千枚岩型废石制备阻燃性塑料填料的研究

摘要

酒钢竖炉磁化焙烧流程会排出大量的千枚岩型废石，该废石堆存于废石山，目前酒钢废石山已堆满，无法承载更多废石的排放，现需投资大量资金新建废石运输系统和废石料场。为了解决废石的堆存问题，有必要研究开发废石山千枚岩的有效利用途径，变废为宝，在能够产生一定效益的同时，也可解决废石山堆场已堆满的问题。千枚岩废石的主要矿物相结构与目前塑料填料市场所用的铝硅酸盐矿物结构类似，在塑料填料市场有着广阔的应用前景。
　　本研究考察了千枚岩废石超细加工和表面改性工艺，得到适用于聚丙烯的有机化千枚岩废石填料。然后对制各的复合材料力学性能及微观结构进行分析，探究废石及改性剂对聚丙烯基体的影响机理，并复配了阻燃性千枚岩废石填料及考察其对聚丙烯的阻燃影响。得到主要结论如下:
　　(1)千枚岩废石中TFe的含量较低，仅为7.25％，主要物相及含量为石英35％，绢云母42％，钠长石14％，绿泥石7％，另外有少量白云石、赤铁矿和菱铁矿，其中，铁主要赋存于镜（赤）铁矿、磁铁矿、菱铁矿和硅酸盐矿物中，且嵌布粒度细，回收难度大，钛、锌、铅等有价金属含量太低，回收废石中金属的价值不大。
　　(2)午枚岩废石样品中都含有大量羟基，具有亲水性;表面的硅醇基有较高的反应活性，容易与外来的有机官能团发生反应，有利于对其进行表面改性。高温焙烧后，废石表面粗糙，易磨，废石热稳定性好，适合作为聚合物填料。
　　(3)使用球磨机先磨矿5min后入料行星磨，再磨16mm可得D50和D90分别为3.489μm和13.315μm的超细粉料，可以达到无机矿物填料中等细度(800目)要求。采用十八胺对废石的改性效果最好，最优条件为，改性温度100℃，用量1.2wt％，改性时间30min，此时，废石活性指数99.01％，吸油值为25.1g/100g。
　　(4)经十八胺改性后的废石填充后复合材料力学性能有相对较好的表现，在十八胺改性剂用量1.2wt％、填料添加的份数为30phr时，对应的复合材料抗冲击强度、抗弯曲强度、抗弯曲模量和拉伸强度分别为:21.37KJ/m2，49.10MPa，1642.29MPa，3646MPa，与未改性时复合材料力学性能相比分别升高了4247％、0.95％、4.62％和10.15％。废石的加入能缓解PP的氧化和分解，提高复合材料热稳定性。在制品对白度无要求前提下，千枚岩型废石可以很好的替代高岭土。
　　(5)千枚岩废石填料本身阻燃效果不明显，填充量在30phr时PP复合物的氧指数为207，垂直燃烧等级为无等级，不能单独作为阻燃型填料，与Sb2O3(千枚岩废石:Sb2O3=3∶1)复配使用时，有明显的阻燃效果，在填充量30phr时极限氧指数可达27.1％,但垂直燃烧仍为无等级。阻燃型废石微粉填料的复配比例为:千枚岩废石微粉:阻燃剂（DBDPE（十溴二苯乙烷））:阻燃协效剂(Sb2O3)=20∶7.5∶2.5，在塑料制品中添加量仍然是30phr，其复合材料极限氧指数可达到30.8％，燃烧等级达到V-0等级。

目录

声明

摘要

引言

1．1 尾矿的综合利用现状

1．1．1 尾矿有用矿物再提取

1．1．2 尾矿充填矿井

1．1．3 尾矿制备建筑材料

1．1．4 尾矿作土壤改良剂

1．2 硅酸盐类尾矿的利用现状

1．2．1 提取有用矿物

1．2．2 整体处理用作建筑材料

1．2．3 制备聚合物填料

1．3 塑料填料现状

1．3．1 塑料的种类及特征

1．3．2 矿物填料改性聚合物的机理

1．3．3 矿物填料在塑料中的应用趋势

1．3．4 矿物填料对聚合物的阻燃现状

1．3．5 千枚岩型废石制备阻燃性塑料填料的前景

1．4 研究目的、意义及内容

1．4．1 研究目的及意义

1．4．2 研究内容

第2章 试验原料、设备及研究方法

2．1 试验原料、试剂及设备

2．1．1 试验原料

2．1．2 试验试剂及设备

2．2 研究方法

2．2．1 试验方案

2．2．2 试验方法

2．2．3 试验指标及计算方法

第3章 千枚岩废石的预处理研究

3．1 废石的超细加工

3．1．1 陶瓷球磨机粉磨

3．1．2 球磨机粉磨

3．1．3 行星球磨机粉磨

3．1．4 球磨机行星球磨配合使用

3．2 废石的有机化改性处理

3．2．1 考察改性温度对废石改性效果的影响

3．2．2 考察改性剂用量对废石改性效果的影响

3．2．3 吸油值的测定

3．2．4 改性后粉体SEM形貌分析

3．2．5 改性后粉体FTIR分析

3．3 本章小结

第4章 千枚岩废石／PP复合材料的制备

4．1 复合材料力学性能检测

4．1．1 改性剂对复合材料力学性能的影响

4．1．2 千枚岩废石填充量对复合材料力学性能的影响

4．1．3 高岭土与千枚岩废石填充对比

4．2 复合材料燃烧性能研究

4．2．1 千枚岩废石／PP材料燃烧性能检测

4．2．2 千枚岩型废石阻燃剂的复配

4．3 本章小结

第5章 复合材料的表征及分析

5．1 千枚岩废石／PP复合材料SEM分析

5．2 千枚岩废石／PP复合材料TG-DSC分析

6．1 结论

6．2 创新点

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文