煅烧高岭土在建筑涂料中的应用

煅烧高岭土在建筑涂料中的应用

巴达玛日嘎1 安妮2

（1.内蒙古蒙西高岭粉体股份有限公司，内蒙古乌海016000；2.鄂托克旗蒙西置业有限责任公司，内蒙古乌海016014）

0 前言

我国是世界上最早发现高岭土的国家之一，并顺利将其应用在各个行业中。非煤系高岭土资源，我国的储量排于世界第五位。煤系高岭土的资源储量居于世界首位。到2003 年底，统计我国21 省市的所有产地储量， 基础总储量为5.46 亿吨， 探明远景储量及推算储量为180.5 亿吨，大部分以煤层中夹矸、顶底板或单独的形式存在于我国东北、西北和石炭-二叠纪煤系中，其中最多的资源分布在内蒙古准格尔煤田。另外，在产量上来看，我国的产量占世界总产量的78%，在世界上占有重要位置。

高岭土主要由小于2μm 的微小片状、管状、叠片状等高岭石簇矿物(高岭石、地开石、珍珠石、埃洛石等)组成，其主矿物成分是高岭石和多水高岭石，除高岭石簇矿物外，还有蒙脱石、伊利石、叶蜡石、石英和长石等其它矿物伴生。高岭土的化学成分中含有大量的Al2O3、SiO2和少量的Fe2O3、TiO2以及微量的K2O、Na2O、CaO 和MgO 等。

1 煅烧高岭土在建筑材料领域的应用

1．1 新型胶凝材料－土聚水泥

土聚水泥是最近30 年发展起来的新材料， 是一种不同于普通硅酸盐水泥的新型胶凝材料。20 世纪70 年代末，法国Davidovits 教授开发了一类新型的碱激活胶凝材料—土聚水泥（Geopolymeric cement）。因在其水化产物中含有大量与一些构成地壳物质相似的化合物—含硅铝链的“无机聚合物”而得名。土聚水泥是以高岭土为原料经较低温度（500－900℃）煅烧，发生如下反应：

2n[Si2O5,Al2(OH)4]→ 2(Si2O5,Al2O2)n＋ 4nH2O

（1）该反应使Al 的配位数从6 配位转化为4 或5 配位，高岭石结构转化为无定型结构的偏高岭土，有较高的火山灰活性。处于介稳状态的偏高岭土等无定型硅铝化合物经碱性激活剂及促硬剂的作用，硅铝氧化合物经历了一个由解聚到再聚合的过程，形成类似地壳中一些天然矿物的铝硅酸盐网络状结构。土聚水泥具有有机高聚物的链接结构，但其基本结构为无机的硅氧四面体和铝氧四面体，其中负电荷由碱金属和碱土金属等阳离子来平衡。

在土聚水泥的反应以及成型过程中，水是必不可少的，它在该过程中充当着介质的作用，并且在凝固后部分水份作为结构水存在于反应物中，但是，土聚水泥不会出现硅酸钙的水化反应。相比于高分子聚合物，单体在土聚水泥的聚合反应之前是不存在的，其中范德华键为辅的情况下，离子键和共价键作为主要终产物，而传统的水泥则是以范德华键和氢键为主，所以它的性能要比传统水泥高。土聚水泥在矿物组成上完全不同于硅酸盐水泥，其主要由无定形矿物组成：①高活性偏高岭土；②碱性激活剂（苛性钾，苛性钠，水玻璃，硅酸钾等）；③促硬剂（低钙硅比的硅酸钙以及硅灰等，处于无定形态）；④外加剂（主要有缓凝剂等）。一般条件下,土聚水泥聚合反应后的生成物是一种无定形的硅铝酸化合物，在较高温度下，可生成类沸石型的微晶体结构,如方钠石:

（Na）n(Si-O-Al-O)n；方沸石：(Na, Ca, Mg)n(Si-O-Al-O)n 等。

这些矿物形成了独特笼形结构， 可开发出许多新的功能用途，如用作核放射元素的固封材料及制成薄膜吸附材料等。

1.2 混凝土掺合料

偏高岭土－（Metakaolin,简称MK）是高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）在适当温度（500-900℃）下脱水形成的无水硅酸铝（Al2O3·2SiO2）白色粉末， 平均粒径1-2 μm，SiO2和Al2O3含量在90％ 以上， 特别是Al2O3含量较高。偏高岭土中原子排列是不规则的，呈现热力学介稳状态，此时具有强烈的火山灰活性,有超级火山灰（Super－Pozzolan）之称。偏高岭土易于与水泥水化产物CH 和水反应后生成水化产物，主要是CSH凝胶，以及水化铝酸钙和水化硫铝酸钙等，因此被大量应用于混凝土掺和料来代替硅灰。

1．3 油漆涂料

油漆工业使用的主要矿物原料是CaCO3、滑石、TiO2和煅烧高岭土；由于高岭土具有化学惰性、很强的遮盖能力、成本低、白度高等的性能，所以煅烧高岭土在油漆中充当着填充物和色料替代物，这样既能控制昂贵燃料的需求量，又能降低生产成本。对于煅烧高岭土，除了上述优点以外，还有很多特点：形状不规则，光学性能强，颜料自身体积浓度和吸油量较高，耐磨，不易老化，并且遮盖力也是很高的。在油漆工业中它的主要用途就是替代白色颜料，尤其是二氧化钛；另外，在颗粒和类型上是相互对应的，不同类型的油漆用不同颗粒和类型的高岭土。比如，光泽暗淡或者平光漆中要使用颗粒较粗的煅烧高岭土；光泽较亮的油漆则需要颗粒比较细的煅烧高岭土，并且利用细粒高岭土的不透明、防腐性的特点，还可以制造乳胶状材料。

目前，油漆涂料是我国煅烧高岭土最大的消费领域，约占总消费量的65%－85%。目前， 高档涂料中将大量使用白度94 以上、粒度4000 目以上(325 目筛余量为零) 的优质煅烧高岭土。根据对有关资料的统计分析，2005 年使用高白度和超细煅烧高岭土的油漆涂料厂已经占10%，其需求量达12 万吨。2010 年的时候该使用比例已经提高到30%，需求量达35 万吨。
 

2 结语

以煅烧高岭土为原材料制成的土聚水泥有很多优点，不仅有着有机高分子的的优良性能，而且其工艺简单，价格低廉，最重要的是能够节省资源。因此被称为“绿色建筑材料”。依据其性能以及发展分析，在不久的将来，传统的硅酸盐水泥会被土聚水泥取代并继续扩大其适用范围。因此，煅烧高岭土材料的研究和发展直接影响着我国非金属矿资源以及经济的建设、社会的发展。