CN101235224A - 一种改性尾矿粉体的制备及该粉体用作聚合物填料的方法 - Google Patents

一种改性尾矿粉体的制备及该粉体用作聚合物填料的方法 Download PDF

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一种改性尾矿粉体的制备及该粉体用作聚合物填料的方法。粉体的制备过程为：将选矿尾矿置于湿法搅拌磨，粉磨后的浆料压滤、烘干、粉碎得超细粉体。再将该粉体加入可加热的高速搅拌改性机中，可得到容重为2.50g/ml左右、粒度分布较窄的功能粉体材料。改性尾矿粉体用作聚合物填料的方法为，将改性尾矿粉体加入混合后的PVC和稳定剂混合物中，搅拌，造粒，得聚合物母粒。本发明制备改性尾矿粉体的方法工艺简单，原料为固体残渣，容易获得，且生产条件较为宽松；利用该粉体作为聚氯乙烯制品中填料，既有利于降低生产成本，也有利于解决固体废渣带来的环境污染问题。

Description

一种改性尾矿粉体的制备及该粉体用作聚合物填料的方法
技术领域
本发明涉及一种用于聚合物的尾矿填料及制备方法，属于无机非金属材料领域。
背景技术
我国的铝土矿主要以一水硬铝石为主，具有高铝、高硅、低铁的特征，矿石的铝硅比(矿石中Al2O3与SiO2的质量比，简称A/S)较低，A/S为4～6的较多，约占总贮量的60％，A/S为2～4的占10％，A/S大于10的矿石较少，按照传统的加工工艺，其开采年限不长。目前采用的反浮选选矿分离方法，使中国的铝土矿开采年限延长了二三十年，但在选矿中会产生大量的尾矿。通常，在满足拜耳法(A/S大于10)工业生产的要求下，其精矿与尾矿产出之比一般为3∶1左右。再者，基于我国铝土矿的专有特性，其尾矿化学成分复杂，矿物相组成主要以一水硬铝石、高岭石为主，两者的百分含量超过70％，其中一水硬铝石的含量在50％左右。尾矿球磨后粉末粒径分布不是很均匀，粒径分布范围在0～20μm之间，颗粒形状多样，有一定的团聚现象。另外，通过不同煅烧温度下的XRD检测及差热分析，可知该尾矿具有好的热稳定性。
目前，在铝土矿选矿尾矿的应用上，主要方法有：利用尾矿的表面活性(王建立、杨涤心等(河南冶金，2004，12(2)：10～12))，将尾矿与高分子链相结合形成一种交联结构，制备复合吸水材料；Taj R.等利用尾矿的易烧结性，通过高温烧结制得工业陶瓷(Industrial Ceramics，2006，26(1)：1～9)。另外，在高铝水泥、双快型砂水泥、免烧多孔砖、装配式轻型砖、耐火材料方面等，都有一些实际性成果。这些方法虽然促进了尾矿的利用，但在制得成品的过程中尾矿的掺入量较小，且能耗较高，没有发挥尾矿的附加价值。
在粉体表面改性技术快速发展的背景下，无机功能粉体在一些高附加价值产品中的应用取得了一些积极成果，尤其在橡塑填料方面，如Wang W.对粉煤灰进行超细加工，经表面改性后作为填料应用于橡胶制品中(Journal of CentralSouth University of Technology，2004，35(5)：769～773)。另外，Wang W.和Georges E.等分别报道将高岭土、伊利石等无机矿物粉体功能材料作为填料应用于橡胶、塑料行业中，制得橡塑制品(Journal of Central South University ofTechnology，2004，35(5)：769～773及Applied Clay Science，2001，20：137～152)。这些研究的优点是提高某些无机矿物的附加价值，在不影响产品性能的条件下，降低橡塑产品的成本，但仅只限于单一矿物。而目前，单一无机矿物填料难以满足很多综合要求，填料成分、结构复杂化是橡塑填料的另一个重要的发展趋势。
发明内容
本发明的目的是以固体残渣铝土矿的选矿尾矿为原料，制备低容重、高比表面积、粒度分布较为均匀的功能粉体材料。
一种改性尾矿粉体的制备方法，将选矿尾矿置于湿法搅拌磨，球磨1～4个小时，其中，研磨体采用氧化铝球，单级球磨，球径为4mm左右，球料重量比为4～6∶1，料水重量比为1∶1.5～3，填充率为30％～50％，磨机转速为100～150r/min；将粉磨后的浆料压滤、烘干、粉碎得到d90在15～20μm范围内的超细粉体。再将该粉体加入可加热的高速搅拌改性机中，温度为80℃～100℃。改性剂以注射或喷雾形式缓慢注入改性筒体内，其改性机转速为800～1000r/min，改性剂加入量为粉体重量的0.4～1％，注入时间为10～30min；注入完成后，改性机转速调为1000～1200r/min，搅拌时间20～50min。可得到容重为2.50g/ml左右、粒度分布较窄的功能粉体材料。
粉体表面改性时所用的改性剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。
本发明还可在尾矿粉体中先加入纤维状矿物，如硅灰石，再加入PVC中以提高制品的拉伸、抗弯曲强度。
一种改性尾矿粉体用作聚合物填料的方法，先将PVC和稳定剂加入高速混合机组(集混炼、塑炼于一体)，加热至80～85℃范围内，加入部分增塑剂，高速搅拌2～5min，再加入剩余的增塑剂，搅拌升温至90～100℃，再加入上述尾矿粉体、改性剂、润滑剂，继续搅拌，待混合机组温度升至120℃，立即放料到冷却机冷却，温度降至40℃，放料。再经螺杆造粒机造粒，可得到粒径4mm左右的聚合物母粒。所制得的母粒根据需要，经螺杆成型机、注入成型机等设备，选择不同的模具成型制得聚合物产品，产品中尾矿粉体在聚合物中的相容性、润湿性、分散性好，产品的外观均匀，拉伸强度＞10MPa，相对密度为1.3～1.8，邵氏硬度为75～85，符合塑料产品的要求。
造粒中PVC的聚合度范围为1200～4000，用量按重量为100份；增塑剂为DOP、DOS和二辛酯，用量40～60份；稳定剂为钙锌液体复合稳定剂，用量2～5份；塑炼改性剂为PA-30、P83、粉末丁腈橡胶，用量30～50份；润滑剂为硬脂酸、石腊，用量0.1～1份；填料为经过改性后的尾矿，其用量为10～40份。
本发明与现有工艺技术相比具有以下优点：
(1)本发明工艺简单，原料为固体残渣，容易获得，且生产条件较为宽松。
(2)相比现有技术，目前的软质聚氯乙烯制品中填料多为轻质碳酸钙，原材料较贵；本发明用铝土矿选矿后废弃的尾矿作为填料，即有利于降低生产成本，也有利于解决固体废渣带来的环境污染问题。
(3)本发明中实现了矿物材料的超细加工-表面改性一体化，简化了工艺流程，操作简单，且生产过程中对环境污染较少。
(4)本发明中综合利用该尾矿中矿物多样性的特性，在改性的过程中发挥不同改性剂对不同矿物的作用，使用多种改性剂对其进行表面改性，制得的改性粉体在与有机物的混合体系中，相容性、润湿性、分散性好。在用作填料的过程中，发挥了该矿物多组分体系的协同效应，使得软质PVC制品的物理性能得到改善，并减小其它助剂的使用，从而实现该材料潜在的附加价值，达到高效利用的目的。
附图说明
图1：本发明制得的粉体粒径微分分布图；
图2：本发明制得的粉体扫描电镜(SEM)图；
图3：本发明制得的聚合物产品扫描电镜(SEM)图。
具体实施方式
实施例1：将尾矿2kg置于湿法搅拌磨中，球磨介质采用氧化铝球，单级球磨，直径为4mm，球料质量比4∶1，料水比为1∶2，填充率为40％，磨机转速为120r/min，粉磨时间2.5小时。将粉磨后的浆料压滤、烘干、粉碎得到d90在15～20μm范围内的超细粉体。再将该粉体置于自制的可加热的高速搅拌改性机中，加热使其温度升至100℃，以800r/min的转速高速搅拌30分钟，用调配好的混合改性剂，其中，无水乙醇∶硅烷改性剂∶钛酸酯改性剂＝2∶1∶1，硅烷改性剂和钛酸酯改性剂的加入量分别是粉体重量的3‰，以注射或喷雾形式缓慢注入改性筒体内，注入时间为20min。注入完成后，提高改性机转速至1200r/min，保时30min。可得到容重为2.50g/ml左右、粒度分布较窄的功能粉体材料(见图1，2)。
在软质PVC的造粒过程中，先将PVC和稳定剂加入高速混合机组(集混炼、塑炼于一体)，加热至80℃，加入部分增塑剂，高速搅拌5min，再加入剩余的增塑剂，搅拌升温至100℃，再加入上述尾矿粉体填充剂、改性剂、润滑剂等其它助剂，继续搅拌，待混合机组温度升至125℃，立即放料进入冷却机冷却，待温度降至40℃，放料，再经螺杆造粒机造粒，可得到粒径4mm的母粒。所制得的母粒根据需要，经螺杆成型机、注入成型机等设备，选择不同的模具成型制得产品，尾矿粉体在聚合物中的相容性、润湿性、分散性好(见图3)，产品的外观均匀，拉伸强度＞10MPa，相对密度为1.5左右，邵氏硬度为77左右，符合塑料产品的要求。

Claims (3)

1. 一种改性尾矿粉体的制备方法，其特征在于：将选矿尾矿置于湿法搅拌磨，球磨1～4个小时，其中，研磨体采用氧化铝球，单级球磨，球径为4mm，球料重量比为4～6∶1，料水重量比为1∶1.5～3，填充率为30％～50％，磨机转速为100～150r/min；将粉磨后的浆料压滤、烘干、粉碎得超细粉体；再将该粉体加入可加热的高速搅拌改性机中，温度为80℃～100℃，改性剂以注射或喷雾形式缓慢注入改性筒体内，其改性机转速为800～1000r/min，改性剂加入量为粉体重量的0.4～1％，注入时间为10～30min；注入完成后，改性机转速调为1000～1200r/min，搅拌20～50min，得到功能粉体材料。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：粉体表面改性时所用的改性剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。
3. 一种改性尾矿粉体用作聚合物填料的方法，其特征在于：先将PVC和稳定剂加入高速混合机组，加热至80～85℃，加入部分增塑剂，高速搅拌2～5min，再加入剩余的增塑剂，搅拌升温至90～100℃，再加入上述尾矿粉体、改性剂、润滑剂，继续搅拌，待混合机组温度升至120℃，放料到冷却机冷却，温度降至40℃，放料；经造粒机造粒，得聚合物母粒；
所述PVC的聚合度范围为1200～4000，按重量比用量100份；增塑剂为DOP、DOS和二辛酯，用量40～60份；稳定剂为钙锌液体复合稳定剂，用量2～5份；塑炼改性剂为PA-30、P83、粉末丁腈橡胶，用量30～50份；润滑剂为硬脂酸、石腊，用量0.1～1份；改性后的尾矿用量为10～40份。
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