Vulkaanilise tuha materjalina on metakaoliin suurepärane tsemendi asendaja tänu oma madalale energiatarbimisele ja keskkonnareostusele kaltsineerimisprotsessi ajal ning võimele parandada portlandtsemendi teatud omadusi, näiteks tugevust ja vastupidavust, kui seda segatakse tsemendiks. Viimastel aastatel on paljud teadlased pühendunud kaoliini vulkaanilise tuha aktiivsuse uurimisele. See artikkel kirjeldab kaoliini optimaalset kaltsineerimistemperatuuri ja -aega, selle aktiivsust mõjutavaid tegureid ning kaoliini omaduste ja aktiivsuse tuvastamise meetodeid. Varasemad uuringud on näidanud, et kaoliini optimaalset kaltsineerimistemperatuuri ja -aega mõjutavad sellised tegurid nagu mineraalne koostis, kristallisus ja kaoliini sisaldus, mille hulgas on kaoliini struktuuri kristallilisusel suurim mõju selle aktiivsusele pärast kaltsineerimist. Toormaagi omaduste analüüsimiseks kasutati XRD, TG-DTA, IR ja muid meetodeid. Kaoliini aktiivsust määrati selliste meetodite abil nagu Frantini test, juhtivustest ja tugevus-aktiivsusindeks. Kõige täpsemad meetodid olid Frantini test ja tugevus-aktiivsusindeksi test.
Metakaoliin (lühendatult MK) on veevaba alumiiniumsilikaat (Al2O3 • 2SiO2, AS2), mis tekib kaoliini (Al2O3 • 2SiO2 • 2 H2O, AS2H2) dehüdratsioonil sobival temperatuuril (600–900 ℃). Kaoliin kuulub kihilise silikaatstruktuuri hulka ja kihid on omavahel seotud van der Waalsi sidemetega, kusjuures OH– ioonid on kindlalt seotud. Kui kaoliini kuumutatakse õhus, läbib see mitmeid struktuurimuutusi. Umbes 600 ℃-ni kuumutamisel hävib kaoliini kihiline struktuur dehüdratsiooni tõttu, moodustades halva kristallilisusega üleminekufaasi – metakaoliini.
Metakaoliini ebaregulaarse molekulaarse paigutuse tõttu on sellel termodünaamiline metastabiilne olek ja sobiva ergutuse korral tsemendilised omadused. Metakaoliin on väga aktiivne kunstlik vulkaaniline tuhamaterjal, mis võib reageerida Ca(OH)2(CH4) ja veega, moodustades tsemendiga sarnaseid hüdratsiooniprodukte. Selle omaduse ärakasutamise abil saab see tsemendi lisandina kasutamisel reageerida tsemendi hüdratsiooniprotsessi käigus tekkiva CH4-ga, mis võib parandada tsemendi teatud omadusi.
Metakaoliin (MK) on kaoliini dehüdratsioonil kõrgel temperatuuril tekkiv produkt ja kaltsineerimistemperatuur võib mõjutada toote aktiivsust.
Kui temperatuur tõuseb üle 950 ℃, hakkab toode kristalliseeruma ja muutuma mulliidiks ja kristobaliidiks,
See kaotab oma niisutava toime.
Kaltsineeritud kaoliin on polümeermaterjalide, näiteks kummi, plastide ja katete tootmisel tavaliselt kasutatav anorgaaniline täiteaine. See võib vähendada nende toodete maksumust, eriti parandada materjalide füüsikalisi ja keemilisi omadusi.