Reaktywność pucolanowa i powierzchnia właściwa termicznie obrobionych materiałów ilastych: badanie porównawcze kompozycji na bazie smektytu, illitu i kaolinitu

Abstrakt

Dziesięć próbek minerałów ilastych z obecnie eksploatowanych złóż w Polsce przebadano w celu określenia, w jaki sposób skład mineralny i przemiany termiczne wpływają na powierzchnię właściwą oraz reaktywność pucolanową. Surowce wykazywały szeroką zmienność mineralogiczną, obejmującą iły z dominacją illitu, smektytu, kaolinitu i haloizytu, a także mniejsze ilości faz krystalicznych bogatych w Ca, Fe, Mg i alkalia. Skład fazowy oraz jego zmiany podczas wypalania określono metodą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), natomiast zmiany powierzchni właściwej oznaczono metodą Brunauera–Emmetta–Tellera (BET ). Aktywność pucolanową oceniono za pomocą testów rozpuszczalności w roztworach alkalicznych. Proces wypalania powodował dehydroksylację, amorfizację i załamanie struktury minerałów warstwowych, prowadząc do powstania wysoko reaktywnych faz glinokrzemianowych. Największą reaktywność wykazywały materiały zawierających kaolinit i smektyt. W przypadku kaolinitu wynikała ona z tworzenia metakaolinitu – wysoce reaktywnej fazy pucolanowej. W smektytach natomiast aktywność przypisano dehydroksylacji i amorfizacji warstw 2:1 oraz obecności amorficznej krzemionki (opal-A), sprzyjającej wiązaniu CaO. Dodatkowo drobne uziarnienie zwiększało powierzchnię właściwą i dostępność reaktywnych warstw tetraedrycznych. Wyniki wykazały jednak, że sama powierzchnia właściwa nie decyduje o reaktywności – kluczowe znaczenie mają skład chemiczny i charakter termicznie przekształconych faz. Badanie to wyjaśnia współzależności między mineralogią, ewolucją mikrostrukturalną a właściwościami pucolanowymi, dostarczając wskazówek dotyczących optymalizacji surowców ilastych jako zrównoważonych dodatków pucolanowych oraz funkcjonalnych komponentów w technologiach ceramicznych i środowiskowych.