熱處理過(guò)程中層狀鋁硅酸鹽礦物中鋁的結(jié)構(gòu)變化及酸溶行為研究.pdf

1、層狀鋁硅酸鹽礦物是一類非常重要的非金屬礦物，由于其特殊的晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有可塑性、耐火性、化學(xué)穩(wěn)定性等多種工藝性能，它廣泛應(yīng)用于陶瓷、橡膠、涂料、耐火材料等領(lǐng)域。隨著非金屬礦物材料在功能材料應(yīng)用領(lǐng)域的快速擴(kuò)展，以層狀鋁硅酸鹽礦物為原料采用熱處理制備高性能的陶瓷、耐高溫的特種耐火材料以及納米多孔材料的研究在國(guó)內(nèi)外已見報(bào)導(dǎo)。 本文選擇了三種具有代表性的層狀鋁硅酸鹽礦物：高嶺石、葉蠟石和伊利石作為研究對(duì)象，綜合運(yùn)用熱分析、X-射線衍射

2、、紅外光譜、固體核磁共振等分析方法，研究了這三種礦物中的鋁在熱處理過(guò)程中結(jié)構(gòu)變化及在酸中的溶解行為。為以層狀鋁硅酸鹽礦物為原材料制備多孔材料、高性能陶瓷和耐火材料等提供了理論指導(dǎo)，論文的主要結(jié)論如下：1)層狀鋁硅酸鹽礦物中鋁的熱行為研究高嶺石：低于450℃時(shí)為高嶺石階段，結(jié)構(gòu)為鋁氧八面體，只存在AlVI；450～550℃范圍內(nèi)發(fā)生脫羥基反應(yīng)，高嶺石中結(jié)構(gòu)水被脫除，物相為高嶺石和偏高嶺石，存在AlIV，AlV，AlVI3種配位結(jié)構(gòu)；550

3、～991℃范圍內(nèi)為偏高嶺石階段，鋁的3種配位結(jié)構(gòu)依然存在；高于991℃時(shí)，逐漸生成γ-Al2O3和莫來(lái)石，AlV消失，只存在AlIV和AlVI。 葉蠟石：低于500℃時(shí)，主要物相為葉蠟石，只存在AlVI；500-932℃之間，葉蠟石脫水，鋁的物相為脫水葉蠟石和葉蠟石，且存在三種配位結(jié)構(gòu)的鋁：AlIV、AlV和AlVI；932-1141℃溫度段，鋁的物相主要為脫水葉蠟石和少量的初晶莫來(lái)石階段；高于1141℃時(shí)，鋁的物相為莫來(lái)石，只

4、存在兩種配位的鋁：AlIV和AlVI。 伊利石：低于543℃時(shí)，物相為伊利石，由于存在四面體中的Al3+替代Si4+的影響，原礦中存在AlVI和AlIV，543-1001℃期間，伊利石脫除羥基，物相為伊利石和脫水伊利石，存在AlV、AlVI和AlIV，其中AlV的數(shù)量很少；1001-118l℃時(shí)，鋁的主要物相為脫水伊利石；高于1181℃時(shí)，鋁的主要物相為莫來(lái)石，鋁的配位為AlVI和AlIV。 2)熱活化后層狀鋁硅酸鹽礦物

5、中鋁的酸溶行為研究經(jīng)熱處理高嶺石比葉蠟石和伊利石中的鋁在酸中的溶解性能均要好。 高嶺石：未經(jīng)熱活化的高嶺石中AlVI在酸中的溶解能力差；經(jīng)過(guò)熱活化后生成偏高嶺石(AlIV、AlV和AlVI)，其中AlV在酸中的溶解最好，AlIV和A1VI在酸中能力較差；繼續(xù)升高溫度偏高嶺石生成不溶于酸的γ-Al2O3和莫來(lái)石(AlIV和AlVI)，AlIV和AlVI在酸中的溶解很差。酸溶試驗(yàn)結(jié)果表明高嶺石在活化溫度為900℃，活化時(shí)間為15mi

6、n，溶出溫度為120℃，HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％，溶出時(shí)間為120min，L/S為10時(shí)，Al2O3的溶出率可以達(dá)到最大值為97％。酸溶后，高嶺石的比表面積由22.42 m2/g上升到304.84m2/g。 葉蠟石：未經(jīng)過(guò)熱活化的葉蠟石中鋁在酸中的溶解能力差；經(jīng)過(guò)熱活化后，在750℃時(shí)，葉蠟石中鋁在酸中的溶解能力相比整個(gè)熱處理過(guò)程是最好的；脫水葉蠟石在酸中的溶解能力很差；到高溫生成的莫來(lái)石中AlIV和AlVI不溶于酸。酸溶試驗(yàn)表明

7、在活化溫度為750℃，活化時(shí)間為15min，H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％，溶出溫度為150℃，溶出時(shí)間為120min，L/S為5時(shí)，葉蠟石中Al2O3溶出率達(dá)到最大值為20.38％。 伊利石：相比高嶺石和葉蠟石來(lái)說(shuō)，伊利石中的鋁在酸中的溶解性能最差。在650℃時(shí)，伊利石中鋁在酸中的溶解能力在整個(gè)熱處理過(guò)程中是最好的，脫水伊利石只有少量的鋁溶于酸；到高溫度生成的莫來(lái)石中AlIV和AlVI不溶于酸。酸溶試驗(yàn)的結(jié)果表明在活化溫度為650