不同煅烧制度对煅烧高岭土活性的影响

时将高岭土粉均匀撒在耐火匣钵中，料层厚度为
０．５ｃｍ。
１．２．１升温速度和冷却速度的确定
升温速度采用急剧升温、快速升温、中速升温、
慢速升温和极慢升温五种速度：
急剧升温——将匣钵置于电炉中，与电炉同时
升温，当炉温升到预定温度后再将物料放入匣钵，
并在电炉内保温 ２ｍｉｎ（＊）；
快速升温——预先将物料放入匣钵中随电炉一
不同煅烧制度对煅烧高岭土活性的影响
杨晓昕 王春梅 杨克锐
（河北理工大学材料学院，唐山 ０６３００９）
摘 要：利用氧化铝溶出法、强度对比法研究了热工制度对煅烧高岭土活性的影响，并进行了相关的机理研究。结果表明：快 速升温提高了高岭土的脱水温度，加大升温和冷却速度均提高脱水高岭土的活性，高岭土的最佳煅烧制度为８５０ ℃下的急烧 急冷。其作用机理是：快速升温加大了— ＯＨ 脱除时对晶体结构的冲击力，造成更大的晶体结构缺陷；提高冷却速度，可以 防止脱水产物结晶，保持脱水产物的高温状态，因而提高其活性。 关键词：高岭土；升温速度；冷却速度；水化活性
４ 结论
（１）随着升温速度提高，高岭土最佳煅烧温度升高。
（２）升温速度和冷却速度越快，高岭土的脱水产 物活性越高。
（３）快速升温提高脱水高岭土活性的原因，在于 加大了— ＯＨ 脱除时对晶体结构的冲击力，从而加 大了偏高岭土晶体缺陷；快速冷却提高脱水高岭土 活性的原因，在于抑制脱水高岭土高温下的晶体结 构调整，固定了高温状态下的缺陷结构。
大学学报，Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．２，Ｍａｒ．２００２，１８－２３ ［２］ 马福善、秦永宁、梁珍成，硅溶胶提高膨润土吸附能力的研
究，石油化工，１９９５年第２４卷，２２８－２３３
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｓｉｌｉｃａ Ｓｏｌ Ｓｌｕｒｒｙ ｏｎ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｇｙｐｓｕｍ
Ｚｕ Ｑｕａｎｇａｏ，Ｗａｎｇ Ｚｈｉ，Ｈｅ Ｚｈａｏｊｉｎｇ，Ｓｈｉ ｇｕｏｐｕ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｊｉｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ， Ｊｉｎａｎ ２５００２２．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇｙｐｓｕｍ ａｄｄｅｄ ｉｎ ｓｉｌｉｃａ ｓｏｌ ｓｌｕｒｒｙ ａｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｇｙｐｓｕｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍｅａｓｕｒｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｓｉｌｉｃａ ｓｏｌ ｓｌｕｒｒｙ ｃａｎ ｂｅ ｔａｋｅｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｇｙｐｓｕｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｇｙｐｓｕｍ ；ｓｉｌｉｃａ ｓｏｌ ｓｌｕｒｒｙ； ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
中，除有脱除— ＯＨ 使活性提高的作用之外，还有 对缺陷结构进行有序化调整使活性降低的作用。急 速升温条件下，升温速度快，保温时间短，— ＯＨ脱 除时对结构有很大冲击，晶体结构缺陷多，表现出 高的活性，而后者的作用则来不及进行。所以，随 煅烧温度的提高，产物活性升提高；但是当煅烧温 度提高到 ９００℃时，进入了偏高岭土结晶为莫来石 的温度范围，所以活性降低，所以表现为在８５０℃左 右时产物活性最高。当升温速度减慢的时候，首先 — ＯＨ 脱除速度减慢，这样对结构的破坏力度减弱 使活性降低，同时物料在电炉中停留时间延长，偏 高岭土有足够的时间进行结构调整，结晶成莫来石 并使活性降低。 ２．４冷却速度对煅烧产物活性的影响
（收稿日期：２００６－１０－７）
《山东建材》
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１ 高岭土煅烧试验
１．１试验原料及仪器
高岭土，产自苏州，化学成分见表 １。
表１ 高岭土化学组成
％
成分 ＳｉＯ２ Ａｌ２Ｏ３ ＴｉＯ２ Ｆｅ２Ｏ３ Ｍ ｇ Ｏ Ｎａ ２Ｏ Ｋ ２ Ｏ ∑
高岭土 ５０．７１ ３２．１０ １．１４ ２．１１ ０．９８ ０．２ ０．２９ １００．２６
（４）为了获得最好的活性，高岭土最佳的煅烧制 度为：在 ８５０℃下，急剧升温、快速冷却。
为了使偏高岭土更好地应用于水泥行业，人们 在积极研究如何提高偏高岭土的活性。根据以往的 研究成果，人们得出了煅烧温度、保温时间、颗粒 细度等对偏高岭土活性的种种影响［２￣７］，但针对升 温速度及冷却速度对活性的影响，还未见有文献报 道。本文中将就这一问题进行试验研究，并对相关 机理进行分析探讨，期望本研究结果，对优化高岭 土的煅烧工艺有所帮助，提高偏高岭土的应用效果。
为了搞清楚冷却速度对煅烧产物活性的影响， 在 ８００℃下，进行急速冷却和慢速冷却两种不同的 冷却方式，比较煅烧产物中活性氧化铝含量，结果 如图 ４ 所示。
从图 ２中可以看出，在急速冷却的条件下，４种 升温速度下煅烧产物的活性氧化铝含量都是先随煅 烧温度的升高而升高，到一定温度以后，继续升高煅烧 温度，活性氧化铝含量反而下降，呈现一个最高点，也就 是说，每种升温制度都有一个最佳的煅烧温度。由图 可见，急速升温曲线的峰值在８５０℃左右，快速升温曲 线的峰值在 ８１０℃左右，中速升温曲线的峰值在 ８００ ℃左右，慢速升温曲线的峰值在７８０℃左右。由此可
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２．２煅烧温度对保温时间的影响
考虑到升温速度对高岭土脱水温度的影响，为
了保证高岭土在急速升温中脱水完全，故选取 ７００
℃、７５０℃、８００℃三个不同的温度，采用不同的保
温时间进行煅烧试验，通过比较煅烧物料的烧失量，
中图分类号：ＴＱ１７５．７９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－１３２（４ ２００６）０６－００４１－０４
偏高岭土（Ｍｅｔａｋａｏｌｉｎ，简写为 ＭＫ）是高岭土 在适当温度下脱水后形成的一种无定形物质，热力 学上处于界稳状态。由于煅烧后的高岭土有较高的 火山灰活性，目前，偏高岭土已经广泛地应用于水 泥行业。它可以单独与碱混合制成高强、耐久的土 聚水泥，也可以作为混合材掺入到硅酸盐水泥中， 与水泥水化产物Ｃａ（ＯＨ）２ 反应生成水化铝酸钙、Ｃ－ Ｓ － Ｈ 凝胶等物质，提高水泥制品性能［１］。
《山东建材》
从图 ３ 中可以看出，无论升温速度是快还是慢， 最后测得的煅烧产物活性都是急速冷却条件下的高， 慢速冷却条件下的低。随着升温速度的减慢，冷却 速度对产物活性的影响逐渐减小。其原因为：急速 冷却时，产物瞬间从高温降低到室温，晶体结构来 不及调整，这样使其高温状态的结构得以很好的保 留，产物缺陷多，活性大；慢速冷却时，产物逐渐 从高温降低到室温，晶体结构会逐渐地进行调整， 造成产物晶体结构缺陷减少，活性降低。升温速度 越慢，产物在煅烧时进行结构调整的幅度越大，冷 却速度对产物活性的影响就越小。
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２．５煅烧产物的火山灰活性 上面我们用活性氧化铝含量的大小代表了高岭
土活性的高低，在这里将对煅烧产物的火山灰活性 进行检验。将煅烧产物以１０％的比例掺入到硅酸盐 水泥中，按 ＧＢ２８４７－８１ 的方法对水泥净浆 ７ 天的抗 压强度进行测试，并与未掺试样、掺未煅烧高岭土 试样做比较［４］。固定水灰比＝ ０．３５。其实验结果如 图 ４ 所示：Ａ ——急速升温煅烧 ；Ｂ ——快速升温 煅烧；Ｃ ——中速升温煅烧；Ｄ ——慢速升温煅烧 ； Ｅ ——极慢升温煅烧。
从图中可以看出：试体的抗压强度随升温速度 的减慢而降低；同种升温速度下，急速冷却的强度 都高于慢速冷却的强度。这与前面２．４的试验结果相 吻合。并且，不同煅烧制度下的产物对试体有不同 程度的增强作用，其中急速升温、急速冷却煅烧后 的产物掺入硅酸盐水泥中，使试体强度提高３６．８％， 说明这种煅烧制度下的产物有很好的火山灰活性。
Ａｌ２Ｏ３％＝［（Ｖ·Ｔ × Ｖ１／Ｖ２）／Ｗ］× １００ Ｖ１ ——测定溶液的总体积，ｍｌ； Ｖ２ ——分取溶液的分体积，ｍｌ； Ｖ——乙酸锌溶液体积，ｍｌ Ｔ ——乙酸锌溶液对氧化铝的滴定度，ｇ／ｍｌ； Ｗ ——试样重，ｇ （２）强度对比法 将偏高岭土以１０％的比例掺加到３２．５等级普通 硅酸盐水泥中，水灰比为０．３５，按照ＧＢ／Ｔ１３４６－２００１ 《硅酸盐水泥的标准稠度、凝结时间和安定性检验》 加水搅拌，搅拌好的净浆浆注入 ２ × ２ × ２ｃｍ 的试 模中，振动捣实，排除试体中的气泡。２４ｈ后脱模后， 对试体进行标准养护。测其 ７ 天抗压强度，对比掺 入前后强度变化。
２ 实验结果与分析
２．１煅烧温度范围的确定 图 １ 为高岭土的差热曲线图 ４３０℃的吸热谷是高岭土脱水转变为偏高岭土
的吸热谷，该反应在５００℃附近完成，变成具有较高 活性的偏高岭土， ９００℃为形成新相莫来石放热峰。 ５００℃～８６０℃之间较平滑，可见在这一区间脱水所 得到的基本上都是偏高岭土，而且活性较高。所以 本实验选用 ７００℃、７５０℃、８００℃、８５０℃、９００℃作 为煅烧温度，采用不同的煅烧制度进行煅烧。
铁板上，均匀摊开，料层厚度尽量要薄，冷却到室温。
慢速冷却——将煅烧好的物料置于电炉中，打
开炉门自然冷却至室温。
（＊）保温时间由后面的实验确定
１．２．２煅烧产物活性测定
（１）活性氧化铝含量法
本实验参考徐超、张兴法等对高岭土中活性氧
化铝的测定方法［１０－１１］，以煅烧产物中活性氧化铝含 量的多少来判断产物活性的高低。
试验仪器： ＳＲＪＸ＿１＿１３ 型箱式电阻炉 ７９＿１ 型磁力加热搅拌器 ＧＪ＿ＡＸ 型密封式制样粉碎机 ＮＪ＿１６０Ａ 型电热鼓风燥干箱 ＬＭ１４＿２６４ 差热仪 ＢＤ９０ 型 Ｘ＿ｒａｙ 衍射仪
１．２实பைடு நூலகம்方法
煅烧试验前将高岭土进行烘干、粉磨预处理，
粉磨后高岭土颗粒的比表面积为：６４００ｃｍ２／ｇ，煅烧
确定最佳的保温时间，测试结果如下：
表２ 烧失量测试结果
％
保温
７００℃
７５０℃
８００℃
８５０℃
时间 ２ｍｉｎ ３ｍｉｎ ４ｍｉｎ ２ｍｉｎ ３ｍｉｎ ４ｍｉｎ ２ｍｉｎ ３ｍｉｎ ２ｍｉｎ
烧失量 ５．８７ ５．４６ ５．４１ ３．３７ ３．２３ ２．８５ １．２０ ０．９６ ０．５５
从烧失量实验数据可以看出：煅烧温度越低， 需要的保温时间越长，而且对降低烧失量的效果也 不好；当煅烧温度为 ８５０℃时，只要保温 ２ｍｉｎ，烧 失量就仅为 ０．５５％，可以认为— ＯＨ已经脱除完全， 满足了本实验急烧的要求。 ２．３升温速度对最佳煅烧温度的影响
测定方法：试样在加热条件下用盐酸浸出活性 氧化铝。加过量 ＥＤＴＡ，与铝等离子络合，在 ｐＨ ＝ ６ 时，用乙酸锌溶液滴定过量的 ＥＤＴＡ（不计读数）， 然后加氟化钠，使被 ＥＤＴＡ 络合的铝离子变为氟铝 络离子，并释出等量的 ＥＤＴＡ，再用乙酸锌溶液滴 定释出的 ＥＤＴＡ，记下读数，计算氧化铝含量。
考虑到升温速度对高岭土最佳脱水温度可能有 一定的影响，在２．１节确定的温度范围内，采用不同 的升温速度脱水，并通过测定煅烧产物的活性氧化 铝含量，来表征高岭土的脱水程度，从而确定不同 升温速度下的最佳煅烧温度。图 ２ 为升温速度与产 物中活性氧化铝含量的关系。
得，最佳煅烧温度随着升温速度的提高而提高。 对于这种现象可以解释为：物料在煅烧过程
于加入硅溶胶，改变了二水石膏的结构特征，使石 膏晶体增大，结晶结构接触点减少，从而提高了耐 水强度。
３ 结论
（１）硅溶胶的加入增强了石膏试样的强度，特 别是绝干状态下的抗折强度的增长比较明显。
（２）硅溶胶的加入改变了二水石膏晶体的生长 习性，使其晶体变粗，并且二水石膏晶体表面覆盖 有胶凝状物质。
参考文献 ［１］ 方永浩、杨南如，硅灰石－硅溶胶浆体的固化机理研究。河海
起升温，１５ｍｉｎ 升到预定温度；
中速升温——预先将物料放入匣钵中随电炉一
起升温，３０ｍｉｎ 升到预定温度；
慢速升温——预先将物料放入匣钵中随电炉一
起升温，１ｈ 升到预定温度。
极慢升温——预先将物料放入匣钵中随电炉一
起升温，３ｈ 升到预定温度；
冷却速度采用急速冷却、慢速冷却两种速度：
急速冷却——将煅烧好的物料取出直接倒在冷