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绢云母粉在氯丁胶中的应用技术研究

浏览次数: 日期:2010年4月8日 10:03

    摘要:通过绢云母超细粉碎和表面改性最佳工艺条件研究,制取的绢云母改性粉体应用于氯丁胶中,产品性能指标优良,拓宽了绢云母资源的利用领域,提高了资源的利用价值和利用率。

    关键词:绢云母微粉;超细粉碎;表面改性;氯丁胶;填料

    引言:绢云母是云母族中呈微细鳞片状产出的白云母亚种,它同所有白云母一样属于层状结构的高钾高铝硅酸盐矿物。由于,绢云母具有化学稳定性好、耐酸碱、耐老化、绝缘和分散性优良等诸多特征,所以在橡胶、塑料、油漆、焊条、造纸等领域有着广泛用途。

    我国绢云母矿资源丰富,分布广泛,目前在浙江、福建、四川、安徽、陕西、山西、河南、湖北、内蒙等省区均有发现。据资料统计,目前绢云母矿储量大约有 2亿吨。安徽省滁州市绢云母矿床属片岩型绢云母矿,已探明绢云母矿储量:C+D级1340.25万吨,绢云母含量40%~50%。陕西省洛南县绢云母矿储量3343万吨,远景储量近5000万吨。山西中条山地区发现较大的绢云母矿带,储量上亿吨。福建省南安市绢云母矿储量达700万吨、湖北高城镇绢云母矿储量231.8万吨、湖北省孝昌县绢云母矿储量4000万吨、河南省嵩县绢云母矿储量400万吨。

    我国绢云母矿资源储量潜力较大,但是利用程度较低。为了合理、高效地利用资源,作者开展了绢云母矿微粉制备工艺技术研究。对尚未规模开采利用的某绢云母矿进行了微粉制备工艺技术研究,制取的-2μm含量大于75%的绢云母改性粉体,可以部分代替白炭黑用于 XH-02A氯丁胶中,其性能指标可以达到国家标准的要求。但价格只是白炭黑的1/3,具有较强的市场竞争能力。

1 绢云母矿的组成及性质

试验样品为:某地的绢云母矿,地质条件和开采条件良好。矿石外观呈黄绿色、色纯、质地细腻、致密、易碎。绢云母矿物含量93%~95%,少量的杂质矿物为石英、高岭石、一水硬铝石、叶蜡石、金红石及赤铁矿。该矿床属于优质绢云母矿。原矿的化学分析结果见 表1。绢云母呈鳞片状集合体,紧密堆积。绢云母粒度很均匀,大部分为612μm,少量为24μm。

                                          表1 原矿的化学多项分析结果(%)

    矿石结构主要为显微鳞片变晶结构、变余斑状结构、角砾状结构、半自形他形粒状结构、假象结构、包含结构。矿物成分为显微鳞片状绢云母集合体、叶蜡石集合体、少量高岭石集合体或绢云母与高岭石集合体、叶蜡石与高岭石集合体,部分碎斑为残留石英集合体。基质仍由细小绢云母、叶蜡石、高岭石、石英组成,并围绕碎斑作定向分布。显微鳞片状叶蜡石被黄铁矿包裹而构成包含结构。矿石石英含量高时,结构粗糙。

    矿石构造为块状构造、片状构造、土状构造、碎裂构造、蜂窝状构造等。

2 绢云母矿超细粉碎工艺研究

    由于绢云母矿纯度较高,少量的杂质矿物叶蜡石、高岭石、石英又是较好的高分子材料的填料和补强材料。原矿无需提纯即可经过超细粉碎和表面处理制备高分子材料的补强材料。

2.1 -325目样品的制备试验

    原矿经过粗碎、细碎、筛分制备的试验样品为-1mm,然后进行超细磨矿。磨矿设备为ZJM-20型搅拌球磨机,转速450r/min;磨矿浓度为70%;磨矿介质为6mm的刚玉球2kg、3mm的刚玉球2kg;磨矿时间分别为0.5h、1.0h、1.5h、2.0h。试验结果表明,磨矿时间1h,产品细度可以达到要求,-325目样品粒度分析结果见表2。利用上述磨矿条件,制备-325目样品30kg,作为下一工序(超细磨矿)的样品。

                                     表2 -325目样品粒度分析

 

2.2.1 磨矿介质的配比

    试验条件:ZJM-20型搅拌球磨机,转速为800r/min,-325目绢云母矿800g,水800ml,磨矿时间为一小时,磨矿介质为3mm的刚玉球500g、2mm的刚玉球与1mm的刚玉球混合重量为4kg。磨矿介质的(球径)配比方案为: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。不同磨矿介质配比试验结果见表3。

                                     表3 磨矿介质配比试验

    试验结果表明:超细磨矿介质选用3mm的刚玉球500g、2mm的刚玉球2kg、1mm的刚玉球2kg,总重量为4.5kg时效果较好。

2.2.2 超细磨矿磨矿浓度试验

    试验条件:磨矿设备为ZJM-20型搅拌球磨机,转速为800r/min,3mm的刚玉球0.5kg,2mm的刚玉球2kg,1mm的刚玉球2kg,磨矿时间为1h。磨矿浓度分别为 30%、40%、50%、60%、70%。磨矿浓度试验结果见表4。试验结果表明:磨矿浓度40%时效果最好。

                                     表4 磨矿浓度试验

2.2.3 超细磨矿时间试验

    试验条件:磨矿设备为ZJM-20型搅拌球磨机,转速为800r/min,磨矿介质为刚玉球4.5kg,磨矿浓度为40%。磨矿时间分别为0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0h。磨矿时间试验结果见表5。试验结果表明:随着磨矿时间的延长,产品粒度逐渐变细,但到2.0h变化缓慢。磨矿时间2.0h为宜。

                                         表5 磨矿时间试验

2.2.4 助磨剂的选择试验

    试验条件:磨矿设备为ZJM-20型搅拌球磨机,转速为800r/min,磨矿介质为刚玉球4.5kg,磨矿浓度为40%,磨矿时间为1.0h。助磨剂分别选用水玻璃、六偏磷酸钠、有机助磨剂,三种助磨剂的用量均为0.8%。试验结果见表6。

                                    表6 助磨剂的选择试验

    试验结果表明:水玻璃、六偏磷酸钠的助磨效果不太明显,而用有机助磨剂的效果十分明显,同样条件下产品粒度从-2μm占61%提高到-2μm占74%。

2.2.5 助磨剂的用量试验

    试验条件:磨矿设备为ZJM-20型搅拌球磨机,转速为800r/min,磨矿介质为刚玉球4.5kg,磨矿浓度为40%,磨矿时间为1.0h。助磨剂的用量分别为0.4%、0.8%、1.2%、1.5%。助磨剂的用量试验结果见表7。试验结果表明:随着助磨剂的用量增加,产品粒度变细,但助磨剂用量大于0.8%以后,产品细化速度减慢。选用助磨剂用量0.8%。

                                  表7 有机助磨剂的用量试验

2.2.6 助磨剂对磨矿浓度的影响试验

    试验条件:磨矿设备为ZJM-20型搅拌球磨机,转速为800r/min,磨矿介质为刚玉球4.5kg,磨矿时间为1.0h,有机助磨剂用量0.8%。磨矿浓度分别为 40%、50%、60%、70%。助磨剂对磨矿浓度的影响试验结果见表8。

                         表8 有机助磨剂对磨矿浓度的影响试验

    试验结果表明:在有机助磨剂的用量为0.8%的情况下,高浓度磨矿效果相对较好,为了提高磨矿设备的处理能力,磨矿浓度可由原来的40%提高到60%。

2.2.7 有机助磨剂对磨矿时间的影响试验

    试验条件:磨矿设备为ZJM-20型搅拌球磨机,转速为800r/min,磨矿介质为刚玉球4.5kg,磨矿浓度为60%,有机助磨剂用量为0.8%。磨矿时间分别为0.5、1.0、1.5、2.0h。助磨剂对磨矿时间的影响试验结果见表9。

                       表9 有机助磨剂对磨矿时间的影响试验

    试验结果表明:随着磨矿时间的增加,磨矿产品细度增加,但磨矿时间1h后,细度增加不太明显。因此,有机助磨剂的用量为0.8%时的磨矿时间为1.0h为宜。此时与不用助磨剂且磨矿时间为2h的磨矿细度相比,磨矿细度从75%提高到80%。

2.3 绢云母矿微粉制备扩大试验

    绢云母矿原矿(-200mm)经过颚式破碎—对辊破碎—雷蒙磨粉碎至-600目,制备试验样品5t,供下一工序超细磨矿试验使用。原料粒度分析结果见表10。

                     表10 绢云母原料粒度分析结果

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 设备与试验方法

    试验设备为北京古生代精细粉体设备有限责任公司生产的 GSDM-280A55型精细研磨机,研磨机容积280L,装机功率55kW。研磨筒内壁和搅拌器覆有聚氨酯,耐磨损且对物料无污染。试验采用连续磨矿工作方式进行,连续式磨矿是指研磨机组与输浆泵、缓冲罐组成的连续进浆—研磨—排料的磨矿作业,它是湿式研磨机的主要工作方式。在磨矿的效果与效率和影响磨矿操作过程等方面,连续磨矿都具有明显优点。磨矿介质为直径 0.8-2mm、按一定比例配成的莫来石微珠,助磨剂为长分子亲水性有机化合物。

2.3.2 试验结果及分析

    本次磨矿试验物料投放量为150kg,浓度按重量百分比50%配浆,每一级的平均磨矿时间为13min,试验结果见表11。

                                      表11 连续磨矿试验结果

    结果表明:经过三级磨矿后,研磨机将绢云母细磨至-2μm含量为93.35%,-8μm含量为100%,另外磨矿产物中-0.5μm含量为26.67%,表明细磨效果好,粒度分布较窄,无粗大颗粒和过磨现象。由于受现场条件的限制,只能用一台设备来模拟三级串联,因此无法根据物料粒度的变化相应调整不同级数的介质配比,否则此次连续磨矿试验的结果将大为提高。

    试验结果表明:绢云母细磨到-2μm含量大于90%的时间为34min,因此可计算出GSDM-280A55型精细研磨机细磨绢云母的台时产量为265kg,在实际生产中,如果适当地调整每一级的工艺参数,台时产量至少超过300kg;绢云母细磨到-2μm含量大于75%的时间为16.25min,因此可计算出GSDM-280A55型精细研磨机细磨绢云母的台时产量为550kg,在实际生产中,如果适当地调整每一级的工艺参数,台时产量至少超过600kg。

3 绢云母粉的表面改性试验

    改性条件:改性样品为-2μm含量大于75%的绢云母矿粉,改性设备为CH-200DY型高速混合机,转速为950r/min,改性剂用量为1.5%,改性时间30min,改性起始温度为90℃。经表面改性后,绢云母改性粉体的活性度>95%。按以上改性条件制样100kg,送郑州电缆集团公司做应用试验。

4 绢云母改性粉体应用试验

4.1 工艺试验配方

    氯丁胶混炼工艺试验配方见表12。

                                          表12 工艺试验配方

4.2 工艺试验结果

    将绢云母20份代替白炭黑20份用于XH-02A氯丁胶护套中,结果表明:20份绢云母代替20份白炭黑用于XH-02A氯丁胶中,其性能指标可以达到国家标准的要求,并且工艺性能及制品的表面无不良影响,说明绢云母可以部分代替白炭黑用于XH-02A氯丁胶护套中。

5 结论

    (1)某绢云母矿为致密块状矿石,绢云母含量高、杂质矿物少,属于优质绢云母矿石。采用粗碎—细碎—细磨—超细磨矿—表面改性工艺,制取的-2μm含量大于75%的绢云母改性粉体,可以部分代替白炭黑用于XH-02A氯丁胶中,其性能指标达到国家标准的要求。但绢云母价格只是白炭黑的1/3,具有较强的市场竞争能力。

    (2)在工艺中采用有机助磨剂,在同样条件下产品粒度从-2μm占61%提高到-2μm占74%。同等磨矿细度下,磨矿浓度可以从 40%提高到60%,磨矿时间可以减少将近一半。助磨剂的使用可以提高磨矿效率和设备处理能力,减少能耗和生产成本。

    (3)通过研究可以使该绢云母矿从一个零星开采原矿的低价资源,变为一个具有较高经济价值的矿产资源,提高了资源的利用程度和利用率。建议有关部门加大研究和开发力度, 使该资源优势尽快变为经济优势。

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