高岭土活化改性及其对丁苯胶的补强作用(精)
第30卷增刊非金属矿 Vol.30 Sp. Issue2007年9月 Non-Metallic Mines Sep, 2007 高岭土活化改性及其对丁苯胶的补强作用
刘钦甫张乾范雪辉李东勇陈汉周
(中国矿业大学资源与安全工程学院，北京 100083)
用硅烷偶联剂对高岭土进行表面改性。采用沉降体积对活化改性效果进行初始评价，并将其对丁苯橡胶摘要采用预先活化的方法，
的补强效果与采用白炭黑的进行对比，结果发现其各项力学性能均超过或接近白炭黑的补强效果。
关键词高岭土表面改性活化橡胶硅烷
高岭土是聚合物中常用的无机矿物填料之一，广泛应用于塑料、橡胶、胶黏剂、化纤、油漆、涂料、陶瓷、耐火材料等领域。由于高岭土与高分子聚合物表面性能差异较大，往往因为不能相容而产生相分离，导致高岭土难以在高聚物中均匀分散，从而影响复合材料的整体综合性能。采用脂肪酸盐、硅烷、钛酸酯偶联剂等，对高岭土进行表面改性，可改善其表面的物化性质，增强其与有机高聚物的相容性，提高其分散性，增强填料与聚合物基体的结合强度，从而实现对聚合物的填充补强作用[1]。尤其是在高填充量的情况下，聚合物基体与填料之间的界面过渡层（表面改性层）决定着复合材料的最终性能[2,5]。硅烷与高岭土表面的结合方式有三种：化学键结合，氢键结合和物理包覆。前两种尤其是化学结合，对聚合物有着很好的补强效果，而物理包覆的补强效果甚微[3,4]。但由于高岭土表面的反应活性点羟基较少，只占总体表面的10%左右[6]，对其表面改性时，只有10%的表面发生化学吸附，其余的即使包覆，也只是物理吸附。这也就意味着在一定环境（如在熔融聚合物）中，大部分包覆于表面的改性剂将解吸。如何使高岭土表面产生更多的反应活性点，至关重要[6]。Braggs 等用等离子体预处理高岭土，增强其表面活性羟基的数量，而后用有机改性剂进行表面处理，取得了很好的改性效果[6]。
作者通过实验研究找到一种较简便的方法，用复合活化剂L-1（无机钠盐）对高岭土进行预活化处理，然后再用硅烷偶联剂（KH560）对高岭土进行表面有机改性。经活化后，高岭土的表面负电位及其在蒸馏水中的分散稳定性都有很大提高。采用沉降体积考察了改性前后高岭土表面性质的变化，并将其对丁苯橡胶的补强效果与白炭黑的进行对比。结果发现：其各项力学性能均超过或接近白炭黑的补强效果。1 试验部分
实验室自制，高岭1.1 原料及试剂高岭土浆料：
土的固含量为20%左右；丁苯橡胶：1500，北京橡胶工业研究设计院提供；白炭黑：牌号为36-5，吉林省通化市双龙化工有限公司产品；硅烷偶联剂
（KH560）：南京曙光；其它原材料：均为市售品。用氢氧化1.2 实验过程取一
定量的高岭土浆液，钠和硫酸将其pH值调整到一定范围（6~10），加热至一定温度，在搅拌下加入活化剂L-1，反应一定时间，经过滤得到活化高岭土滤饼。将活化后的高岭土配制成浓度为25%的悬浮液，加入0.3%的分散剂六偏磷酸钠，然后搅拌，超声分散30min，移入500ml的三口烧瓶中，加入1.5%的水解硅烷偶联剂KH560，放在恒温水槽中维持温度80℃，在中速搅拌下反应45min，然后过滤洗涤分离的固体，再经无水乙醇洗涤三次，在120℃下干燥12h，粉碎后即得活化改性高岭土。
采用熔融共混法补强丁苯橡胶。基本配方（质量份）：丁苯橡胶1500 100份，硫黄1.75份，硬脂酸1份，氧化锌3份，促进剂NS 1份，增强剂（改性高岭土，白炭黑，活化改性高岭土）50份。
力学性能测试：拉伸强度、定伸应力、扯断伸长率，按GB /T 531-99进行测试；邵尔A型硬度，按GB /T 528-98进行测试。2 结果和讨论
2.1 沉降体积表面改性的目的，主要是改变高岭土表面的极性，使其由亲水性变为疏水性，增强其与非极性聚合物的相容性。有鉴于此，作者采用其在非极性的液体石蜡中的分散稳定性，作为考察改性效果的初始判据。称取0.6g改性前后的高岭土，加入到20ml液体石蜡中，磁力搅拌10min，然后用移液管移取10ml放入带刻度的柱塞量筒内静置，读取一定时间固体物的体积，即为沉降体积。
在相同的实验条件下，沉积物的体积越大，说明改性高岭土在液体石蜡中的分散性和稳定性越好，
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第30卷增刊非金属矿 2007年9月
改性效果也就越好；反之越差[7]。高岭土K，改性高岭土KM，活化改性高岭土KAM10h后的沉降体积，如图1所示。未改性高岭土在液体石蜡中的分散稳定性很差，迅速沉降，15min后沉降体积已达3.6，10h后沉降体积仅为2.1；单纯经KH560改性后，高岭土在液体石蜡中的分散稳定性得到提高，沉降速度变缓，10h后的沉降体积为5.2；经活化改性处理后，活化改性高岭土在液体石蜡中的分散稳定性得到大幅提高，1h后还看不出明显的沉降，10h后沉降体积为9.2。由图1的柱状图可明显看出，活化改性具有很好的效果。
别为3.56和6.22 MPa ，均低于白炭黑的补强效果。而活化改性高岭土补强橡胶的300%定伸应力和500%定伸应力，分别达到4.43和7.73MPa,在低伸长率时活化改性高岭土比白炭黑的补强效果好，在高伸长率时比白炭黑的补强效果差些。活化改性高岭土和改性高岭土补强橡胶的硬度值，分别为56和55，二者十分接近，但均远低于白炭黑补强橡胶的硬度值76。活化改性高岭土和改性高岭土补强橡胶的扯断伸长率，分别为786%和765%,远高于白炭黑补强橡胶的扯断伸长率740%。这间接说明了活化改性高岭土填充橡胶，在弹性方面具有优良的性能，可见它具有更好的补强效果。3 结论
1.预先活化，显著增强了硅烷偶联剂KH560对高岭土的改性效果。
2.活化改性高岭土对丁苯橡胶具有优良的补强
图1 活化改性高岭土沉降体积柱状图
K-高岭土；KM-KH560改性高岭土；KAM-活化改性高岭土
效果，各项力学性能超过或接近采用白炭黑时的补强效果。
参考文献
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2.2 活化改性高岭土补强丁苯橡胶实验作者采
用熔融共混法制备了丁苯橡胶/活化改性高岭土复合材料，同时还与等量的改性高岭土、白炭黑制成的复合材料进行了对比，实验结果如表 1所列。
表 1 复合材料物理力学性能及对比
复合材料类别
白炭黑活化改性高岭土改性高岭土
硬度HA765655
定伸应力/MPa 拉伸强度扯断伸
/MPa长率/%300% 500%4.214.433.56
8.437.736.22
17.6219.613.6
740786765
从表1可看出，活化改性高岭土增强橡胶的拉伸强度最高达19.6 MPa,比白炭黑高出近2.0MPa，而改性高岭土补强的拉伸强度仅为13.6 MPa，远达不到白炭黑的补强效果。从定伸应力来看，白炭黑补强橡胶的300%定伸应力和500%定伸应力分别为4.21和8.43MPa，改性高岭土补强橡胶的则分
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高岭土生产工艺标准技术
1.1.1.产品规模 一级高岭土：12万吨/年；二级高岭土：8万吨/年 建筑用砂：5万吨/年；黄铁矿：1万吨/年。 工艺技术方案目前国内高岭土湿法深加工技术比起传统技术有所提高，但在关键技术和关键工艺方面仍然落后国外，特别在自动化程度、成套技术、生产效率和工艺稳定性等方面与欧美、日本还有较大差距。随着石化、造纸、陶瓷、耐火材料等行业的发展，这些行业对高档高岭土的需求在不断地上升，市场不断扩大。高档高岭土行业的发展瓶颈已经显现，需要更加先进的技术、工艺、装备，更加稳定的产品性能、高产能、高效率。 本项目采用自主研发的新技术、新工艺、新装备，淘汰落后的技术、工艺、装备和产能。本项目开发的新型捣浆机用于原料制浆过程中矿物的分散，比原来的制浆时间短，矿物与杂质分离的更完全，有助于后道工序的分选作业。新的分选装备小口径高压旋流器的开发，提高了更细粒级矿物的分级。高档高岭土生产线将采用新的干燥技术比原干燥节约用地70%，干燥效率提高了50%。整条生产线自动化程度提高了，降低了生产和管理成本，同时提高了生产流程的稳定性。项目使用自主开发专利技术 依据流程先后矿浆自流原则，依次布置。原料预处理车间布置在最高处，然后依次为制浆车间、分选车间、超细磨车间、超导磁选车间、压滤车间、干燥车间、轧粒包装车间、中尾矿处理车间。具体详见总平面布置图。
1.1. 2.主流程工艺流程主流程工艺详见附图2“主流程数质量流程图”，进料总量24.22万吨，生产 一级高岭土系列产品10.4万吨，二级高岭土系列产品8万吨，一级品三氧化二铝含量大于35%，铁含量小于0.5%，-2um以下88%，二级品三氧化二铝含量大于30%，铁含量小于0.8%，-2um以下75%。 1.1. 2.1.原料预处理系统运送至原料仓库的原料需要进行破碎至5cm以下。破碎后的原料再通过振动 筛给到皮带输送机，由皮带输送机输送至原料储存料仓。 1.1. 2.2.高浓度制浆系统原料储存料仓中的原料通过板式给料机按一定的给料量加入至捣浆池中，同时 加入水和能使矿浆分散的分散药剂，配制矿浆浓度30%左右，进行高速搅拌打散。 超细磨剥系统浓缩后的精矿矿浆加入混合分散剂，使矿浆完全分散，具有良好的流动性，控制矿浆浓度在45%左右，由变频螺杆泵输送至超细磨剥机进行研磨剥片。 1.1. 2. 3.分选、分级系统高速分散后的矿浆首先进入粗选作业，经过水力旋流器?200、?150，粗选后的 溢流矿浆再进入精选作业，分别经过?75、?25，最后经过超细分级高压旋流器?10。 1.1. 2.4.压滤系统经过分选后的精矿矿浆由柱塞泵输送至大型自动压滤机进行压滤脱水，把浓度为8% 的矿浆压滤成含水30%的半成品。 1.1. 2.5.干燥系统 经过压滤脱水后的半成品送至干燥架进行自然干燥，干燥后成品含水为15%左右。 1.1. 2.6.轧粒、包装系统干燥后的成品运送至轧粒、包装车间，经过破碎机把干燥后的高岭土泥饼破碎 机至3cm～5cm粒径大小的粒状，再经过提升机提升至成品缓冲料仓，然后通过自动卸料方式进入自动包装机进行包装。 1.1. 2.7.中尾矿处理系统经分选系统中粗选作业处理后得到的尾矿以及由?25水利旋流器分选后的尾 矿再经过堆放、风化、解离后加水、分散剂进行二次三次选别，浓缩、压滤、干燥、轧粒包装。 最终产生的粗尾矿再次经过摇床等粗选设备进行粗尾矿的选别作业，分选出石英砂、黄铁矿、高岭土。 1.1. 2.8.选矿废水净化系统主流程和中尾矿系统中压滤机排出的含酸性比较强的废水、浓缩过程中排出 的废水、清洗压滤布产生的废水均排到废水处理系统，通过加入混合药剂，中和掉多余的硫酸根离子等，净化水质，净化后的水进入到循环水池再利用。在制浆过程中需要加入碱性分散剂，而处理后的水偏碱性，这样可以节约大量的药剂。 1.1. 2.9.超细改性系统为开拓占领高端市场，项目设计充分利用公司取得的超细改性工艺技术，建设一 条利用本项目生产的一级高岭土为原料，通过超细改性工艺的2000吨/年的改性高岭土生产线。 1.1. 2.10.破碎系统、原料储存系统原料从公司厂矿或车站码头用自卸车、集装箱货车或农用货车等 运至原料仓库储存。原料棚建在主流程原料棚的北侧山坡上，面积约350m2。根据需要对原料进行
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煤系高岭土
煤系高岭土 煤系高岭土又叫煤矸石，是煤的伴生矿物，是我国特有的宝贵资源，国外虽有，但矿层薄，不具备开采价值。煤系高岭土资源主要分布在内蒙古、陕西、山西等地，储量巨大，已探明的地质储量为28.39亿吨，预测可靠储量为151.20亿吨；我国煤矸石利用率仅达30%～40%。废弃的煤矸石，污染水质；自燃后生成H2S、SO3 等有害气体，污染空气，并造成了酸雨的危害。大量堆积的煤矸石还侵占了越来越多的耕地，构成了对生态和环境的双重破坏。煤系煅烧高岭土加工技术出现在上世纪80年代，随着资源综合利用及循环经济鼓励政策的出台及煤矸石加工技术的日益成熟，在近几年达到了大规模的推广。 与水洗土的区别 自然产出的高岭土矿石，根据其质量、可塑性和砂质(石英、长石、云母等矿物粒径>50微米)的含量，可划分为煤系高岭土、软质高岭土和砂质高岭土三种类型。我国的水洗土资源比较紧张，主要分布在广东、广西、江西一带，而且产品的品位也较巴西、美国的高岭土差；而我国的煤系高岭土储量居世界首位，原矿的品位比较高。水洗土相比，煤系煅烧土的纯度高，易于生产高白度产品，主要应用于各种用途的填料方面。煤系高岭土以其较高的纯度，煅烧白度高，广泛应用于造纸、涂料中，特别是高档铜版纸和中高档涂料，产品的附加值比较高。软质高岭土和沙质高岭土主要应用于造纸涂料和陶瓷行业方面。
煤系煅烧高岭土以其高白度和高遮盖力受到造纸和涂料市场的好评，并在市场上占据了重要的位置。同时随着国内水洗土资源的萎缩，煤系煅烧土日渐受到客户的青睐。 应用领域 公司生产的产品是一种中高档颜、填料，以其独特的性能广泛应用于造纸、涂料、塑料、橡胶等各个领域。 在造纸应用方面，作为填料或颜料使用，可替代价格昂贵的二氧化钛颜料使用。由于煅烧高岭土的多孔膨体结构和高白度的特性，可增加涂料纸涂层空隙体积和松厚度，减少压光时的亮度和不透明度的损失，从而提高其纤维覆盖、不透明度、弹性以及轮转凹印的印刷适应性、抗起泡性；改善油墨吸收性、透印性和减少印刷斑点倾向，提高胶印中的保真度。 在涂料应用中，用作功能性填料或白色颜料，适用于各种涂料的使用，从底漆到面漆，任何固含量、任何厚度和任何光泽的涂层。用高岭土作涂料工业的添加剂，其作用不断体现，优质煅烧高岭土可以大大提高涂料产品的耐候性，耐化学药品腐蚀性。可以降低涂料的粘稠度，提高流平性，减慢沉降速度，提高附着力。可改善涂料储存稳定性、涂刷性、涂层的抗浮色和发花性等。还可以提高涂膜的遮盖力，替代部分价格昂贵的钛白粉，降低涂料成本。
CPE、 MBS、ACR 抗冲改性效果的对比
CPE、 MBS、ACR 抗冲改性效果的对比 ------兼谈硬质聚氯乙稀型材抗冲改性剂的应用技术 姜铁竹龚以行韩风董军宁 为了提高产品的抗冲击性能，在生产过程中要添加抗冲改性剂。用于硬质ＰＶＣ型材行业的抗冲改性剂主要有ＣＰＥ、ＭＢＳ和ＡＣＲ。其中ＣＰＥ、ＡＣＲ改性剂的分子结构中不含双键，耐候性能好，广泛用于户外建筑材料。目前就ＣＰＥ和ＡＣＲ对ＰＶＣ冲击改性的效果讨论很多，国外对ＡＣＲ性能的推荐，除强调它对低温冲击强度的大幅度提高外，还强调它对耐候性、加工性能的改性，而ＣＰＥ对加工温度的敏感性也已被生产实际所证实。因此，目前在欧洲、美国以丙稀酸酯为主导来改进ＰＶＣ的抗冲击性。在我国，由于只有少数厂家生产抗冲ＡＣＲ改性剂，品种和牌号均不能满足市场需要，而且质量尚欠稳定，价格偏高。因而，目前我国绝大多数（９０％）异型材厂仍以ＣＰＥ作抗冲改性剂，ＣＰＥ依然占主导地位，丙稀酸酯应用较少，还有的厂家采用ＭＢＳ。在此，我们对ＣＰＥ与ＡＣＲ、ＭＢＳ进行一下对比试验，对它们进行全面的了解，评价各项性能孰优孰劣，以便扬长避短，合理使用。 实验部分 １、实验用主要原料、规格： （１）树脂：聚氯乙稀ＰＶＣＳＧ－５型，潍坊亚星化学股份有限公司产。 （２）抗冲击改性剂：ＣＰＥ：型号３１３５，潍坊亚星化学股份有限公司产。ＡＣＲ：ＫＭ３５５Ｐ，吴羽化学公司产品。ＭＢＳ：台湾产。 （３）稀土稳定剂：型号ＲＥＣ－Ｅ，广东广洋高科技实业有限公司产。 （４）钛白粉：型号Ｒ１０５，美国杜邦公司产。 （５）轻质碳酸钙：淄博华信化工股份有限公司产。 （６）加工助剂：ＡＣＲ－２０１型，山东曙光集团塑胶制品厂产。 ２、实验用主要设备及测试仪器： （１）高速混合机：型号ＧＨ－１０ＤＹ，桨叶转速１２５０／２５００转／分，北京华新科塑料机械有限公司产。 （２）哈克密炼机和挤出机：德国哈克公司产。 （３）万能制样机：河北承德试验机厂产。 （４）电子拉力试验机：ＤＸＬＬ－３０００型，上海化工机械四厂产。 （５）冲击试验机：河北承德试验机厂产。 ３、实验流程及条件： 实验流程：配料→捏合→挤出→制样→测试 ＰＶＣ中各种助剂用量如表１所示。 是变量。 （１）捏合：将定量的ＰＶＣ与助剂倒入捏合机内，高速运转，物料温度达
煤矸石的综合利用
煤矸石的综合利用 摘要：煤矸石是煤矿生产过程中产生的废渣。煤矿经过多年开采，废弃的煤矸石堆积如山。煤矸石的堆积不但占用大量土地，而且带来一系列环境问题：煤矸石山溢流水使地下水呈现高矿度化、高硬度，导致土壤盐碱化，使农作物减产甚至绝收；煤矸石长时间露地堆积后，往往会发生自然现象，并排放出大量有毒的二氧化硫、硫化氢、氮氧化物、一氧化碳和二氧化碳等气体，污染周边环境，破坏生态平衡。因此，解决煤矸石的处理和利用问题，已是一个亟待解决的重要社会问题。 关键词：煤矸石综合利用 正文：煤炭（coal）是十八世纪工业革命以来人类世界使用的主要能源之一，在我国一次能源生产和消费结构中，煤炭比重更是多达70%左右，在未来相当长的时间内，以煤炭作为主要能源战略的地位不会改变。但在开采和利用煤炭方面产生废物是避不可免的，只有综合利用这些废物，变废为宝，才是最有效途径。煤矸石（coal gangue）是煤炭伴生的废石，是一种矿业固体废物的一种。目前煤矿的排矸量约占煤炭开采量的10%~25%，已成为我国累计堆积量和占用场地最多的工业废物。全国堆存的煤矸石数量已达40多亿吨，且仍在逐年增长。据统计，到2004年底，全国已有矸石山1500座，占地22万公顷。煤矸石的综合利用已成为一个重要课题。 1.煤矸石的基本特性（basic characterstics of coal ganaue） 1.1煤矸石的概念（coal gangue concept） 煤矸石（coal gangue）是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废弃物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。煤矸石属劣质燃料，其发热量低（4.2~12.6MJ/kg），碳含量低（20%~30%），硬度大，矿物含量高，有机质含量低。 1.2煤矸石的化学组成(chemical composition) 化学成分是评价煤矸石性质，决定利用途径的重要指标，煤矸石的化学成分随地层岩石的种类和矿物组成不同而变化。煤矸石的主要化学成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等。其具体化学含量见表1 1.3煤矸石的岩相组成（lithofacies composition） 随煤层所在地层不同，煤矸石中所含主要岩石有黏土岩，砂岩类，碳酸盐类，铝质岩类。黏土岩类主要组成为黏土矿物，其次为石英、长石、云母、岩屑等碎屑矿物，其次为黄铁矿、碳酸盐等自生矿物。此外，往往含有丰富的植物化石，有机质，碳质。 1.4煤矸石的主要来源（main source）
高岭土的表面改性
高岭土表面改性 （化学与环境工程学院学硕2014 140920020 田敏） 摘要:高岭土是一种重要的工业矿物，在造纸、陶瓷、橡胶、油漆、塑料、涂料、耐火材料等领域得到广泛的应用，但在用作填料和涂料等时需要进行表面改性处理。本文主要介绍高岭土表面改性方法、改性效果的表征和应用。常用的高岭土表面改性方法有煅烧改性和偶联剂改性；高岭土表面改性效果表征方法主要有沉浮法、活化指数法、材料性能测定法。 关键词：高岭土、表面改性、偶联剂 正文： ―高岭土（Kaolin）‖一词来源于中国江西景德镇高岭村产的一种可以制瓷的白色粘土而得名。高岭土是一种非金属矿产，是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩。质纯的高岭土呈洁白细腻、松软土状，具有良好的可塑性和耐火性等性质。将高岭土用物理、化学或机械方法进行表面改性处理，改变其表面的物理化学性质（如表面晶体结构、官能团、表面能、表面电性、表面浸润性、表面吸附性和反应特性等），从而改善其在橡胶、电缆、塑料、油漆、涂料、化工载体等方面的应用性能，得到广泛的使用。 1 高岭土表面改性方法 高岭土主要成分是含水硅酸铝，属于层状硅酸盐矿物，一般认为其化学式为Al2O3·2SiO2·2H2O[1,2] （结晶水以羟基的形式存在），是由SiO4四面体的六方网层与AlO2(OH)4八面体层按1∶1结合成层状结构。由于层间之间的氢键力和范德华力相互作用，因而晶层之间连接紧密，性能稳定。表面的结构官能团有:—Si(Al)—OH，—Si—O—Al—和—Si(Al)—O，这些活性点是对高岭土进行表面改性的基础。 常用的表面改性剂有硅烷偶联剂、有机硅（硅油）、聚合物、表面活性剂以及有机酸等。用途不同，用的表面改性剂的种类不同。 1. 1煅烧改性 煅烧改性是通过物理方法对高岭土进行热处理，使高岭土的晶体结构发生改变（主要由层间的氢键断裂及结晶水脱除引起），表面活性点的种类和数量都增多，使其反应活性增大；使高岭土粒径增大，表面能降低，使高岭土分散性提高。煅烧还会使高岭土产生如下变化:硬度增大导致耐磨性提高；酸性增强，未煅烧高岭土的pH值为6～7，煅烧后为5.6～6.1；电性能提高；白度增大。 煅烧高岭土时应注意温度的选择，在较低温度煅烧，高岭土的活性较大；在较高温度煅烧，可形成铝尖晶石，并在一定温度下有莫来石产生，此时高岭土的活
煤系高岭土加工利用现状
中国煤系煅烧高岭土加工利用现状与发展 郑水林1，冯欲晓2，刘贵忠3 1.北京工业大学材料科学与工程学院，北京 100022： 2.内蒙古蒙西高新技术集团，内蒙古乌海 016016； 3.中国建筑材料工业地质勘查中心内蒙古总队，内蒙古呼和浩特 010070 [摘 要] 本文综述了中国煤系煅烧高岭土的生产、消费与技术现状，并展望了未来市场与 技术发展。 [关键词] 煤系高岭土；煅烧；超细粉碎 1 煅烧高岭土的生产、消费与贸易 煤系高岭土是我国的优势非金属矿资源，用煤系高岭土为原料加工的煅烧高岭土以其白度 高、晶形好、孔隙率大、容重小、化学稳定性和绝缘性好、遮盖率强等特性广泛用于油漆涂料、 造纸、橡胶、塑料、电缆、陶瓷等领域。在现代产业发展和传统产业技术进步中起重要作用。 当今世界约有60多个国家和地区生产高岭土。1998年世界高岭土总产量为3980万t，其中精 选优质高岭土约2000万t。但只有美国、英国、中国、巴西等少数几个国家生产煅烧高岭土。 中国以其独特且丰富的煤系高岭石资源而著称于世。但工业规模的以煤系高岭岩为原料的 煅烧高岭土的生产20世纪90年代才起步，而以所谓“双90”(即白度≥90%，细度-2μm含量≥90%) 产品为标志的优质煅烧高岭土的规模化生产1998年前后才开始。1998年中国煅烧高岭土的产量 约6万t，其中白度大于90，细度1250目以上的超细煅烧高岭土产品约2万t，“双90”产品约1 万t，其余为325至500目左右的产品。1999年煅烧高岭土的产量约7万t，较上年增长16.67%，其 中白度大于90，细度1250目以上的超细煅烧高岭土产品约3.0万t，“双90”产品约1.5万t，分 别较上年增长50%。2000年煅烧高岭土的产量约为9万t，其中白度大于90，细度1250目以上的超 细煅烧高岭土产品约4.5万t，较上年增长50%。“双90”产品约2万t，较上年增长33.33%。 目前，中国煅烧高岭土的生产能力已达到13万t，其中高白度和超细优质煅烧高岭土的生产 能力约5万t。煅烧高岭土生产企业主要分布在山西、内蒙、河南、陕西、山东，安徽、湖北等 省(自治区)。主要生产企业有山西金洋煅烧高岭土有限公司、内蒙古三保准格尔高岭土有限公 司、山西阳泉金锐化工有限公司、山西代县喜迪精细化工有限公司、山西琚丰高岭土有限公司、 陕西韩城矿务局高岭土厂、陕西蒲白高岭土公司、河南巩义市中龙高岭土公司、山东兖州矿务
塑料填充改性
盛年不重来，一日难再晨。及时宜自勉，岁月不待人。塑料填充改性综合实验 班级： 09030341、09030342 组别：第八、十八组 姓名：乔荣 学号：08 八组成员：原文冉、李闯、李维、温磊、柳超 十八组成员：乔荣、雷俊杰、武忠、李琳、傅令明
塑料填充改性综合实验 一、实验目的 1、进一步了解塑料填充改性的方法，掌握基本配方的配制，加深对偶联剂的作用机理的理解； 2、掌握填充物的含量对复合材料力学性能的影响规律； 3、掌握数据处理和分析的方法。 二、实验原理 通过物理和机械的方法在高分子聚合物中加入无机或有机物质，或将不同类的高分子聚合物进行共混，或用化学的方法实现高聚物的共聚、接枝、交联、或将上述各种方法连用、并用，以达到使材料的成本降低、成型加工性能或最终使用性能得到改善，或在电、磁、光、热、声、燃烧等方面赋予独特功能等效果，统称之为高聚物的改性。填充改性就是在塑料成型中加入无机填料或有机填料，使塑料制品的原料成本降低达到增量的目的，或使塑料的性能有明显改变，即在牺牲某些方面性能的同时，使人们所希望的另一方面的性能得到明显提高或各种性能都得到提高。本实验将不同质量分数的表面处理的碳酸钙粒子填充到聚乙烯中，在双螺杆挤出机的挤压力和剪切力作用下混合均匀，经冷却、吹干、造粒得到填充改性的粒料。将经过干燥的粒料用注射机注射成测试样条，然后测试材料的缺口悬臂梁冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率，找出填料含量对材料力学性能的影响规律。 三、实验用原材料及仪器设备 1、实验用原料及配方 2、实验用仪器设备
（1）、平行双螺杆混炼挤出机（SHJ-36型），螺杆直径36；螺杆长径比36：1；（2）、挤出辅机（包括冷却水槽、风干机、切粒机）； （3）、高速混合机（GH-10）总容积10升，有效容积7升，主轴转速600~3000转/分；（4）、悬臂梁冲击试验机（XJU-22）; （5）、万能拉伸测试仪; （6）、注射机。 四、实验工艺条件的预定 1、材料配方的确定 2.混合工艺条件的确定： 混合时间： 10min 混合机转速：1500r/min 3.挤出机工艺条件： 表格1料筒各段的温度℃ 4.注射机工艺条件 料筒温度及各部分参数 五、实验内容及操作步骤 1、塑料的填充改性实验 （1）称量及混合
由煤系高岭土原位合成NaY分子筛
收稿日期：!""!#"$#"%作者简介：刘欣梅（&’()*） ，女（汉族），山东寿光人，讲师，在读博士研究生，主要从事化学工艺和工业催化方面的教学和科研工作。文章编号：&"""#+)%"（!""!）"+#""’,#"( 由煤系高岭土原位合成-./分子筛 刘欣梅，阎子峰，王槐平 （石油大学重质油加工国家重点实验室及中国石油天然气集团公司催化重点实验室，山东东营!+%"(&）摘要：以煤系高岭土为原料，经碱熔活化、补硅，在优化的合成条件下，可以原位水热合成-./分子筛。详细考察了晶化温度、晶化时间、加水量、老化时间和合成体系中硅铝比等反应因子对合成产物的结构和热稳定性的影响。得出的最佳反应条件如下：合成体系中硅铝经为!，晶化温度$%"0、晶化时间&"1、老化时间&!1、加水量,"!("23。其中，晶化温度和加水量是影响结晶产物物理结构性能的主要因素。采用456、75、-!静态容量吸附法、689#68:等手段对结晶产物的晶态结构、比表面积及孔分布、热稳定性等进行了表征。结果表明，以高岭土为原料可以原位合成出结 晶度较高、无杂晶的-./分子筛。所得分子筛比表面积较高（,!"2!／; ），孔径分布集中（集中在"<(=2），热稳定性好。关键词：高岭土；-./分子筛； 水热合成；晶相；比表面积；孔分布中图分类号：8>,!,
煤矸石综合利用技术
煤矸石的综合利用技术 摘要 煤矸石是一种固体废弃物，又是一种宝贵的资源。本文针对煤矸石的化学成分、物理特性和发热值等特点，介绍了现今煤矸石的直接利用和间接利用的技术方法和工艺流程，以及改善环境和培养新的经济增长点。 关键词：煤矸石利用工艺流程环境 1 概述 煤矸石是指在建井、开拓掘进、采煤和洗涤过程中排出的固体废弃物，是一种在成煤过程中与煤层伴生含碳量比较低，比价坚硬的岩石。煤矸石的露天堆放、长年日晒、淋雨、风化分解、产生大量的酸性水或携带有重金属的离子水。下渗损害地下水质，外流导致地下水体的污染。干旱季节煤矸石发生自燃产生大量 SO 2、H 2 S、NO X 和CO等有毒有害气体，使周围的环境恶化。“十一五”期间中国煤 炭工业大力发展循环经济，按照减量化，再利用，再循环的原则，重点治理。[ 1 ]煤矸石的综合治理是头等大事，由于煤矸石本身成分不稳定，必须因地制宜科学地开发利用煤矸石资源，防止二次污染。 2 煤矸石的特点 各地煤矸石的成分（表1）[ 2 ]、热值（表2）[ 2]、重金属含量[ 3]的含量差别较大。应根据煤矸石的成分、性质选择科学合理的利用途径。
3 煤矸石的直接利用 3.1煤矸石制砖 煤矸石制砖使用煤矸石发热值一般在2090~4180 MJ /kg范围。我国利用煤矸石制砖，利用煤矸石自身的发热量提供的热能来完成干燥和焙烧的工艺过程，基本不需外加燃料，仅在煤矸石发热量较低时才向煤矸石中参入少量煤炭。只是煤矸石烧制砖的工艺比粘土制砖工艺增加了一道粉碎工序。风化后的煤矸石添加少量的胶结材料和激活剂生产的煤矸石砖，具有独特力学性质和抗冻性等优点均达到G B5101 – 85规定的100#标准。 3.2煤矸石制水泥 由于煤矸石和粘土的化学成分相近并且含一定量的炭和热量，可替代粘土作为生产水泥的原材料或作为混合材料直接掺入熟料中增加水泥的产量。煤矸石和粘土生产水泥工艺基本相同，是将矸石、石灰石、铁粉（或铝粉）磨细按一定的比例配制成生料，在回转窑中煅烧生成水泥熟料，在掺入石膏等原料进行磨制[ 4 ]。 生产工艺简单，技术要求低，经济效益高。减轻了煤矸石对生态环境污染，又节约了大量的粘土资源，又消耗了大量的废弃物。用其生产低标号水泥前景是相当可观的。 3.3 煤矸石做工程回填材料 煤矸石作填筑材料主要是指充填沟谷、采煤塌陷区等低洼区的建筑工程用地，或用于填筑铁路、公路路基等，或用于回填煤矿采空区及废弃矿井。 煤矸石工程填筑是以获得高的充填密实度，使煤矸石地基有效高的承载力，并有足够的稳定性。要求煤矸石是砂岩、石灰岩或未经风化的新矸石，施工通常采用分层填筑法，边回填、边压实，并按照《工业与民用建筑地基基础施工规范》对填筑工程进行质量评价。[ 5 ] 3.4煤矸石水泥混凝土性能 华侨大学陈本沛、林雨生等人贵煤矸石混凝土的强度和变形性能进行了研究[6 ]，结果表明：（1）对于C20~C30的煤矸石混凝土，其轴心抗压强度与立体抗压强度的关系，与普通混凝土接近。（2）煤矸石混凝土的轴心抗拉强度，略低于普通混凝土，但可以满足规定的取值要求。 西南工学院的徐彬、张天石等人对大掺量煤矸石水泥混凝土的耐久性进行了研究[7 ]，结果表明：（1）大掺量煤矸石水泥混凝土与普通混凝土相比，具有较好的抗冻、抗碳化、抗硫酸盐侵蚀和保筋性能。其原因在于大掺量煤矸石混凝土的结构较为致密，孔隙率低且有害孔所占的比例小，水泥水化产物中氢氧化钙的含量较低。（2）大掺量煤矸石水泥混凝土发生碱集料反应的可能性小于硅酸盐水泥混凝土。 3.5煤矸石复垦 煤矸石充填造地首先必须防止水土流失。在需要造地的地方先将熟化表土转移，然后垫铺岩石及自然矸石至一定的厚度，展压整平在将熟化土覆盖。如此这样分块逐年扩展，可造就大面积平地和台阶地，同时改良土壤和造就优质的农田。 对处于开发早期，尚未形成大面积沉陷区或未终止沉降形成塌陷稳定区的矿区，可采用预排矸复垦。当煤矸石复垦土地用途为建筑用地时，应采用分层回填，分层镇压方法充填矸石，以获得较高的地基承载能力和稳定性。 进行复垦后可针对当地煤矸石的理化性质和有毒有害物质进行检测，然后在针对具体情况进行绿化种植。先以草灌植物为主，然后再种乔木树种，一般选择
高岭土改性 实验报告
高岭土的高温改性 实验报告 学院：资源加工与生物工程学院 专业班级：无机非金属材料0901班 学号： 姓名： 指导教师： 撰写时间： 2011年10月
高岭土的高温改性 1. 文献综述 1.1 高岭土概述 高岭土是一种重要的非金属矿产，与云母、石英、碳酸钙并称为四大非金属矿。自然产出的高岭土矿石，根据其质量、可塑性和砂质(石英、长石、云母等矿物粒径>50微米)的含量，可划分为煤系高岭土、软质高岭土和砂质高岭土三种类型。 高岭土主要由小于2个微米的微小片状、管状、叠片状等高岭石簇矿物(高岭石、地开石、珍珠石、埃洛石等)组成，其主要矿物成分是高岭石和多水高岭石，除高岭石簇矿物外，还有蒙脱石、伊利石、叶腊石、石英和长石等其它矿物伴生。 中国是世界上最早发现和利用高岭土的国家。远在3000年前的商代所出现的刻纹白陶，就是以高岭土制成。江西景德镇生产的瓷器名扬中外，历来有"白如玉、明如镜、薄如纸、声如罄"的美誉。现在国际上通用的高岭土学名--Kaolin，就是来源于景德镇东郊的高岭村边的高岭山。 据史料记载，法国传教士昂特柯莱，在1712年一份著名的书简中向欧洲专门介绍过高岭山上瓷土的特点,该文对全世界的瓷器制造业产生过深远的影响，于是高岭土在欧洲逐渐得名，并成为该类瓷土在国际上的通用名词。 现在，高岭土已成为造纸、陶瓷、橡胶、化工、涂料、医药和国防等几十个行业所必需的矿物原料。有报道称，日本还有将高岭土用于代替钢铁制造切削刀具、车床钻头和内燃机外壳等方面应用。特别是最近几年，现代科学技术飞速发展，使得高岭土的应用领域更加广泛，一些高新技术领域开始大量运用高岭土作为新材料，甚至原子反应堆、航天飞机和宇宙飞船的耐高温瓷器部件，也用高岭土制成。 1.2 高岭土的分布 目前我国高岭土矿点有700多处，对200处矿点探明储量为30亿吨，矿点较为分散。其中煤系高岭土16.7亿吨，主要分布在我国北方的东北、西北的石炭一二叠纪煤系中，以煤层中夹矸、顶底板或单独矿层形式存在。 我国是产煤大国，基本上大型煤矿都伴生有煤系高岭土，因而煤系高岭土储量十分丰富。非煤系高岭土1996年探明工业储量14.32亿吨。 与其它非金属资源相比，高岭土不属于我国的优势资源，如按人均算则更为短缺。而且我国高岭土资源的分布比较分散，品位不高，大多数为煤系高岭土(国外很少)，需要经过煅烧或改性，用于造纸涂布有天然的局限性。 而且煤系高岭土由于属于煤的伴生矿，难以大规模开采利用。在我国，非煤系高岭土与
高岭土表面改性研究进展
高岭土表面改性研究进展 叶舒展,周彦豪,陈福林 (广东工业大学材料与能源学院,广东广州 510090) 摘要:介绍高岭土表面改性方法、改性机理及改性效果的表征,并简介偶联剂改性高岭土在橡胶中的应用。常用的高岭土表面改性方法有煅烧改性和偶联剂改性,表面改性提高了高岭土与有机物基体的相容性和结合力,并改善了其在有机物基体中的分散性;高岭土表面改性效果表征方法主要有沉浮法、活化指数法、有效活化指数法、浊度法、表面润湿法、特征系数法、吸附性法、材料性能测定法。研究表明,表面改性高岭土可部分或全部替代炭黑或白炭黑用作橡胶补强剂。 关键词:高岭土;表面改性;偶联剂;橡胶 中图分类号:TQ330.1+5;TQ330.38+3/7 文献标识码:B 文章编号:10002890X (2004)1220759207 作者简介:叶舒展(19792),男,广东南海人,广东工业大学在读硕士研究生,主要从事聚合物改性及聚合物基复合材料的研究工作。 高岭土是一种所含高岭石矿物达到有用量的 多成因岩石,它是花岗石和长石风化的最终产物,主要成分是含水硅酸铝,一般认为其化学式为Al 2O 3?2SiO 2?2H 2O [1,2](结晶水以羟基的形式存在),为1∶1型(即高岭土重复结构单元中包含的铝氧八面体和硅氧四面体的个数比为1∶1)二面体层状结构。高岭土表面的结构官能团有:—Si (Al )—OH ,—Si —O —Al —和—Si (Al )—O ,这些活性点是对高岭土进行表面改性的基础[3]。 我国高岭土资源极其丰富,已探明储量为30亿t (其中含煤高岭土约16.7亿t ),资源总量居世界前列[4]。长期以来,绝大部分高岭土仅用作陶瓷的原料或作为体积型非功能性填充材料,这种低层次的利用无疑是对高岭土矿产资源的一种浪费。为此,许多学者和研究人员在深度开发高岭土资源方面做了大量的研究工作,并取得可喜成果。目前,高岭土已在造纸、耐火材料、橡胶、塑料、油漆和搪瓷等工业中广泛应用[5,6]。高岭土粒子细微化是高岭土改性方向之一,目的是利用研磨细化后的“超小粒径效应”获得对橡胶、塑料等的良好补强效果。据报道[7],使用10份平均粒径为2μm 的高岭土补强的NR 硫化胶的拉伸强 度比使用相同份数平均粒径为20nm 的白炭黑补强的NR 硫化胶要高。但高岭土超细颗粒具有表面能高、表面亲水疏油、极易团聚的特点,难以在非极性或弱极性的橡胶和塑料中均匀分散,因此必须对高岭土超细粉体进行表面改性,使高岭 土粒子表面包覆上一层有机物(如偶联剂、表面活性剂等),使其由疏油亲水变为疏水亲油,这样不仅增强了高岭土与橡胶、塑料基体的相容性和结合力,还提高了高岭土的分散性、增大了其填充量,从而达到改善橡胶和塑料物理性能、降低成本的目的[8]。这对扩展高岭土的应用领域,充分、合理利用我国高岭土资源,加快我国经济发展有着重要的意义。1 高岭土表面改性方法 高岭土表面改性是指根据需要用物理、化学或机械方法对高岭土粉体表面进行处理,以改变其表面的物理化学性质(如表面晶体结构、官能团、表面能、表面电性、表面浸润性、表面吸附性和反应特性等)[9]。1.1 煅烧改性 煅烧改性是通过物理方法对高岭土进行热处理,把表面的部分或全部羟基脱掉,从而获得特殊的理化性能,如在适当的温度下对高岭土进行煅烧,使其结构中的羟基全部脱出,而新的稳定相(莫来石、方石英等)又尚未形成,此时硅和铝的
煤矸石综合利用现状及前景
煤矸石综合利用现状及前景 关杰李英顺上海第二工业大学环境工程系上海中国矿业大学北京化学与环境工程学院北京【摘要】煤矸石是煤在开采和洁净煤生产过程中的一种固体废弃物长期堆积不仅占用大量耕地而且严重污染环境。对其有效利用和资源化已成为一个新的经济增长点。本文在阐述煤矸石综合利用现状的同时指出了存在的问题、解决方法及发展前景。【关键词】固体废弃物煤矸石综合利用可持续发展中图分类号文献标识码文章编号—一一∞为了保证国民经济的高速发展我国煤炭的生产量逐年增加目前已占到全世界的三分之一年我国煤炭产量达到亿【¨其中煤矸石占当年煤炭产量的一。目前累计堆有煤矸石山多座约亿占地万以上而且每年约以亿的速度递增每年形成新增占地多甜。因为大量的煤矸石堆积未能利用和处置给环境带来了巨大的污染如侵占耕地自燃所产生的有毒有害气体对大气的污染风蚀扬尘及淋溶水污染等。因此合理利用煤矸石既可以保护环境又可以利用其富含的有价能源和资源。煤矸石的化学组成煤矸石的矿物成分以粘土矿物和石英为主常见矿物为高岭土、蒙脱石、伊利石、石英、长石、云母和绿泥石类。除石英和长石外以上矿物均属于层状结构硅酸盐这是煤矸石矿物成分的一个特点。煤矸石常规的主要化学成分见表。表煤矸石的常规化学组成业№埯№——一—煤矸石的利用途径国外现状世
界各国越来越重视煤矸石的处理和利用并制定了一些保护性政策。美国政府通过多项政策鼓励发展煤矸石发电和土地复垦严格执行露天开采控制和复田法年颁布要求采矿权必须配以相应的复垦任务煤炭公司要交纳环保复垦保证金开采结束后经验收观察年确认后再返还。在德国煤矸石利用的主要措施是一部分利用风力充填井下采空区另一部分通过加工筛选作为建筑材料。在俄罗斯除作为井下采空区的充填材料及用于道路工程、生产建筑材料外还对有机质以上的煤矸石生产有机矿物肥料可使农作物稳产。波兰水泥工业采用海尔得克斯公司的选煤矸石作水泥原料。用煤矸石作水泥原料有很多优点矸石含可燃物质其热值约为×一×】可使燃料消耗降低左右矸石中含氧化铁熔剂煅烧过程中可以降低熟料烧成温度并在窑衬上形成玻璃层起到保护作用延长窑衬寿命使耐火材料耗量降低一。增加窑的运转时间。总之各国的煤矸石利用的程度因组成、环境要求及各国的政策而异同时也制定了一些保护性政策比较典型的是政府要求用于洁净能源并进行立法。我国煤矸石资源及综合利用现状据统计目前我国煤矸石保守存量为亿主要分布在山西、山东、黑龙江、河北、辽宁、安徽等产煤区。利用率最高的是山东省年全国煤矸石综合利用量【达到万比年增加万综合利用率由年的上升到提高了个百分点结束了“八五”时期在左右长期徘徊的局面。五年累计综合利用煤矸石【亿年均增长