? 2SiO2 2Al2O3? 3SiO2（鋁硅尖晶石） +SiO2（無定型） 2Al2O3? 3SiO2 2(Al2O3? SiO2)（假莫來石） +SiO2 3（ Al203? SiO2） 3Al2O3? 2SiO2（莫來石） +SiO2（方英石） 高嶺土脫羥后，原來的硅氧骨架依然殘存著，而 AlOH 八面體在失去羥基后， Al3+擴散于保留著的晶格中，重新排列，組成 AlO 鍵，由六配位成四配位，形成偏高嶺土。國外有研究顯 示，當煅燒溫度為 700℃ 時， 3d、 7d 和 28d 的強度最大。超過 800℃ 后出現(xiàn)結晶化，活性降