英国利兹大学的Alastair T.M. Marsh研究团队近期发表了一篇关于高岭土煅烧前后铝配位变化的研究。该研究利用电子能量损失谱（EELS）技术，探讨了低铁和高铁高岭土煅烧后的结构变化。研究发现，高铁高岭土中四配位、五配位铝的比例高于低铁粘土。相反，高铁高岭土煅烧后的四配位、五配位铝的比例低于煅烧后的低铁高岭土。这一发现对于理解高岭土在水泥和其他工业应用中的反应性具有重要意义。
高岭土是一种重要的工业矿物，广泛用于水泥、陶瓷等领域。煅烧会导致高岭石脱羟化，形成无序的偏高岭石，从而改变其化学反应性。而27Al核磁共振（NMR）技术在研究含铁丰富的高岭土时存在局限性。为此，该研究采用EELS技术，研究高岭土煅烧前后的铝配位变化，并探讨其工业应用潜力。
研究选用了低铁（Fe2O3含量为1.1%）和高铁（Fe2O3含量为24.4%）的高岭土样品，分别在750°C下煅烧1小时。利用27Al MAS NMR和STEM-EELS技术，对低铁高岭土的铝配位进行定量分析，并通过STEM-EDX对高铁高岭土进行元素分析和形貌观察。主要得出以下结论：
1.X射线衍射（XRD）和热重分析（TG）：低铁高岭土在煅烧后，表现出显著的结构无序性，而高铁高岭土的脱羟化温度较低，且含铁矿物组分在煅烧后形成赤铁矿。
2.NMR光谱分析：煅烧后的低铁高岭土中，铝的四配位和五配位显著增加，而六配位铝显著减少。27Al MAS NMR光谱显示，煅烧后低铁高岭土中的铝主要存在于四配位（37.7%）和五配位（39.7%）状态。
3.EELS光谱分析：高铁高岭土比低铁高岭土含有更大比例的四配位、五配位铝，这是基于高铁粘土光谱在边缘起始处（1572 eV）的强度较高（见下图）。较高比例的四配位、五配位铝与高铁粘土的红土成因一致，后者更有利于高岭石的结构无序。而与煅烧的低铁粘土相比，煅烧的高铁高岭石中较低四配位、五配位铝含量是合理的，这与富含金属的高岭土之间的铝分布存在差异相关。
图1. 不同配合比的地聚物在90天养护期后的抗压强度测试结果。
该研究证明了EELS用于研究高铁高岭土铝配位研究的潜力，其在某些方面克服了NMR在铁丰富样品中的局限性。研究结果表明，煅烧过程对高岭土结构和铝配位有显著影响，这对于优化其在水泥等工业应用中的反应性具有重要参考价值。
本研究由英国利兹大学Alastair T.M. Marsh研究团队开展。Alastair Marsh教授为论文的第一作者和通讯作者。
作者：Alastair T.M. Marsh（通讯作者）, Andy P. Brown ，Helen M. Freeman ， Brant Walkley ，Helen Pendlowski ， Susan A. Bernal
论文信息：Determining aluminium co-ordination of kaolinitic clays before and after calcination with electron energy loss spectroscopy. Applied Clay Science,Volume 255, 2024, 107402
