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偏高岭土(metakaolin,简称MK)是以高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O , 简称AS2H2) 为原料,在适当温度下(600~900 ℃)经脱水形成的无水硅酸铝(Al2O3 · 2SiO2 , 简称AS2)。高岭土属于层状硅酸盐结构,层与层之间由范德华键结合,OH- 离子在其中结合得较牢固。高岭土在空气中受热时,会发生几次结构变化,加热到大约600 ℃时,高岭土的层状结构因脱水而破坏,形成结晶度很差的过渡相-偏高岭土。由于偏高岭土的分子排列是不规则的,呈现热力学介稳状态,在适当激发下具有胶凝性。
偏高岭土是一种高活性矿物掺合料,是超细高岭土经过低温煅烧而形成的无定型硅酸铝,具有很高的火山灰活性,主要用作混凝土外加剂,也可制作高性能的地质聚合物。
高岭土类矿物是由高岭石、地开石、珍珠石、埃洛石等高岭石簇矿物组成,主要矿物成分是高岭石。
高岭石的晶体化学式为2SiO2、Al2O3、2H2O,其理论化学组成为46.54%的SiO2,39.5%的Al2O3,13.96%的H2O。高岭土类矿物属于1:1型层状硅酸盐,晶体主要由硅氧四面体和绍氢氧八面体组成,其中硅氧四面体以共用顶角的方式沿着二维方向连结形成六方排列的网格层,各个硅氧四面体未公用的尖顶氧均朝向一边;由硅氧四面体层和招氧八面体层公用硅氧四面体层的尖顶氧组成了1:1型的单位层
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高岭土的主要应用领域是造纸、陶瓷、橡胶、耐火材料、涂料、塑料和日用化工等工业部门。据“昆士兰矿产与能源开发部”和英国“罗斯基尔咨询服务公司”分析,目前世界高岭土的消费结构大致如下:造纸填料和涂料 45%,油漆、橡胶、塑料和密封剂 10%,陶瓷16%,耐火材料 15%,玻璃纤维 6%,其他 8%(表 1)。2002 年美国高岭土消费构成是:造纸 54%, 耐火材料 17%,其他 29%。目前,高岭土在造纸、颜料和塑料工业与碳酸钙和滑石产生较强的竞争。1980 年, 造纸颜料中约 87%为高岭土,而 2002 年这一比例已经下降到 40%。1980 年重质碳酸钙的用量为 9%,2002 年所占份额已上升到 37%;轻质碳酸钙 1980 年时尚未得到利用,而目前市场占有率已经达到了 15%。由于目前主要使用的是碱性造纸系统,而且高光泽颜料需要无木纸浆,因此今后碳酸钙的份额肯定还会增长。因为高岭土涂层的亮度仅能达到 86~90ISO,而碳酸钙 涂层的亮度则可达到 95ISO 以上。表1 高岭土各消费领域在总消费中所占比重
但是,由于高岭土具有片状形态,因此造纸业的需求仍然很大,特别是在低重涂布纸用途上。目前趋势为将不同矿物混合使用在同一涂层上。目前美国涂料业仍然以高岭土为主;而欧洲和亚洲则主要以重质碳酸钙为主,因为欧洲和亚洲产有大量优质的大理石矿床。不缺 重质碳酸钙原料。 陶瓷仍然是高岭土的重要消费市场,主要用于生产精美瓷器(铁和钛含量低)、卫生洁 具和高温陶瓷。 世界主要高岭土消费国有美国、俄罗斯、韩国、日本、加拿大、德国、意大利及中国 等。