專利名稱：一種改性尾礦粉體的制備及該粉體用作聚合物填料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于聚合物的尾礦填料及制備方法，屬于無機(jī)非金屬材料 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國的鋁土礦主要以一水硬鋁石為主，具有高鋁、高硅、低鐵的特征，礦石的鋁硅比(礦石中A1203與Si02的質(zhì)量比，簡(jiǎn)稱A/S)較低，A/S為4 6的較 多，約占總貯量的60% ， A/S為2 4的占10y。,A/S大于10的礦石較少，按 照傳統(tǒng)的加工工藝，其開采年限不長。目前采用的反浮選選礦分離方法，使中 國的鋁土礦開采年限延長了二三十年，但在選礦中會(huì)產(chǎn)生大量的尾礦。通常， 在滿足拜耳法(A/S大于10)工業(yè)生產(chǎn)的要求下，其精礦與尾礦產(chǎn)出之比一般 為3:1左右。再者，基于我國鋁土礦的專有特性，其尾礦化學(xué)成分復(fù)雜，礦物 相組成主要以一水硬鋁石、高嶺石為主，兩者的百分含量超過70%，其中一水 硬鋁石的含量在50%左右。尾礦球磨后粉末粒徑分布不是很均勻，粒徑分布范 圍在0 20nm之間，顆粒形狀多樣，有一定的團(tuán)聚現(xiàn)象。另外，通過不同煅 燒溫度下的XRD檢測(cè)及差熱分析，可知該尾礦具有好的熱穩(wěn)定性。目前，在鋁土礦選礦尾礦的應(yīng)用上，主要方法有利用尾礦的表面活性(王 建立、楊滌心等(河南冶金，2004,12(2):10 12))，將尾礦與高分子鏈相結(jié)合 形成一種交聯(lián)結(jié)構(gòu)，制備復(fù)合吸水材料；Taj R.等利用尾礦的易燒結(jié)性，通過 高溫?zé)Y(jié)制得工業(yè)陶瓷(Industrial Ceramics，2006，26(l):1 9)。另夕卜，在高鋁 水泥、雙快型砂水泥、免燒多孔磚、裝配式輕型磚、耐火材料方面等，都有一 些實(shí)際性成果。這些方法雖然促進(jìn)了尾礦的利用，但在制得成品的過程中尾礦 的摻入量較小，且能耗較高，沒有發(fā)揮尾礦的附加價(jià)值。在粉體表面改性技術(shù)快速發(fā)展的背景下，無機(jī)功能粉體在一些高附加價(jià)值 產(chǎn)品中的應(yīng)用取得了一些積極成果，尤其在橡塑填料方面，如WangW.對(duì)粉煤 灰進(jìn)行超細(xì)加工，經(jīng)表面改性后作為填料應(yīng)用于橡膠制品中(Journal of Central South University of Technology, 2004，35(5):769 773)。另夕卜，WangW.和Georges E.等分別報(bào)道將高嶺土、伊利石等無機(jī)礦物粉體功能材料作為填料應(yīng)用于橡膠、塑料行業(yè)中，制得橡塑制品(Journal ofCentral South University of Technology, 2004， 35(5):769 773及Applied Clay Science，2001，20:137 152)。 這些研究的優(yōu)點(diǎn)是提高某些無機(jī)礦物的附加價(jià)值，在不影響產(chǎn)品性能的條件 下，降低橡塑產(chǎn)品的成本，但僅只限于單一礦物。而目前，單一無機(jī)礦物填料 難以滿足很多綜合要求，填料成分、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化是橡塑填料的另一個(gè)重要的發(fā) 展趨勢(shì)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是以固體殘?jiān)X土礦的選礦尾礦為原料，制備低容重、高比 表面積、粒度分布較為均勻的功能粉體材料。一種改性尾礦粉體的制備方法，將選礦尾礦置于濕法攪拌磨，球磨1 4 個(gè)小時(shí)，其中，研磨體采用氧化鋁球，單級(jí)球磨，球徑為4mm左右，球料重 量比為4 6:1,料水重量比為1:1.5 3，填充率為30°/。 50°/。，磨機(jī)轉(zhuǎn)速為100 150r/min;將粉磨后的漿料壓濾、烘干、粉碎得到(19()在15 20拜范圍內(nèi)的超 細(xì)粉體。再將該粉體加入可加熱的高速攪拌改性機(jī)中，溫度為8(TC 100'C。 改性劑以注射或噴霧形式緩慢注入改性筒體內(nèi)，其改性機(jī)轉(zhuǎn)速為800 1000 r/min，改性劑加入量為粉體重量的0.4 1%，注入時(shí)間為10 30min;注入完 成后，改性機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)為1000 1200r/min，攪拌時(shí)間20 50min。可得到容重 為2.508/1111左右、粒度分布較窄的功能粉體材料。粉體表面改性時(shí)所用的改性劑為硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑。本發(fā)明還可在尾礦粉體中先加入纖維狀礦物，如硅灰石，再加入PVC中 以提高制品的拉伸、抗彎曲強(qiáng)度。一種改性尾礦粉體用作聚合物填料的方法，先將PVC和穩(wěn)定劑加入高速 混合機(jī)組(集混煉、塑煉于一體)，加熱至80 85X:范圍內(nèi)，加入部分增塑劑， 高速攪拌2 5min，再加入剩余的增塑劑，攪拌升溫至90 100°C ，再加入上 述尾礦粉體、改性劑、潤滑劑，繼續(xù)攪拌，待混合機(jī)組溫度升至12(TC，立即 放料到冷卻機(jī)冷卻，溫度降至40°(〕，放料。再經(jīng)螺桿造粒機(jī)造粒，可得到粒 徑4mm左右的聚合物母粒。所制得的母粒根據(jù)需要，經(jīng)螺桿成型機(jī)、注入成 型機(jī)等設(shè)備，選擇不同的模具成型制得聚合物產(chǎn)品，產(chǎn)品中尾礦粉體在聚合物 中的相容性、潤濕性、分散性好，產(chǎn)品的外觀均勻，拉伸強(qiáng)度HOMPa，相對(duì)密度為13 1.8，邵氏硬度為75 85，符合塑料產(chǎn)品的要求。造粒中PVC的聚合度范圍為1200 4000，用量按重量為100份；增塑劑 為DOP、 DOS和二辛酯，用量40 60份；穩(wěn)定劑為鈣鋅液體復(fù)合穩(wěn)定劑，用 量2 5份；塑煉改性劑為PA-30、 P83、粉末丁腈橡膠，用量30 50份；潤 滑劑為硬脂酸、石臘，用量0.1 1份；填料為經(jīng)過改性后的尾礦，其用量為 10 40份。本發(fā)明與現(xiàn)有工藝技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)-(1) 本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，原料為固體殘?jiān)?，容易獲得，且生產(chǎn)條件較為寬松。(2) 相比現(xiàn)有技術(shù)，目前的軟質(zhì)聚氯乙烯制品中填料多為輕質(zhì)碳酸鈣， 原材料較貴；本發(fā)明用鋁土礦選礦后廢棄的尾礦作為填料，即有利于降低生產(chǎn) 成本，也有利于解決固體廢渣帶來的環(huán)境污染問題。(3) 本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)了礦物材料的超細(xì)加工-表面改性一體化，簡(jiǎn)化了工 藝流程，操作簡(jiǎn)單，且生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境污染較少。(4) 本發(fā)明中綜合利用該尾礦中礦物多樣性的特性，在改性的過程中發(fā) 揮不同改性劑對(duì)不同礦物的作用，使用多種改性劑對(duì)其進(jìn)行表面改性，制得的 改性粉體在與有機(jī)物的混合體系中，相容性、潤濕性、分散性好。在用作填料 的過程中，發(fā)揮了該礦物多組分體系的協(xié)同效應(yīng)，使得軟質(zhì)PVC制品的物理 性能得到改善，并減小其它助劑的使用，從而實(shí)現(xiàn)該材料潛在的附加價(jià)值，達(dá) 到高效利用的目的。


圖l:本發(fā)明制得的粉體粒徑微分分布圖；圖2:本發(fā)明制得的粉體掃描電鏡(SEM)圖；圖3:本發(fā)明制得的聚合物產(chǎn)品掃描電鏡(SEM)圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:將尾礦2kg置于濕法攪拌磨中，球磨介質(zhì)采用氧化鋁球，單級(jí) 球磨，直徑為4mm,球料質(zhì)量比4:1，料水比為1:2，填充率為40%，磨機(jī)轉(zhuǎn) 速為120r/min，粉磨時(shí)間2.5小時(shí)。將粉磨后的漿料壓濾、烘干、粉碎得到(19()在15 20阿范圍內(nèi)的超細(xì)粉體。再將該粉體置于自制的可加熱的高速攪拌改 性機(jī)中，加熱使其溫度升至100°C，，以800r/min的轉(zhuǎn)速高速攪拌30分鐘，用調(diào)配好的混合改性劑，其中，無水乙醇:硅烷改性劑:鈦酸酯改性劑-2:l:l，硅 垸改性劑和鈦酸酯改性劑的加入量分別是粉體重量的3%o，以注射或噴霧形式 緩慢注入改性筒體內(nèi)，注入時(shí)間為20min。注入完成后，提高改性機(jī)轉(zhuǎn)速至 1200r/min，保時(shí)30min。可得到容重為2.50g/ml左右、粒度分布較窄的功能粉 體材料(見圖1， 2)。在軟質(zhì)PVC的造粒過程中，先將PVC和穩(wěn)定劑加入高速混合機(jī)組(集混 煉、塑煉于一體)，加熱至80'C，加入部分增塑劑，高速攪拌5min，再加入剩 余的增塑劑，攪拌升溫至100'C，再加入上述尾礦粉體填充劑、改性劑、潤滑 劑等其它助劑，繼續(xù)攪拌，待混合機(jī)組溫度升至125'C，立即放料進(jìn)入冷卻機(jī) 冷卻，待溫度降至4(TC，放料，再經(jīng)螺桿造粒機(jī)造粒，可得到粒徑4mm的母 粒。所制得的母粒根據(jù)需要，經(jīng)螺桿成型機(jī)、注入成型機(jī)等設(shè)備，選擇不同的 模具成型制得產(chǎn)品，尾礦粉體在聚合物中的相容性、潤濕性、分散性好(見圖 3)，產(chǎn)品的外觀均勻，拉伸強(qiáng)度MOMPa，相對(duì)密度為1.5左右，邵氏硬度為 77左右，符合塑料產(chǎn)品的要求。
權(quán)利要求
1. 一種改性尾礦粉體的制備方法，其特征在于將選礦尾礦置于濕法攪拌磨，球磨1～4個(gè)小時(shí)，其中，研磨體采用氧化鋁球，單級(jí)球磨，球徑為4mm，球料重量比為4～6∶1，料水重量比為1∶1.5～3，填充率為30％～50％，磨機(jī)轉(zhuǎn)速為100～150r/min；將粉磨后的漿料壓濾、烘干、粉碎得超細(xì)粉體；再將該粉體加入可加熱的高速攪拌改性機(jī)中，溫度為80℃～100℃，改性劑以注射或噴霧形式緩慢注入改性筒體內(nèi)，其改性機(jī)轉(zhuǎn)速為800～1000r/min，改性劑加入量為粉體重量的0.4～1％，注入時(shí)間為10～30min；注入完成后，改性機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)為1000～1200r/min，攪拌20～50min，得到功能粉體材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于粉體表面改性時(shí)所用的改性 劑為硅垸偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑。
3. —種改性尾礦粉體用作聚合物填料的方法，其特征在于先將PVC和 穩(wěn)定劑加入高速混合機(jī)組，加熱至80 85'C，加入部分增塑劑，高速攪拌2 5min，再加入剩余的增塑劑，攪拌升溫至90 100'C，再加入上述尾礦粉體、 改性劑、潤滑劑，繼續(xù)攪拌，待混合機(jī)組溫度升至120'C，放料到冷卻機(jī)冷卻， 溫度降至40'C，放料；經(jīng)造粒機(jī)造粒，得聚合物母粒；所述PVC的聚合度范圍為1200 4000，按重量比用量100份；增塑劑為 DOP、 DOS和二辛酯，用量40 60份；穩(wěn)定劑為鈣鋅液體復(fù)合穩(wěn)定劑，用量 2 5份；塑煉改性劑為PA-30、 P83、粉末丁腈橡膠，用量30 50份；潤滑 劑為硬脂酸、石臘，用量0.1 1份；改性后的尾礦用量為10 40份。
全文摘要
一種改性尾礦粉體的制備及該粉體用作聚合物填料的方法。粉體的制備過程為將選礦尾礦置于濕法攪拌磨，粉磨后的漿料壓濾、烘干、粉碎得超細(xì)粉體。再將該粉體加入可加熱的高速攪拌改性機(jī)中，可得到容重為2.50g/ml左右、粒度分布較窄的功能粉體材料。改性尾礦粉體用作聚合物填料的方法為，將改性尾礦粉體加入混合后的PVC和穩(wěn)定劑混合物中，攪拌，造粒，得聚合物母粒。本發(fā)明制備改性尾礦粉體的方法工藝簡(jiǎn)單，原料為固體殘?jiān)?，容易獲得，且生產(chǎn)條件較為寬松；利用該粉體作為聚氯乙烯制品中填料，既有利于降低生產(chǎn)成本，也有利于解決固體廢渣帶來的環(huán)境污染問題。
文檔編號(hào)C08L91/06GK101235224SQ20071003433
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月29日
發(fā)明者楊華明, 胡小冬, 胡岳華 申請(qǐng)人:中南大學(xué)