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技術(shù)論文

絹云母粉在氯丁膠中的應(yīng)用技術(shù)研究

發(fā)布日期:2017-10-10 瀏覽次數(shù):2090

  摘要:通過絹云母超細粉碎和表面改性最佳工藝條件研究,制取的絹云母改性粉體應(yīng)用于氯丁膠中,產(chǎn)品性能指標優(yōu)良,拓寬了絹云母資源的利用領(lǐng)域,提高了資源的利用價值和利用率。


  關(guān)鍵詞:絹云母微粉;超細粉碎;表面改性;氯丁膠;填料


  引言:絹云母是云母族中呈微細鱗片狀產(chǎn)出的白云母亞種,它同所有白云母一樣屬于層狀結(jié)構(gòu)的高鉀高鋁硅酸鹽礦物。由于,絹云母具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐酸堿、耐老化、絕緣和分散性優(yōu)良等諸多特征,所以在橡膠、塑料、油漆、焊條、造紙等領(lǐng)域有著廣泛用途。


  我國絹云母礦資源豐富,分布廣泛,目前在浙江、福建、四川、安徽、陜西、山西、河南、湖北、內(nèi)蒙等省區(qū)均有發(fā)現(xiàn)。據(jù)資料統(tǒng)計,目前絹云母礦儲量大約有2億噸。安徽省滁州市絹云母礦床屬片巖型絹云母礦,已探明絹云母礦儲量:C+D級1340.25萬噸,絹云母含量40%~50%。陜西省洛南縣絹云母礦儲量3343萬噸,遠景儲量近5000萬噸。山西中條山地區(qū)發(fā)現(xiàn)較大的絹云母礦帶,儲量上億噸。福建省南安市絹云母礦儲量達700萬噸、湖北高城鎮(zhèn)絹云母礦儲量231.8萬噸、湖北省孝昌縣絹云母礦儲量4000萬噸、河南省嵩縣絹云母礦儲量400萬噸。


  我國絹云母礦資源儲量潛力較大,但是利用程度較低。為了合理、高效地利用資源,作者開展了絹云母礦微粉制備工藝技術(shù)研究。對尚未規(guī)模開采利用的某絹云母礦進行了微粉制備工藝技術(shù)研究,制取的-2μm含量大于75%的絹云母改性粉體,可以部分代替白炭黑用于XH-02A氯丁膠中,其性能指標可以達到國家標準的要求。但價格只是白炭黑的1/3,具有較強的市場競爭能力。


  1絹云母礦的組成及性質(zhì)


  試驗樣品為:某地的絹云母礦,地質(zhì)條件和開采條件良好。礦石外觀呈黃綠色、色純、質(zhì)地細膩、致密、易碎。絹云母礦物含量93%~95%,少量的雜質(zhì)礦物為石英、高嶺石、一水硬鋁石、葉蠟石、金紅石及赤鐵礦。該礦床屬于優(yōu)質(zhì)絹云母礦。原礦的化學(xué)分析結(jié)果見表1。絹云母呈鱗片狀集合體,緊密堆積。絹云母粒度很均勻,大部分為612μm,少量為24μm。


表1原礦的化學(xué)多項分析結(jié)果(%)


  礦石結(jié)構(gòu)主要為顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)、變余斑狀結(jié)構(gòu)、角礫狀結(jié)構(gòu)、半自形他形粒狀結(jié)構(gòu)、假象結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)。礦物成分為顯微鱗片狀絹云母集合體、葉蠟石集合體、少量高嶺石集合體或絹云母與高嶺石集合體、葉蠟石與高嶺石集合體,部分碎斑為殘留石英集合體。基質(zhì)仍由細小絹云母、葉蠟石、高嶺石、石英組成,并圍繞碎斑作定向分布。顯微鱗片狀葉蠟石被黃鐵礦包裹而構(gòu)成包含結(jié)構(gòu)。礦石石英含量高時,結(jié)構(gòu)粗糙。


  礦石構(gòu)造為塊狀構(gòu)造、片狀構(gòu)造、土狀構(gòu)造、碎裂構(gòu)造、蜂窩狀構(gòu)造等。


  2絹云母礦超細粉碎工藝研究


  由于絹云母礦純度較高,少量的雜質(zhì)礦物葉蠟石、高嶺石、石英又是較好的高分子材料的填料和補強材料。原礦無需提純即可經(jīng)過超細粉碎和表面處理制備高分子材料的補強材料。


  2.1-325目樣品的制備試驗


  原礦經(jīng)過粗碎、細碎、篩分制備的試驗樣品為-1mm,然后進行超細磨礦。磨礦設(shè)備為ZJM-20型攪拌球磨機,轉(zhuǎn)速450r/min;磨礦濃度為70%;磨礦介質(zhì)為6mm的剛玉球2kg、3mm的剛玉球2kg;磨礦時間分別為0.5h、1.0h、1.5h、2.0h。試驗結(jié)果表明,磨礦時間1h,產(chǎn)品細度可以達到要求,-325目樣品粒度分析結(jié)果見表2。利用上述磨礦條件,制備-325目樣品30kg,作為下一工序(超細磨礦)的樣品。


表2-325目樣品粒度分析


  2.2.1磨礦介質(zhì)的配比


  試驗條件:ZJM-20型攪拌球磨機,轉(zhuǎn)速為800r/min,-325目絹云母礦800g,水800ml,磨礦時間為一小時,磨礦介質(zhì)為3mm的剛玉球500g、2mm的剛玉球與1mm的剛玉球混合重量為4kg。磨礦介質(zhì)的(球徑)配比方案為:方案Ⅰ:2mm/1mm=4∶1;方案Ⅱ:2mm/1mm=3∶2;方案Ⅲ:2mm/1mm=2∶2;方案Ⅳ:2mm/1mm=2∶3。不同磨礦介質(zhì)配比試驗結(jié)果見表3。


表3磨礦介質(zhì)配比試驗


  試驗結(jié)果表明:超細磨礦介質(zhì)選用3mm的剛玉球500g、2mm的剛玉球2kg、1mm的剛玉球2kg,總重量為4.5kg時效果較好。


  2.2.2超細磨礦磨礦濃度試驗


  試驗條件:磨礦設(shè)備為ZJM-20型攪拌球磨機,轉(zhuǎn)速為800r/min,3mm的剛玉球0.5kg,2mm的剛玉球2kg,1mm的剛玉球2kg,磨礦時間為1h。磨礦濃度分別為30%、40%、50%、60%、70%。磨礦濃度試驗結(jié)果見表4。試驗結(jié)果表明:磨礦濃度40%時效果最好。


表4磨礦濃度試驗


  2.2.3超細磨礦時間試驗


  試驗條件:磨礦設(shè)備為ZJM-20型攪拌球磨機,轉(zhuǎn)速為800r/min,磨礦介質(zhì)為剛玉球4.5kg,磨礦濃度為40%。磨礦時間分別為0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0h。磨礦時間試驗結(jié)果見表5。試驗結(jié)果表明:隨著磨礦時間的延長,產(chǎn)品粒度逐漸變細,但到2.0h變化緩慢。磨礦時間2.0h為宜。


表5磨礦時間試驗


  2.2.4助磨劑的選擇試驗


  試驗條件:磨礦設(shè)備為ZJM-20型攪拌球磨機,轉(zhuǎn)速為800r/min,磨礦介質(zhì)為剛玉球4.5kg,磨礦濃度為40%,磨礦時間為1.0h。助磨劑分別選用水玻璃、六偏磷酸鈉、有機助磨劑,三種助磨劑的用量均為0.8%。試驗結(jié)果見表6。


表6助磨劑的選擇試驗


  試驗結(jié)果表明:水玻璃、六偏磷酸鈉的助磨效果不太明顯,而用有機助磨劑的效果十分明顯,同樣條件下產(chǎn)品粒度從-2μm占61%提高到-2μm占74%。


  2.2.5助磨劑的用量試驗


  試驗條件:磨礦設(shè)備為ZJM-20型攪拌球磨機,轉(zhuǎn)速為800r/min,磨礦介質(zhì)為剛玉球4.5kg,磨礦濃度為40%,磨礦時間為1.0h。助磨劑的用量分別為0.4%、0.8%、1.2%、1.5%。助磨劑的用量試驗結(jié)果見表7。試驗結(jié)果表明:隨著助磨劑的用量增加,產(chǎn)品粒度變細,但助磨劑用量大于0.8%以后,產(chǎn)品細化速度減慢。選用助磨劑用量0.8%。


表7有機助磨劑的用量試驗


  2.2.6助磨劑對磨礦濃度的影響試驗


  試驗條件:磨礦設(shè)備為ZJM-20型攪拌球磨機,轉(zhuǎn)速為800r/min,磨礦介質(zhì)為剛玉球4.5kg,磨礦時間為1.0h,有機助磨劑用量0.8%。磨礦濃度分別為40%、50%、60%、70%。助磨劑對磨礦濃度的影響試驗結(jié)果見表8。


表8有機助磨劑對磨礦濃度的影響試驗


  試驗結(jié)果表明:在有機助磨劑的用量為0.8%的情況下,高濃度磨礦效果相對較好,為了提高磨礦設(shè)備的處理能力,磨礦濃度可由原來的40%提高到60%。


  2.2.7有機助磨劑對磨礦時間的影響試驗


  試驗條件:磨礦設(shè)備為ZJM-20型攪拌球磨機,轉(zhuǎn)速為800r/min,磨礦介質(zhì)為剛玉球4.5kg,磨礦濃度為60%,有機助磨劑用量為0.8%。磨礦時間分別為0.5、1.0、1.5、2.0h。助磨劑對磨礦時間的影響試驗結(jié)果見表9。


表9有機助磨劑對磨礦時間的影響試驗


  試驗結(jié)果表明:隨著磨礦時間的增加,磨礦產(chǎn)品細度增加,但磨礦時間1h后,細度增加不太明顯。因此,有機助磨劑的用量為0.8%時的磨礦時間為1.0h為宜。此時與不用助磨劑且磨礦時間為2h的磨礦細度相比,磨礦細度從75%提高到80%。


  2.3絹云母礦微粉制備擴大試驗


  絹云母礦原礦(-200mm)經(jīng)過顎式破碎—對輥破碎—雷蒙磨粉碎至-600目,制備試驗樣品5t,供下一工序超細磨礦試驗使用。原料粒度分析結(jié)果見表10。

表10絹云母原料粒度分析結(jié)果

粒度(um) -1 -2 -4 -8 -10 -16 -20
含量(%) 44.06 56.07 64.26 72.17 83.63 98.04 100


  2.3.1設(shè)備與試驗方法


  試驗設(shè)備為北京古生代精細粉體設(shè)備有限責(zé)任公司生產(chǎn)的GSDM-280A55型精細研磨機,研磨機容積280L,裝機功率55kW。研磨筒內(nèi)壁和攪拌器覆有聚氨酯,耐磨損且對物料無污染。試驗采用連續(xù)磨礦工作方式進行,連續(xù)式磨礦是指研磨機組與輸漿泵、緩沖罐組成的連續(xù)進漿—研磨—排料的磨礦作業(yè),它是濕式研磨機的主要工作方式。在磨礦的效果與效率和影響磨礦操作過程等方面,連續(xù)磨礦都具有明顯優(yōu)點。磨礦介質(zhì)為直徑0.8-2mm、按一定比例配成的莫來石微珠,助磨劑為長分子親水性有機化合物。


  2.3.2試驗結(jié)果及分析


  本次磨礦試驗物料投放量為150kg,濃度按重量百分比50%配漿,每一級的平均磨礦時間為13min,試驗結(jié)果見表11。


表11連續(xù)磨礦試驗結(jié)果



  結(jié)果表明:經(jīng)過三級磨礦后,研磨機將絹云母細磨至-2μm含量為93.35%,-8μm含量為100%,另外磨礦產(chǎn)物中-0.5μm含量為26.67%,表明細磨效果好,粒度分布較窄,無粗大顆粒和過磨現(xiàn)象。由于受現(xiàn)場條件的限制,只能用一臺設(shè)備來模擬三級串聯(lián),因此無法根據(jù)物料粒度的變化相應(yīng)調(diào)整不同級數(shù)的介質(zhì)配比,否則此次連續(xù)磨礦試驗的結(jié)果將大為提高。


  試驗結(jié)果表明:絹云母細磨到-2μm含量大于90%的時間為34min,因此可計算出GSDM-280A55型精細研磨機細磨絹云母的臺時產(chǎn)量為265kg,在實際生產(chǎn)中,如果適當(dāng)?shù)卣{(diào)整每一級的工藝參數(shù),臺時產(chǎn)量至少超過300kg;絹云母細磨到-2μm含量大于75%的時間為16.25min,因此可計算出GSDM-280A55型精細研磨機細磨絹云母的臺時產(chǎn)量為550kg,在實際生產(chǎn)中,如果適當(dāng)?shù)卣{(diào)整每一級的工藝參數(shù),臺時產(chǎn)量至少超過600kg。


  3絹云母粉的表面改性試驗


  改性條件:改性樣品為-2μm含量大于75%的絹云母礦粉,改性設(shè)備為CH-200DY型高速混合機,轉(zhuǎn)速為950r/min,改性劑用量為1.5%,改性時間30min,改性起始溫度為90℃。經(jīng)表面改性后,絹云母改性粉體的活性度>95%。按以上改性條件制樣100kg,送鄭州電纜集團公司做應(yīng)用試驗。


  4絹云母改性粉體應(yīng)用試驗


  4.1工藝試驗配方


  氯丁膠混煉工藝試驗配方見表12。


表12工藝試驗配方



  4.2工藝試驗結(jié)果


  將絹云母20份代替白炭黑20份用于XH-02A氯丁膠護套中,結(jié)果表明:20份絹云母代替20份白炭黑用于XH-02A氯丁膠中,其性能指標可以達到國家標準的要求,并且工藝性能及制品的表面無不良影響,說明絹云母可以部分代替白炭黑用于XH-02A氯丁膠護套中。


  5結(jié)論


  (1)某絹云母礦為致密塊狀礦石,絹云母含量高、雜質(zhì)礦物少,屬于優(yōu)質(zhì)絹云母礦石。采用粗碎—細碎—細磨—超細磨礦—表面改性工藝,制取的-2μm含量大于75%的絹云母改性粉體,可以部分代替白炭黑用于XH-02A氯丁膠中,其性能指標達到國家標準的要求。但絹云母價格只是白炭黑的1/3,具有較強的市場競爭能力。


  (2)在工藝中采用有機助磨劑,在同樣條件下產(chǎn)品粒度從-2μm占61%提高到-2μm占74%。同等磨礦細度下,磨礦濃度可以從40%提高到60%,磨礦時間可以減少將近一半。助磨劑的使用可以提高磨礦效率和設(shè)備處理能力,減少能耗和生產(chǎn)成本。


  (3)通過研究可以使該絹云母礦從一個零星開采原礦的低價資源,變?yōu)橐粋€具有較高經(jīng)濟價值的礦產(chǎn)資源,提高了資源的利用程度和利用率。建議有關(guān)部門加大研究和開發(fā)力度,使該資源優(yōu)勢盡快變?yōu)榻?jīng)濟優(yōu)勢。

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