运用铝土矿选矿尾矿制备功能性颜填料及其应用性能

摘要

铝土矿选矿尾矿具有产出量大、粒度细、成分复杂的特点，能否对其合理应用关系到“选矿-拜耳法”新工艺的推广。高的铁含量及常规除铁法的不经济限制了其在耐火材料和建材中的应用。因此，作为填料应用于高聚物应是一较有前景的利用方向之一。然其较深的颜色限制了其大规模应用，故需寻找简单经济的增白方法。
　　 依据铁的磷酸盐为白色或浅黄白色的事实，采用将磷酸与尾矿反应再煅烧除碳的工艺流程对尾矿进行了增白处理。磷酸加入量和煅烧温度是影响增白尾矿白度的关键因素。煅烧温度对尾矿白度的影响视磷酸用量的多少而不同:在磷酸用量不足的情况下，煅烧温度对白度几乎无影响;在磷酸用量充足的情况下，白度随煅烧温度的升高而增大，至550℃达到最大值72％后随煅烧温度的升高而降低。煅烧温度均为550℃时，白度随磷酸加入量的增加而增大，但增加幅度减小，磷含量达到4.5％时，白度基本不再随磷含量的增加而变化。
　　 增白尾矿大部分颗粒表面由于包裹了一层磷酸盐，颗粒表面酸碱性质得到改善，因而对聚氯乙烯热稳定性影响较小，但其仍然显著影响聚氯乙烯的热降解及其燃烧性能。增白尾矿降低了聚氯乙烯在氩气中的降解温度，减弱了挥发性气体HCl及芳香族化合物苯的释出量，增大了降解反应的活化能及频率因子，减少了聚氯乙烯在第一降解阶段的质量损失;增白尾矿降低了聚氯乙烯在空气中的第一降解阶段温度和第三降解阶段温度，提高了第二降解阶段温度，减弱了有毒气体HCl及芳香族化合物苯的释出量，增大了各降解阶段的反应活化能及频率因子减少了聚氯乙烯在第二降解阶段的质量损失。增白尾矿减小了聚氯乙烯燃烧时的总释烟量、总释热量及质量损失速率，缩短了聚氯乙烯的引燃时间。
　　 采用干法表面化学反应法和湿化学法对增白尾矿粉体进行了改性处理。在改性剂相同的情况下，湿法改性效果优于干法改性效果;在其它改性条件相同的情况下，混合改性剂的改性效果优于单一改性剂的改性效果。湿法改性中当改性剂的比例为0.4∶1.6时，活化指数达到较大值80％。改性后的增白尾矿在聚氯乙烯中的分散性及界面结合状态得到改善，对基体力学性能的影响减小。
　　 运用铝土矿选矿尾矿和磷酸为原料，在磷铝摩尔比为2.5，缩聚温度为300℃，缩聚时间8h的条件下，制备了片状形貌的三聚磷酸铝。分别运用滑石、氧化锌及硅灰石对所制备的三聚磷酸铝进行改性以改善颜料pH值，运用常规测试方法及电化学方法比较了改性三聚磷酸铝与商品防腐颜料磷酸锌的防腐性能。氧化锌改性三聚磷酸铝具有最优的防腐性能，在其饱和液中浸泡48h的钢板表面仅发生非扩散性点腐蚀。涂有含氧化锌改性三聚磷酸铝颜料涂层的钢板，在3.5％NaCl电解液中浸泡初期的阻抗为108Ω.cm-2，20天时降为6.5×107Ω.cm-2，20天后稍有上升，浸泡40天时阻抗上升至7×107Ω.cm-2。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 铝土矿资源概述

1．1．1 世界铝土矿资源分布

1．1．2 我国铝土矿资源分布及特点

1．2 氧化铝生产现状

1．2．1 世界氧化铝生产现状

1．2．2 我国氧化铝生产现状

1．3 铝土矿选矿尾矿产生及成分特点

1．3．1 铝土矿选矿尾矿产生

1．3．2 铝土矿选矿尾矿成分特点

1．3．3 铝土矿选矿尾矿粒度分布

1．4 铝土矿选尾矿的危害

1．5 铝土矿选矿尾矿的研究利用现状

1．5．1 铝土矿尾矿用于建材材料

1．5．2 耐火材料中的应用

1．5．3 高聚物中的应用

1．5．4 其它方面的应用

1．5．4 铝土矿选矿尾矿除杂

1．6 非金属矿物材料增白

1．6．1 影响矿物填料白度的主要因素

1．6．2 常用增白技术

1．7 颜填料开发、应用现状

1．7．1 颜填料在高聚物中的作用

1．7．2 颜填料表面改性

1．7．3 填料发展方向

1．8 铝土矿尾矿用作填料的前景

1．9本课题的研究意义、目的和内容

第二章 铝土矿选矿尾矿特性

2．1 铝土矿选矿尾矿成分

2．2 尾矿热行为

2．3 铁矿物与其它矿物嵌布关系及嵌布粒度

2．4 煅烧温度对尾矿比表面积、孔结构的影响

2．5 煅烧对尾矿、一水硬铝石、高岭石、赤铁矿等样品反应活性的影响

2．6 尾矿超细加工

2．6．1 因素及水平的确定

2．6．2 正交试验结果

2．7 小结

第三章 铝土矿选矿尾矿增白及其表面性质

3．1 实验

3．1．1 尾矿增白

3．1．2 测试及表征

3．2 工艺条件对尾矿白度的影晌

3．2．1 煅烧顺序及磷含量对白度的影响

3．2．2 煅烧温度对白度的影响

3．2．3 反应时间对白度的影响

3．2．4 酸浓度对白度影响

3．3 增白尾矿表面性质

3．3．1 XRD

3．3．2 31P核磁共振(NMR)

3．3．3 增白尾矿SEM/EDS分析

3．3．4 比表面积及孔径

3．3．5 红外光谱

3．3．6 zeta电位

3．3．7 增白尾矿表面酸量及酸强度

3．4 增白机理

3．5 小结

第四章 增白尾矿表面改性

4．1 实验

4．1．1 主要原料及设备

4．1．2 增白尾矿改性

4．1．3 改性PBT物性参数测试

4．2 结果与讨论

4．2．1 干法改性效果

4．2．2 湿法改性效果

4．2．3 改性机理

4．3 小结

第五章 改性增白尾矿在聚氯乙烯中的应用性能

5．1 实验

5．1．1 原料及仪器

5．1．2 填充PVC复合材料制备

5．1．3 机械性能测试

5．1．4 热稳定性测试

5．1．5 热降解测试

5．1．6 燃烧性能测定

5．2 结果与讨论

5．2．1 PBT/PVC、改性PBT/PVC微观结构

5．2．2 PBT/PVC、改性PBT/PVC力学性能

5．2．3 增白尾矿对PVC热稳定性的影响

5．2．4 增白尾矿对PVC热降解的影响

5．2．5 PBT对PVC燃烧性能的影响

5．3 小结

第六章 运用铝土矿选矿尾矿制备三聚磷酸铝防腐颜料及其防腐性能

6．1 概述

6．1．1 三聚磷酸铝的研究进展

6．1．2 三聚磷酸铝的一般性质及防腐机理

6．1．3 三聚磷酸铝改性

6．1．4 防腐性能评价

6．2 实验

6．2．1 所需原料及设备

6．2．2 样品制备

6．2．3 研究方法

6．3 结果与讨论

6．3．1 工艺参数对三聚磷酸铝产率的影响

6．3．2 样品的TG/DTG分析

6．3．3 样品形貌

6．3．4 三聚磷酸铝改性产物物性参数

6．3．5 改性三聚磷酸铝的缓蚀性能

6．3．6 涂层电化学阻抗结果

6．4 小结

第七章 结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的文章、专利及科研情况