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高岭土是一种重要的工业矿物,具有广泛的应用领域。世界高岭土资源丰富,分布广泛。目前世界上已经有60多个国家和地区拥有高岭土资源,中国是世界上最主要的高岭土生产国,其产量占世界总产量的78%。虽然资源广阔,但是我们对高岭土的开采加工技术和能力比较差,我国还处于初级阶段。因此,高岭土的有效利用和处置成为可持续发展的重要课题。根据高岭土成分的不同,可对其进行综合利用。近年来,国内外越来越重视用高岭土生产建筑材料等等。通过激发高岭土的活性并将其作为水泥混合材使用,将成为处理高岭土的一种有效途径。
鉴于高岭土的组成和结构等特性,本文力图从高岭土的活性激发出发,对其进行一系列的分析研究。在激发出高岭土活性基础上,制备几种碱高岭土胶凝材料。一般来说,微观结构缺陷多,晶体呈无定型状态的材料,其化学反应活性高。由于本实验采用的高岭土结构比较稳定,活性比较低,本论文首先通过对原料进行分析,然后有针对性的对采取措施对高岭土活性进行激发。主要活化方案有二种:一是普通煅烧活化,第二种方案是增钙煅烧活化。实验结果证实:普通煅烧活化和增钙煅烧活化都能活化高岭土,且不同的煅烧温度和不同的增钙煅烧方式对高岭土的活化程度不一样。实验得知:在活性区域(600℃-950℃)里所用的福建高岭土最佳煅烧工艺为:850℃保温2h。在实验中所用的几种增钙煅烧方式中,以ZG5--高岭土76%+石灰石20%+石膏3%+萤石1%的增钙煅烧方式为最佳。
在高岭土激发出活性的基础上,本文研究了碱激发剂的种类、激发剂的掺量、激发剂模数、以及氧化钙掺入量对碱高岭土胶凝材料的抗压强度的影响。结果表明:液体激发剂水玻璃激发要好于其它几种固体激发剂,以及固体复合激发剂。在实验中最佳的碱激发剂的掺量为8%。最佳激发剂的模数为1.0。最佳氧化钙掺入量为15%。在本实验中,碱高岭土胶凝材料的抗压强度随着水玻璃模数的减小,强度越高。实验周期长,暂时未探讨出最优值,这个问题有待以后解决。
运用XRD(X射线衍射)、SEM(扫描电镜)、NMR(核磁共振)、DSC(差热分析)、FT-IR(红外分析)等现代测试方法对各种活化高岭土的结构特征及碱高岭土胶凝材料的水化过程进行了分析和研究。研究结果表明:高岭土中的高岭石矿物在煅烧过程中发生分解,生成了无定型的SiO2和Al2O3,是使得高岭土具有活性的根本原因。经过增钙煅烧处理后的高岭土存在硅酸盐活性矿物,这类矿物对高岭土的活性起积极的作用。
针对文中所采用的活化方法,本实验采用了压缩测强法、以及其它方法对高岭土进行活化评价。研究表明:在石灰吸收法中,各种高岭土活性的高低表现在此实验中为水化程度的高低,水化产物数量的多少。在净浆强度法(压缩测强法)中活性的高低表现为试样抗压强度的高低。