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高岭土及煅烧高岭土是一种重要的工业用矿物原料,它被广泛应用于许多领域,尤其是用于造纸和涂料。高岭土的吸油性能对高岭土在该两大领域的应用很重要,但目前此方面的专门研究较少。高岭土经煅烧后用酸或碱的湿法改性虽可以获得较好的吸油效果,还是存在很不足之处。为了扩展此方面的研究,本文对提高高岭土的吸油性能做了探索性的研究,主要做了如下几方面的工作:
(1)寻找新的除酸碱外的有效提高高岭土吸油值的改性剂;
(2)通过干法改性的方法研究了能有效提高高岭土吸油性能的方法及有效的改性剂,对改性剂的改性规律、影响因素、最佳改性条件进行了实验性研究,对它们提高煅烧高岭土吸油性能的原因作了探讨;
(3)由于本文使用了唐山麦迪逊高岭土公司的白雪系列煅烧高岭土产品为改性实验原料,因此,本文又对唐山高岭土其他温度段煅烧的高岭土和广东茂名高岭土进行了实验研究。
在寻找除酸、碱外的有效改性剂实验中,本文选择唐山麦迪逊高岭土公司的白雪系列煅烧高岭土作为煅烧高岭土原料,选用了多种改性剂对煅烧高岭土进行改性研究,实验结果表明:CaCl2等具有一定的吸水性的改性剂的改性效果优于其它如硅烷偶联剂等改性剂的改性效果。根据这个结果,本文又选用了一些具有吸水性的改性剂进行了实验,发现MgCl2和CaCl2以及它们各自的水合物的作用效果优于其它的改性剂。
接下来,本文通过一系列实验,对CaCl2及MgCl2这两种改性剂的改性规律、工艺、影响因素、最佳改性条件进行了研究。并得出如下结论:
(1)CaCl2和MgCl2及它们的水合物能有效提高煅烧高岭土的吸油值,它们的改性规律为:在改性温度和时间相同的条件下,随着添加剂添加比例的增加改性效果先增大后减小,两种改性剂添加比例的趋势分隔点同为2%;在添加比例和改性时间相同的条件下,改性效果会随温度的升高先增大后减小温度的趋势分隔点同为150℃;在添加比例和改性温度相同的条件下,改性效果会随改性时间的加长先增加后减少,CaCl2在150℃,添加量为2%时,时间分隔点为1h,MgCl2在150℃,添加量为2%时,时间分隔点为2h。
(2)CaCl2及MgCl2进行适当的预处理将有助于提高它们的改性效果:对于CaCl2及MgCl2的预处理主要是对粒度和吸水性进行,实验研究结果表明磨细有助于提高它们的改性效果;适当吸水也有助提高他们改性效果;夏季效果优于冬季的效果。
(3)CaCl2的最佳改性条件为:磨细后取煅烧土的2%,适当吸水后添加于煅烧土中,在150℃下搅拌保温1h效果最佳,其可以将煅烧高岭土的吸油值从65.90 g/10 g提高到80.70 g/10 g。
(4)MgCl2的最佳改性条件为:将MgCl2磨细后,称取煅烧土的2%,让其适当吸水后添加于煅烧土中,在150℃下保温2h,效果最佳,可以将煅烧高岭土吸油值从65.90 g/100 g提高到84.76 g/100 g。在对MgCl2改性煅烧高岭土的实验研究中,本文还确定了一个成本较低,但也能取得较好吸油值的方案:即MgCl2按0.2%加入到煅烧土中,在150℃下搅拌并保温1h,然后冷却包装,也能得到比较好的吸油效果,其可以使煅烧高岭土有吸油值从65.90 g/100 g提高到77.36 g/100 g。
对于CaCl2及MgCl2提高煅烧高岭土的吸油性能的机理探讨,关于此方面的报道和文献资料较少,本文主要是通过X荧光测试仪、Zeta电位、BET、XRD、SEM的测试方法对原样、试剂及改性样品进行了表征,对表征结果进行了讨论,结合实验结果对机理进行了探索性的探讨。X荧光对原样及CaCl2和MgCl2处理的改性样品的成分分析表明改性样品的成份变化不大,Zeta电位的结果也显示出了虽然改性使原煅烧高岭土的负电位变小,但是,变化的程度也很小;BET测试中的吸附脱附曲线表明改性样的N2吸附量下降,BET测定的比表面积变化不不大,有轻微下降,孔径分布图也显示微孔数量减少,大孔数量也有些减少,但减少程度也不大;XRD显示,改性剂的加入促进了晶态相的生成,使莫来石和石英的相增多,可能使大孔变小后适宜吸油,但变化也很小,所以对吸油性能的影响应该较小;SEM形貌分析显示改性后的形貌与改性前的形貌的变化不大。分析测试的结果并未明确显示改性剂提高煅烧高岭土提高吸油值的原因,本文根据实验及表征结果提出猜想:其可能原因为CaCl2及MgCl2的加入改变了煅烧高岭土某些孔洞结构的表面特性,使其对油有更好的吸附性能。
为了检验CaCl2及MgCl2对煤系及硬质高岭土的其它温度段产品是否也同样有提高它们吸油值的效果,本文以唐山高岭土和广东茂名高岭土分别为代表进行了研究。首先对这两种高岭土进行了磨细和煅烧改性处理,然后分别用前部分的CaCl2及MgCl2的最佳改性条件(需要说明的是,并不代表对该两种高岭土的最佳改性条件)用在了两种高岭土中进行探索性研究,实验结果表明:同温度下的煅烧样品中,唐山煤系高岭土的吸油性能优于广东茂名高岭土;CaCl2与MgCl2对提高唐山煤系高岭土各温度段煅烧产品效果较显著如将唐山高岭土850℃煅烧高从70.19 g/100 g分别提高到了74.97 g/100 g和87.17 g/100 g;CaCl2和MgCl2提高广东茂名高岭土的提高效果不显著,远不及对唐山高岭土的效果,它们将850℃煅烧茂名高岭土从67.81 g/100 g分别提高到72.58 g/100g和口73.06 g/100 g。此处需要说明的是,CaCl2与MgCl2改性唐山高岭土和茂名高岭土的各温度段的产品的具体的最佳条件,还需要进一步研究,由于时间关系,在本文中不做具体研究。