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(jià)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(shū)冊(cè)狀，如圖 1-1 所示。高嶺石結(jié)晶集合體大多呈現(xiàn)為蠕蟲(chóng)狀及手風(fēng)琴狀，粒度介于 0.5～2nm 之間，少數(shù)蠕蟲(chóng)狀集合體粒徑可能達(dá)到毫米級(jí)別。
高嶺石晶體結(jié)構(gòu)被破壞后，會(huì)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(huì)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(xì)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(jī)泥質(zhì)，有機(jī)質(zhì)如植物殘?bào)w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(jìn)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(kāi)發(fā)應(yīng)用通常需進(jìn)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(wú)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(wú)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(tuán)和活性點(diǎn)；
(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(qiáng)，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(shí)不具有可塑性，粉碎、細(xì)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(qiáng)。高嶺石無(wú)論硬質(zhì)或軟質(zhì)，表面零電點(diǎn) (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?xì)w屬于煤系高嶺土大類，和其他來(lái)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(jià)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(shū)冊(cè)狀，如圖 1-1 所示。高嶺石結(jié)晶集合體大多呈現(xiàn)為蠕蟲(chóng)狀及手風(fēng)琴狀，粒度介于 0.5～2nm 之間，少數(shù)蠕蟲(chóng)狀集合體粒徑可能達(dá)到毫米級(jí)別。
高嶺石晶體結(jié)構(gòu)被破壞后，會(huì)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(huì)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(xì)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(jī)泥質(zhì)，有機(jī)質(zhì)如植物殘?bào)w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(jìn)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(kāi)發(fā)應(yīng)用通常需進(jìn)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(wú)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(wú)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(tuán)和活性點(diǎn)；
(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(qiáng)，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(shí)不具有可塑性，粉碎、細(xì)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(qiáng)。高嶺石無(wú)論硬質(zhì)或軟質(zhì)，表面零電點(diǎn) (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?xì)w屬于煤系高嶺土大類，和其他來(lái)源的高嶺土不同，煤系高嶺土成分單一且穩(wěn)定。
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