提钒尾渣填料的制备及其在聚丙烯中的应用

摘要

随着我国页岩钒行业的发展，钒尾渣的产生量巨大。钒尾渣中仍含有许多重金属元素，大量堆积或填埋不仅占用土地，还可能对环境造成二次污染。经过细磨、焙烧及酸浸提钒后的钒尾渣粒度较细，矿物结构被有效破坏，且含有大量石英、石膏，可将其加工制备聚合物填料，以拓宽填料的来源，降低聚合物生产成本，同时使钒尾渣得到无害化综合利用。本研究以钒页岩提钒酸浸渣为原料，在对其特性分析的基础上进行改性研究，确定将其制备聚合物填料的工艺。
　　本研究首先考察了钒尾渣超细加工和表面改性工艺，得到适用于聚丙烯的钒尾渣填料。然后对填充钒尾渣的聚丙烯复合材料力学性能及微观结构进行分析，探究钒尾渣及偶联剂改性对聚丙烯基体的影响机理，并讨论聚丙烯对钒尾渣中重金属的固化作用。得到主要结论如下:
　　(1)钒尾渣主要化学成分为SiO2和CaO，粒度较细，矿物结构被破坏，颗粒表面粗糙且含大量羟基，反应活性较高，热稳定性好，适合作为聚合物填料。
　　(2)钒尾渣湿法超细加工适合的助磨剂为焦磷酸钠，其用量为1.8wt％，钒尾渣粉磨产品达到相同粒级所需时间较未添加助磨剂缩短约20min。采用铝酸酯DL-411对钒尾渣改性效果较好，最佳工艺参数为:DL-411用量为1.2wt％，改性温度为100℃，改性钒尾渣活性指数和吸油值分别为95.53％、30.76g/100g。
　　(3)采用粒度为D90=12.64μm的改性钒尾渣，填充量为20phr，制备的复合材料力学性能最优，其拉伸强度、抗弯曲强度和弯曲模量分别为:50.66MPa、57.23MPa、1706.92MPa，相比纯PP材料分别提高了:16.25％、22.58％、46.63％，仅抗冲击强度降低了1.39％，为41.78kJ/m2。钒尾渣能减缓PP的氧化和分解，提高复合材料的热稳定性。复合材料中的PP基体将钒尾渣颗粒包裹，使重金属更难被浸出而得到有效地固化
　　(4)钒尾渣对聚丙烯具有异相成核作用，偶联剂改性能增强成核作用。钒尾渣颗粒通过与PP基体与发生界面脱粘，使局部点先屈服而提高复合材料力学性能;但刚性钒尾渣不能发生变形，造成与基体脱离，材料韧性降低。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 提钒尾渣特点及综合利用现状

1．1．1 利用钒尾渣提取有价金属

1．1．2 利用钒尾渣制备建筑材料

1．2 塑料聚合物矿物填料应用现状

1．2．1 矿物填料的表面改性研究

1．2．2 矿物填料在塑料聚合物中的应用现状

1．2．3 矿物填料改性塑料聚合物的机理研究现状

1．2．4 富硅固废在塑料聚合物中的应用现状

1．3 研究目的、意义及内容

1．3．1 研究目的及意义

1．3．2 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

2．2 试验方案及分析检测

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 提钒尾渣聚丙烯填料的制备

3．1 钒尾渣的超细加工

3．1．1 磨矿时间对磨矿产品的影响

3．1．2 助磨剂种类对磨矿产品的影响

3．1．3 助磨剂用量对磨矿产品的影响

3．1．4 矿浆浓度对磨矿产品的影响

3．1．5 助磨剂对钒尾渣颗粒形貌的影响

3．2 钒尾渣微粉的表面改性

3．2．1 钒尾渣改性结果的预评价

3．2．2 偶联剂种类及用量对钒尾渣改性效果的影响

3．2．3 温度对钒尾渣改性效果的影响

3．2．4 改性后粉体的红外光谱分析

3．3 本章小结

第4章 钒尾渣／聚丙烯复合材料的制备与表征

4．1 改性尾渣填充聚丙烯复合材料力学性能检测

4．1．1 偶联剂种类及用量对复合材料力学性能的影响

4．1．2 钒尾渣填充量对复合材料力学性能的影响

4．1．3 钒尾渣粒径对复合材料力学性能的影响

4．2 钒尾渣／聚丙烯复合材料的表征及分析

4．2．1 钒尾渣／聚丙烯复合材料XRD分析

4．2．2 钒尾渣／聚丙烯复合材料SEM分析

4．2．3 钒尾渣／聚丙烯复合材料TG-DSC分析

4．3 钒尾渣及复合材料重金属浸出行为分析

4．4 本章小结

5．1 结论

5．2 创新点

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果

攻读硕士学位期间参与科研项目