热处理是转化惰性高岭土粘土为可用碱活化材料（AAMs）前驱体的基本活化步骤。通过在马弗炉中将高岭土加热到高温——通常在750°C左右——可以有效地去除化学结合水并破坏粘土稳定的内部结构。这个过程会产生偏高岭土，一种高度活性的无定形材料，能够进行化学键合，形成硬化的粘合剂。
天然高岭土本身稳定且呈晶体状，因此具有化学惰性。热处理是“打破”这种稳定性的关键，将材料转化为无序状态，从而能够与碱性剂发生反应。
结构转变的机制
要理解为什么热处理是必不可少的，你需要了解热量是如何改变粘土的原子结构的。
脱水和脱羟基
马弗炉的主要功能是去除水分。
在高温下，高岭土会发生脱羟基作用，即从粘土矿物中去除羟基。
这不仅仅是干燥；它是一种化学改性，会永久改变材料的成分。
破坏晶格结构
天然高岭土具有层状的晶体结构。
这种有序的结构在热力学上是稳定的，这意味着它能抵抗化学侵蚀，并且不易与其他物质反应。
在750°C下的热处理起到破坏作用，使这些有序的层状结构坍塌，留下混乱、无序的原子结构。
形成无定形硅铝酸盐
这种结构坍塌的结果是形成了偏高岭土。
偏高岭土是一种无定形硅铝酸盐，这意味着其原子没有以刚性的、重复的模式排列。
这种无序状态产生了高内能和化学不稳定性，这是未来反应的“燃料”。
实现缩聚反应
制备AAMs的最终目标是引发缩聚反应。
当硅铝酸盐源溶解在碱性活化剂中并重新沉淀为硬凝胶时，就会发生这些反应。
如果没有热处理，晶体高岭土将保持惰性，无法溶解或反应，从而无法生产AAMs。
关键工艺限制
虽然热处理是必不可少的，但它也带来了一些特定的工艺要求，这些要求与使用原材料的简单性形成了权衡。
依赖于温度精度
转化过程在很大程度上依赖于达到特定的温度范围，即750°C。
如果未达到此温度，则煅烧不足，材料的一部分仍保持晶体状且不反应。
这需要使用受控环境，如马弗炉，而不是露天煅烧或低温干燥方法。
为提高反应性进行的能量投入
你实际上是用热能来换取化学势能。
该过程将低能、稳定的材料转化为高能、高活性的材料。
这使得偏高岭土的生产比使用未经处理的填料更耗能，但这是赋予粘土粘合性能的唯一方法。
为您的目标做出正确选择
高岭土的热处理不是你可以随意调整的变量；它是实现化学功能的二元要求。
- 如果您的主要关注点是最大化材料强度：确保您的热处理达到完整的750°C阈值，以保证完全转化为无定形状态。
- 如果您的主要关注点是化学反应性：优先破坏晶体结构，因为任何残留的结晶度都将作为惰性填料而不是粘合剂。
成功的碱活化材料完全取决于在此关键加热阶段生成的无定形相的质量。
总结表：
| 工艺阶段 | 温度 | 结构效应 | 材料结果 |
|---|---|---|---|
| 天然高岭土 | 环境温度 | 有序晶格结构 | 化学惰性/稳定 |
| 脱羟基 | ~750 °C | 去除羟基 | 失去化学结合水 |
| 偏高岭土 | 高温 | 无定形结构坍塌 | 高活性粘合剂 |
| 缩聚 | 处理后 | 溶解于碱性活化剂 | 硬化AAM粘合剂 |
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