北京化工大学-硕士研究生毕业答辩PPT

甘肃临泽凹凸棒石及石膏复合矿的组成、结构及性能的研究姓名：导师：2013年北京化工大学硕士毕业论文答辩目录背景介绍12研究方案2发表论文与研究成果22345结果与讨论结论建材涂料增稠剂建材建材食用添加剂食品药用中药：清热解毒建材天花板、石膏板吸附性能、脱色性能、胶体性能凹凸棒石比表面积：146-210m2/g阳离子交换容：15-40meq/100g强度大，耐磨性、耐水性好失水生成半水和无水石膏石膏CaSO4·2H2O1.背景介绍层链状含水富镁铝硅酸盐粘土矿物图1临泽复合矿矿区剖面图1.背景介绍甘肃临泽凹凸棒石及石膏复合矿灰白色凹土，块状，干燥灰黄色凹土，块状，干燥混有凹土混合石膏透明石膏砖红色凹土，块状，湿润凹凸棒石粘土原矿的表征物化性能分析组成分析结构分析比表面积阳离子交换容pH白度脱色力胶体率造浆率碱处理热处理酸处理改性对物化性能的影响石膏组成结构分析原矿的表征β半水石膏α半水石膏微波煅烧法高温固相法常压盐溶液法半水石膏的制备2.研究方案表1凹凸棒石粘土的主要化学组成3.结果与讨论3.1凹凸棒石粘土的表征3.1.1凹凸棒石粘土的化学组成Sampleselementaryanalysis(wt%)SiO2TiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O灰白色凹土47.600.4011.283.731.439.581.981.01灰黄色凹土34.960.359.963.253.425.571.960.95砖红色凹土30.490.345.882.213.567.762.040.91CaO含量高于盱眙凹土，含有碳酸盐SiO2、Al2O3、MgO含量较高，为主要成分3.结果与讨论3.1.2凹凸棒石粘土的粒径分布图1灰白色凹土的粒径分布图2灰黄色凹土的粒径分布图3砖红色凹土的粒径分布双峰：2-3µm、25-35µm双峰：3-5µm、20µm双峰：5µm、2-3µm图4灰白色凹土的TG/DTA曲线3.结果与讨论室温至100℃：表面吸附水和孔道吸附水释放灰白土，242℃失去结晶水，600-800℃失去结构水，800℃以后结构破坏灰黄、砖红土，200℃失去结晶水，470℃碳酸盐分解，650℃失去结构水，800℃以后结构破坏3.1凹凸棒石粘土原矿的表征3.1.3凹凸棒石粘土-TG/DTA01002003004005006007008009001000110080859095100TG/%Temperature/°C2.13%4.15%024EndoT/V(a)792C242C01002003004005006007008009001000708090100TG/%Temperature/°C1.62%11.01%(b)-20246789.3CEndoT/V476.3C644.2C01002003004005006007008009001000110060708090100TG/%Temperature/°C2.42%12.62%-505654.6CEndoT/V(c)468.6C图5灰黄色凹土的TG/DTA曲线图6砖红色凹土的TG/DTA曲线0102030405060708090attapulgitequartz(f)(e)(d)(c)(b)2(a)dolomite主要含凹凸棒石和石英两种物质灰白色凹土中还包含钠长石和钙长石灰黄色凹土中还包含白云石、云母、方解石砖红色凹土中还包含白云石、云母含量分别为22.02%、23.86%、17.71%单斜晶系3.结果与讨论3.1.4凹凸棒石粘土的XRD分析图7凹凸棒石粘土的XRD分析(a)灰白色凹土，(b)灰黄色凹土，(c)砖红色凹土，（d）白云石，（e）石英，（f）凹凸棒石3.结果与讨论3.1.5凹凸棒石粘土的IR分析4000350030002500200015001000500(c)(b)Wavemumber/cm-1(a)164810339863417354846251614483622图8凹凸棒石粘土的IR分析(a)灰白色，(b)灰黄色，(c)砖红色中低频区(1300~600cm-1)是凹凸棒石的最强吸收带，凹凸棒石内部的硅氧间、铝氧键、镁氧键形成。羟基的振动伸缩带：3622cm-1，3548cm-1，吸附水的振动伸缩带：3417cm-1羟基的弯曲振动吸收带：1648.18cm-1低频区2个小峰，硅氧键弯曲振动的结果。结晶度低3.结果与讨论3.1.6凹凸棒石粘土的形貌分析图9凹的SEM、TEM照片(a)(b)灰白色SEM，(c)灰黄色SEM，(d)砖红色SEM，(e)(f)灰白色TEM主要成分为粘土矿物和碎屑物。粘土矿物呈短棒土状、类椭球形或类短擀面棒形颗粒，表面呈鳞片状结构，粒径大小在0.5-1.5μm之间，碎屑物多呈棱角状。球磨粉碎后的凹土由纳米颗粒堆积形成凹凸棒石粘土原矿的表征物化性能分析组成分析结构分析比表面积阳离子交换容pH白度脱色力胶体率造浆率碱处理热处理酸处理改性对物化性能的影响石膏组成结构分析原矿的表征β半水石膏α半水石膏微波煅烧法高温固相法常压盐溶液法半水石膏的制备2.研究方案20406080100160170180190200210SSA/(m2/g)Temperature/C0246810156158160162164166168SSA/(m2/g)t/h3.结果与讨论3.2.1热处理、酸处理对比表面积的影响0100200300400500600255075100125150SSA/(m2/g)Temperature/C1234567891011160162164166168SSA/(m2/g)c/(mol/L)图13酸化温度对凹土比表面积的影响图12酸化时间对凹土比表面积的影响图11酸化浓度对凹土比表面积的影响图10煅烧温度对凹土比表面积的影响棒晶分散，H+置换出Mg2+、Fe3+，结晶水游离，孔道增大SiO2胶体发生絮凝沉淀，对氢离子起阻碍作用表面吸附水、沸石水和部分结晶水依次脱出剩余的结晶水脱出，内部孔道发生折叠氢离子对Mg2+、Fe3+、Al3+的置换程度增强随置换进一步进行，部分硅烷醇开始自聚为SiO23.结果与讨论3.2.2热处理、酸处理对阳离子交换容（CEC）的影响010020030040050060020304050607080Temperature/CCEC/(meq/100g)图14煅烧温度对凹土阳离子交换容的影响2468101012141618CEC/(meq/100g)c/(mol/L)图15酸化浓度对凹土阳离子交换容的影响024681011121314CEC/(meq/100g)t/h图16酸化时间对凹土阳离子交换容的影响204060801004681012Temperature/oCCEC/(meq/100g)图17酸化温度对凹土阳离子交换容的影响60℃前，H+对Mg2+和Fe3+的置换能力显著，60℃后，更多八面体中Mg2+和Fe3+被置换，配位结晶水活性吸附位点的数量显著减少010020030040050060070091011pHTemperature/C灰白灰黄砖红3.结果与讨论3.2.3热处理、酸碱处理对凹凸棒石粘土的pH的影响SamplesThermaltrartmentTemperature(ºC)HCl*TreatmentNaOH*Treatment25100200300400500600灰白色凹土8.928.858.9510.5511.0011.0410.264.3111.13灰黄色凹土9.689.439.3510.4210.5911.2111.014.3111.13砖红色凹土8.908.948.709.9410.5911.1010.284.3211.14表2甘肃临泽凹凸棒石粘土矿的pH值*：酸碱处理时间12h，酸、碱浓度为1mol/L图20煅烧温度对凹凸棒石粘土pH值的影响凹凸棒石脱去了结晶水和部分结构水，使其八面体层中的金属离子变的游离，导致溶液中的OH-数量减少，所以pH有所下降。pH对改性凹凸棒石吸附去除有毒金属离子效果的有很大影响3.结果与讨论3.2.4热处理、酸碱处理对凹凸棒石粘土白度的影响表3甘肃临泽凹凸棒石粘土矿的pH值*：酸碱处理时间12h，酸、碱浓度为1mol/LSamplesThermaltrartmenttemperature(ºC)HCl*trartmentNaOH*trartment25100200300400500600灰白色凹土29.7532.3435.7127.7421.9620.6719.5646.4635.97灰黄色凹土24.8227.3529.5925.5820.3017.5614.8942.4831.23砖红色凹土12.7412.3411.9511.2310.639.979.4555.5712.75020040060010152025303540whiteness/%Temperature/C灰白灰黄砖红图21煅烧温度对凹凸棒石粘土矿白度的影响凹凸棒石可用作涂料，所以白度是其性能指标之一。高温煅烧等去除凹凸棒石粘土中所含的大部分有机质杂质，碱处理可以与粘土中的镁、铝等金属离子反应，不能去除砖红色粘土中的铁和钛金属氧化物酸处理反应中，H+与凹凸棒石粘土中的部分阳离子发生置换反应，并可使显色的三价铁离子失去电子变为二价且溶于水，洗涤过程中与土分离，退去砖红色。物化性能Samples灰白凹土灰黄凹土砖红凹土酸化灰白凹土酸化砖红凹土碱化灰白凹土碱化砖红凹土水分(%)2.492.9010.802.204.402.214.48胶体率(ml/15g)8.5725.0015.0014.1916.792.943.64脱色力4240357269造浆率(m3/t)3.613.503.60体积吸水率(%)1611591833.结果与讨论3.2.5酸碱处理对凹凸棒石粘土其他物化性能的影响表4甘肃临泽凹凸棒石粘土矿的物化性能凹凸棒石粘土原矿的表征物化性能分析组成分析结构分析比表面积阳离子交换容pH白度脱色力胶体率造浆率碱处理热处理酸处理改性对物化性能的影响石膏组成结构分析原矿的表征β半水石膏α半水石膏微波煅烧法高温固相法常压盐溶液法半水石膏的制备2.研究方案3.结果与讨论3.3石膏原矿的表征3.3.1石膏原矿的TG/DTA图22混合石膏原矿的TG/DTA曲线图23透明石膏原矿的TG/DTA曲线0100200300400500020406080100TG/%Temperature/°C18.77%-10-50510334.7oC150.3oCEndoT/V(b)TGDTA131.5oC0100200300400500020406080100TG/%Temperature/°C18.84%-10-50510335.7oC153.3oCEndoT/V(b)132.5oCTGDTA132℃二水石膏先脱去一点五个水分子，随后立即脱去剩余的半个水分子，变为Ⅲ型硬石膏，对应TG总失重为18.8%。335℃转变为Ⅱ型硬石膏CaSO43.结果与讨论3.3.2石膏原矿的结构分析0102030405060708090NaCl(e)(d)(c)(b)2(a)KCl4000350030002500200015001000500Wavemumbercm-1(a)(b)H2OH2O1029.8SO42-SO42-图24临泽石膏原矿的XRD(a)混合石膏，(b)透明石膏，(c)药用石膏，(d)玄晶石，(e)33-0311图25临泽石膏原矿的IR(a)透明石膏，(b)混合石膏3.结果与讨论3.3.3石膏原矿的能谱分析ElementWt%At%CK06.4110.17OK60.3571.86AlK00.6900.49SiK01.2100.82SK14.9108.86CaK16.4207.81MatrixCorrectionZAF