煤系高嶺土的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
1、煤系高嶺土結(jié)構(gòu)
高嶺石是層狀硅酸鹽的一種,結(jié)構(gòu)為二八面體(1:1),晶格間距為 7A,層狀結(jié)構(gòu)間不含水分子及其它離子,氫鍵是層間聯(lián)結(jié)的主要價鍵[31]。其理想結(jié)構(gòu)式為 A14[Si4010](0H)8,理論化學(xué)成分為 Si02 46.54%,A1203 39.50%,H20 13.96%。高嶺石屬于三斜晶系,結(jié)晶單體為假六方板狀,也有部分呈書冊狀,如圖 1-1 所示。高嶺石結(jié)晶集合體大多呈現(xiàn)為蠕蟲狀及手風(fēng)琴狀,粒度介于 0.5~2nm 之間,少數(shù)蠕蟲狀集合體粒徑可能達到毫米級別。
高嶺石晶體結(jié)構(gòu)被破壞后,會產(chǎn)生兩種不同類型的晶面:(001)晶面、(110)和(010)晶面。由于高嶺土化學(xué)組分及結(jié)晶類型的特征,高嶺石晶胞中普遍存在離子間(Al3+、Si4+、Fe2+、Mg2+、Fe3+)的類質(zhì)同象替代,故而 (001)晶面上不可避免會有部分永久負(fù)電荷的存在。
在高嶺土中普遍存在如下幾種結(jié)構(gòu):膠凝,粒度較細但極為致密;泥質(zhì),礦石中-10um 顆粒占絕大多數(shù);含泥粉砂,砂在礦石中占到 25%~50%的比例;有機泥質(zhì),有機質(zhì)如植物殘體等存在于高嶺石結(jié)構(gòu)中;變余,含有凝灰及斑狀變余結(jié)構(gòu)的蝕變高嶺土中。
2、煤系高嶺土性質(zhì)
基于礦石品質(zhì)、含砂量、可塑性進行分類,高嶺土包括煤系(硬質(zhì)/軟質(zhì))和砂質(zhì)兩大類。煤系高嶺土,包括硬質(zhì)和軟質(zhì)高嶺土,開發(fā)應(yīng)用通常需進行高溫煅燒。煅燒高嶺土,層狀結(jié)構(gòu)的高嶺石已變?yōu)闊o定型狀偏高嶺石。二者的理化性質(zhì)區(qū)別很大:
(1)層狀晶體變成無定形狀晶體,表面-OH 被脫除,新形成的粉體多孔疏松;
(2)結(jié)晶水脫除,Si-O 和 Al-O 鍵替代-OH 成為表面官能團和活性點;
(3)酸度增加,煅燒土 pH 值從 6~7 降為 5.6~6.1 之間;
(4)絕緣性能增強,高嶺土煅燒經(jīng)煅燒絕緣性能提高,并且低溫煅燒(700℃)提升幅度較大。
硬質(zhì)高嶺土硬度較大,塊狀時不具有可塑性,粉碎、細磨后才具有可塑性:軟質(zhì)高嶺土質(zhì)軟,砂質(zhì)含量通常小于 50%,可塑性強。高嶺石無論硬質(zhì)或軟質(zhì),表面零電點 (PZC)保基本持一致,其表面 Zeta電位與 pH 值函數(shù)關(guān)系及變化規(guī)律也幾乎相同。在胡岳華和 Changmiao Liu 等關(guān)于高嶺土表面電位及可浮性的研究中,均表明 “在不同的 pH 值條件下,硬質(zhì)高嶺土具有比軟質(zhì)高嶺土更低的Zeta 電位、更低的結(jié)晶有序度、更弱的藥劑作用、更差的可浮性” 。硬質(zhì)高嶺土和軟質(zhì)高嶺土都歸屬于煤系高嶺土大類,和其他來源的高嶺土不同,煤系高嶺土成分單一且穩(wěn)定。
高嶺石是層狀硅酸鹽的一種,結(jié)構(gòu)為二八面體(1:1),晶格間距為 7A,層狀結(jié)構(gòu)間不含水分子及其它離子,氫鍵是層間聯(lián)結(jié)的主要價鍵[31]。其理想結(jié)構(gòu)式為 A14[Si4010](0H)8,理論化學(xué)成分為 Si02 46.54%,A1203 39.50%,H20 13.96%。高嶺石屬于三斜晶系,結(jié)晶單體為假六方板狀,也有部分呈書冊狀,如圖 1-1 所示。高嶺石結(jié)晶集合體大多呈現(xiàn)為蠕蟲狀及手風(fēng)琴狀,粒度介于 0.5~2nm 之間,少數(shù)蠕蟲狀集合體粒徑可能達到毫米級別。
高嶺石晶體結(jié)構(gòu)被破壞后,會產(chǎn)生兩種不同類型的晶面:(001)晶面、(110)和(010)晶面。由于高嶺土化學(xué)組分及結(jié)晶類型的特征,高嶺石晶胞中普遍存在離子間(Al3+、Si4+、Fe2+、Mg2+、Fe3+)的類質(zhì)同象替代,故而 (001)晶面上不可避免會有部分永久負(fù)電荷的存在。
在高嶺土中普遍存在如下幾種結(jié)構(gòu):膠凝,粒度較細但極為致密;泥質(zhì),礦石中-10um 顆粒占絕大多數(shù);含泥粉砂,砂在礦石中占到 25%~50%的比例;有機泥質(zhì),有機質(zhì)如植物殘體等存在于高嶺石結(jié)構(gòu)中;變余,含有凝灰及斑狀變余結(jié)構(gòu)的蝕變高嶺土中。
2、煤系高嶺土性質(zhì)
基于礦石品質(zhì)、含砂量、可塑性進行分類,高嶺土包括煤系(硬質(zhì)/軟質(zhì))和砂質(zhì)兩大類。煤系高嶺土,包括硬質(zhì)和軟質(zhì)高嶺土,開發(fā)應(yīng)用通常需進行高溫煅燒。煅燒高嶺土,層狀結(jié)構(gòu)的高嶺石已變?yōu)闊o定型狀偏高嶺石。二者的理化性質(zhì)區(qū)別很大:
(1)層狀晶體變成無定形狀晶體,表面-OH 被脫除,新形成的粉體多孔疏松;
(2)結(jié)晶水脫除,Si-O 和 Al-O 鍵替代-OH 成為表面官能團和活性點;
(3)酸度增加,煅燒土 pH 值從 6~7 降為 5.6~6.1 之間;
(4)絕緣性能增強,高嶺土煅燒經(jīng)煅燒絕緣性能提高,并且低溫煅燒(700℃)提升幅度較大。
硬質(zhì)高嶺土硬度較大,塊狀時不具有可塑性,粉碎、細磨后才具有可塑性:軟質(zhì)高嶺土質(zhì)軟,砂質(zhì)含量通常小于 50%,可塑性強。高嶺石無論硬質(zhì)或軟質(zhì),表面零電點 (PZC)保基本持一致,其表面 Zeta電位與 pH 值函數(shù)關(guān)系及變化規(guī)律也幾乎相同。在胡岳華和 Changmiao Liu 等關(guān)于高嶺土表面電位及可浮性的研究中,均表明 “在不同的 pH 值條件下,硬質(zhì)高嶺土具有比軟質(zhì)高嶺土更低的Zeta 電位、更低的結(jié)晶有序度、更弱的藥劑作用、更差的可浮性” 。硬質(zhì)高嶺土和軟質(zhì)高嶺土都歸屬于煤系高嶺土大類,和其他來源的高嶺土不同,煤系高嶺土成分單一且穩(wěn)定。
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