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鋁土礦選礦尾礦是我國特有的有色金屬尾礦,鋁工業的發展遺留下來大量的尾礦,它的存在已成為制約礦業可持續發展、占用農田、林地、危及礦區及周邊生態環境的主要因素。尾礦除含少量金屬雜質外,主要礦物相結構與目前塑料填料市場所用的鋁硅酸鹽礦物結構類似,在塑料填料市場有著廣闊的應用前景。 尾礦主要化學成分為三氧化二鋁(Al_2O_3)和二氧化硅(SiO_2),質量百分比達70%;礦物相以一水硬鋁石和高嶺石為主,質量百分比達50%。該尾礦在選礦時已進行了磨礦,粒度較細(d_(90)≤65μm),易超細加工,本研究利用鋁土礦選礦廠尾礦庫里的礦漿作原料,烘干后,分別用干法和濕法兩種方式對干粉進行超細加工,獲得優化的粉磨工藝。粉磨后的粉體粒度均勻、d_(90)≤10μm、呈類球狀、化學性質穩定、熱穩定性好、有一定的阻燃能力,符合塑料填料的基本要求。 研究工作中采用鈦酸酯偶聯劑、硅烷偶聯劑、硅油及季銨鹽表面活性劑,對超細尾礦粉體進行表面處理,證明不同表面活性劑存在一個最佳用量范圍,根據尾礦粉體特性,通過分析與比較,選用硅烷偶聯劑(KH)鈦酸酯偶聯劑(NDZ)對粉體進行復合改性,效果顯著,改性后粉體的活化指數為90%;潤濕角為130°;吸油量為14ml/100g;粉體的分散性得到改善,比表面積由10.9m~2/g增加至11.7m~2/g。這些結果表明,表面處理改變了尾礦粉體的表面極性,其表面由親水性變為疏水性,改性后的尾礦粉體以低聚態粒子形式存在,粉體的分散性得到改善;用紅外光譜對改性尾礦粉體進行分析,發現改性填料在2959.71cm~(-1)存在偶聯劑特征峰,說明尾礦粉體表面存在偶聯劑化學鍵;掃描電鏡(SEM)的形貌觀察及能譜(EDAX)分析發現,尾礦中不同礦物表面結合改性劑具有選擇性,一水硬鋁石以NDZ為主,高嶺石以KH為主。 選用處理較好的改性尾礦粉體,共混聚氯乙烯(PVC)基料,造粒、熔融擠出、制備PVC復合材料。對復合材料進行物理、力學、熱性能研究,結果表明,填料發揮了其成分復雜的多組分效應,填充PVC復合材料的剛性和耐熱性比純PVC基體有所提高,在填料為40份時,流動加工性好;并且偶聯劑有增塑、潤滑作用,改性尾礦粉體能夠均勻分散在PVC基體中,填充的PVC的力學性能好,懸臂梁缺口沖擊強度為7.8kJ/m~2、拉伸強度為33.8MPa、斷裂伸長率為17%、維卡軟化溫度為86.1℃。掃描電鏡(SEM)的斷面形貌觀察發現,改性尾礦粉體填料具有成核作用,加入后不改變PVC基體的晶型,界面結合牢固,填料在PVC基體中相容性、潤濕性好。PVC制品性能指標達到企業提供的標準,性能滿足應用要求
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