北京化工大學(xué)-碩士研究生畢業(yè)答辯PPT

1、甘肅臨澤凹凸棒石及石膏復(fù)合礦的甘肅臨澤凹凸棒石及石膏復(fù)合礦的組成、結(jié)構(gòu)及性能的研究組成、結(jié)構(gòu)及性能的研究 姓名：姓名： 導(dǎo)師：導(dǎo)師：20132013年北京化工大學(xué)碩士畢業(yè)論文答辯年北京化工大學(xué)碩士畢業(yè)論文答辯目錄目錄12222345涂料增稠劑涂料增稠劑食用添加劑食用添加劑中藥：清熱解毒中藥：清熱解毒天花板、石膏板天花板、石膏板u 吸附性能、脫色性能、膠體性能吸附性能、脫色性能、膠體性能凹凸棒石凹凸棒石u比表面積比表面積：146-210m2/g u陽離子交換容：陽離子交換容：15-40 meq/100gu 強(qiáng)度大，耐磨性、耐水性好強(qiáng)度大，耐磨性、耐水性好u 失水生成半水和無水石膏失水生成半水和無

2、水石膏石膏石膏u CaSO42H2O 1.背景介紹背景介紹u層鏈狀含水富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物層鏈狀含水富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物圖1 臨澤復(fù)合礦礦區(qū)剖面圖1.背景介紹背景介紹甘肅臨澤凹凸棒石及石膏復(fù)合礦甘肅臨澤凹凸棒石及石膏復(fù)合礦 灰白色凹土，塊狀，干燥灰白色凹土，塊狀，干燥灰黃色凹土，塊狀，干燥灰黃色凹土，塊狀，干燥混有凹土混有凹土混合石膏混合石膏透明石膏透明石膏磚紅色凹土，塊狀，濕潤磚紅色凹土，塊狀，濕潤凹凸棒石粘土凹凸棒石粘土原礦的表征原礦的表征物化性能分析物化性能分析組成分析組成分析結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析比表面積比表面積陽離子交換容陽離子交換容pHpH白度白度脫色力脫色力膠體率膠體率造漿率造漿率堿處

3、理堿處理熱處理熱處理酸處理酸處理改性對(duì)物化改性對(duì)物化性能的影響性能的影響石膏石膏組成結(jié)構(gòu)分析組成結(jié)構(gòu)分析原礦的表征原礦的表征半水石膏半水石膏半水石膏半水石膏微波煅燒法微波煅燒法高溫固相法高溫固相法常壓鹽溶液法常壓鹽溶液法半水石膏的半水石膏的制備制備2.研究方案研究方案表1 凹凸棒石粘土的主要化學(xué)組成3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論 CaO含量高于盱眙凹土，含有碳酸鹽含量高于盱眙凹土，含有碳酸鹽 SiO2、Al2O3、MgO含量較高，為主要成分含量較高，為主要成分3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論圖1 灰白色凹土的粒徑分布圖2 灰黃色凹土的粒徑分布圖3 磚紅色凹土的粒徑分布 雙峰雙峰：2-3m、25-35m 雙峰

4、雙峰：3-5m、20m 雙峰雙峰：5m、2-3m圖4 灰白色凹土的TG/DTA曲線3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論 室溫至室溫至100：表面吸附水和孔道吸附水釋放：表面吸附水和孔道吸附水釋放 灰白土，灰白土，242242失去結(jié)晶水，失去結(jié)晶水，600-800失去結(jié)構(gòu)失去結(jié)構(gòu)水，水，800800以后結(jié)構(gòu)破壞以后結(jié)構(gòu)破壞灰黃、磚紅土，灰黃、磚紅土，200失去結(jié)晶水，失去結(jié)晶水，470 碳酸鹽碳酸鹽分解，分解，650 650 失去結(jié)構(gòu)水，失去結(jié)構(gòu)水，800以后結(jié)構(gòu)破壞以后結(jié)構(gòu)破壞0100200300400500600700800900 1000 110080859095100TG / %Temperatur

5、e / C 2.13%4.15%024Endo T/V (a)792C242C01002003004005006007008009001000708090100TG / % Temperature / C 1.62%11.01%(b)-20246789.3CEndo T/V476.3C644.2C01002003004005006007008009001000110060708090100TG / % Temperature / C2.42%12.62%-505654.6CEndo T/V(c)468.6C圖5 灰黃色凹土的TG/DTA曲線圖6 磚紅色凹土的TG/DTA曲線010 20 30

6、40 50 60 70 80 90attapulgitequartz(f)(e)(d)(c)(b) 2 (a)dolomite 主要含凹凸棒石和石英兩種物質(zhì)主要含凹凸棒石和石英兩種物質(zhì)灰白色凹土中還包含鈉長石和鈣長石灰白色凹土中還包含鈉長石和鈣長石灰黃色凹土中還包含白云石、云母、方解石灰黃色凹土中還包含白云石、云母、方解石磚紅色凹土中還包含白云石、云母磚紅色凹土中還包含白云石、云母含量分別為含量分別為22.02%、23.86%、17.71% 單斜晶系單斜晶系3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論圖7 凹凸棒石粘土的XRD分析(a)灰白色凹土，(b)灰黃色凹土，(c)磚紅色凹土，（d）白云石，（e）石英，（f

7、）凹凸棒石3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論4000350030002500200015001000500 (c)(b)Wavemumber / cm-1 (a)164810339863417354846251614483622 圖8 凹凸棒石粘土的IR分析 (a)灰白色，(b)灰黃色，(c)磚紅色中低頻區(qū)中低頻區(qū)(1300600cm-1)(1300600cm-1)是凹凸棒石的最強(qiáng)吸收帶，凹凸棒石內(nèi)部的硅氧間、鋁是凹凸棒石的最強(qiáng)吸收帶，凹凸棒石內(nèi)部的硅氧間、鋁氧鍵、鎂氧鍵形成。氧鍵、鎂氧鍵形成。 羥基的振動(dòng)伸縮帶：羥基的振動(dòng)伸縮帶： 3622cm-1，3548cm-1，吸附水的振動(dòng)伸縮帶：，吸附水的振動(dòng)

8、伸縮帶： 3417cm-1羥基的彎曲振動(dòng)吸收帶羥基的彎曲振動(dòng)吸收帶 ： 1648.18cm-1低頻區(qū)低頻區(qū)2 2個(gè)小峰，硅氧鍵彎曲振動(dòng)的結(jié)果。個(gè)小峰，硅氧鍵彎曲振動(dòng)的結(jié)果。結(jié)晶度低結(jié)晶度低3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論圖9 凹的SEM、TEM照片 (a)(b)灰白色SEM， (c)灰黃色SEM，(d) 磚紅色SEM，(e)(f)灰白色TEM主要成分為粘土礦物和碎屑物。粘土礦物呈短棒土狀、類橢球形或類短搟面棒形主要成分為粘土礦物和碎屑物。粘土礦物呈短棒土狀、類橢球形或類短搟面棒形顆粒，表面呈鱗片狀結(jié)構(gòu)，粒徑大小在顆粒，表面呈鱗片狀結(jié)構(gòu)，粒徑大小在0.5-1.5m0.5-1.5m之間，碎屑物多呈棱角狀。

9、之間，碎屑物多呈棱角狀。球磨粉碎后的凹土由納米顆粒堆積形成球磨粉碎后的凹土由納米顆粒堆積形成凹凸棒石粘土凹凸棒石粘土原礦的表征原礦的表征物化性能分析物化性能分析組成分析組成分析結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析比表面積比表面積陽離子交換容陽離子交換容pHpH白度白度脫色力脫色力膠體率膠體率造漿率造漿率堿處理堿處理熱處理熱處理酸處理酸處理改性對(duì)物化改性對(duì)物化性能的影響性能的影響石膏石膏組成結(jié)構(gòu)分析組成結(jié)構(gòu)分析原礦的表征原礦的表征半水石膏半水石膏半水石膏半水石膏微波煅燒法微波煅燒法高溫固相法高溫固相法常壓鹽溶液法常壓鹽溶液法半水石膏的半水石膏的制備制備2.研究方案研究方案2040608010016017018019

10、0200210 SSA/(m2/g)Temperature / C0246810156158160162164166168 SSA/(m2/g)t / h3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論 0100200300400500600255075100125150 SSA/(m2/g)Temperature / C 1234567891011160162164166168SSA/(m2/g) c / (mol / L)圖13 酸化溫度對(duì)凹土比表面積的影響圖12 酸化時(shí)間對(duì)凹土比表面積的影響圖11 酸化濃度對(duì)凹土比表面積的影響圖10 煅燒溫度對(duì)凹土比表面積的影響棒晶分散，棒晶分散，H+置換出置換出Mg2+、Fe

11、3+ ，結(jié)晶水游離，孔道增大結(jié)晶水游離，孔道增大SiO2膠體發(fā)生絮凝沉淀，對(duì)膠體發(fā)生絮凝沉淀，對(duì)氫離子起阻礙作用氫離子起阻礙作用 表面吸附水、沸石水和表面吸附水、沸石水和部分結(jié)晶水依次脫出部分結(jié)晶水依次脫出 剩余的結(jié)晶水脫出剩余的結(jié)晶水脫出 ，內(nèi)部孔道發(fā)生折疊內(nèi)部孔道發(fā)生折疊 氫離子對(duì)氫離子對(duì)Mg2+、Fe3+、Al3+的置換程度增強(qiáng)的置換程度增強(qiáng) 隨置換進(jìn)一步進(jìn)行，部分硅隨置換進(jìn)一步進(jìn)行，部分硅烷醇開始自聚為烷醇開始自聚為SiO2 3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論 010020030040050060020304050607080Temperature / C CEC / (meq / 100g)圖

12、14 煅燒溫度對(duì)凹土陽離子交換容的影響2468101012141618 CEC / (meq/100g)c / (mol / L)圖15 酸化濃度對(duì)凹土陽離子交換容的影響024681011121314 CEC / (meq / 100g)t / h圖16 酸化時(shí)間對(duì)凹土陽離子交換容的影響204060801004681012 Temperature / oCCEC / (meq / 100g)圖17 酸化溫度對(duì)凹土陽離子交換容的影響60前，前， H+對(duì)對(duì)Mg2+和和Fe3+的置換能的置換能力顯著，力顯著， 60后，后，更多八面體中更多八面體中Mg2+和和Fe3+被置換，配位結(jié)晶水活性被置換，配位

13、結(jié)晶水活性吸附位點(diǎn)的數(shù)量顯著減少吸附位點(diǎn)的數(shù)量顯著減少010020030040050060070091011 pHTemperature / C 灰白 灰黃 磚 紅3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論 表2 甘肅臨澤凹凸棒石粘土礦的pH值*：酸堿處理時(shí)間12h，酸、堿濃度為1mol/L圖20 煅燒溫度對(duì)凹凸棒石粘土pH值的影響凹凸棒石脫去了結(jié)晶水和部分結(jié)構(gòu)水，凹凸棒石脫去了結(jié)晶水和部分結(jié)構(gòu)水，使其八面體層中的金屬離子變的游離，使其八面體層中的金屬離子變的游離，導(dǎo)致溶液中的導(dǎo)致溶液中的OH-數(shù)量減少，所以數(shù)量減少，所以pH有所下降。有所下降。pHpH對(duì)改性凹凸棒石吸對(duì)改性凹凸棒石吸附去除有毒金屬離子附去除有

14、毒金屬離子效果的有很大影響效果的有很大影響 3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論 表3 甘肅臨澤凹凸棒石粘土礦的pH值*：酸堿處理時(shí)間12h，酸、堿濃度為1mol/L020040060010152025303540 whiteness/%Temperature / C 灰白 灰黃 磚 紅圖21 煅燒溫度對(duì)凹凸棒石粘土礦白度的影響凹凸棒石可用作涂料，凹凸棒石可用作涂料，所以白度是其性能指標(biāo)所以白度是其性能指標(biāo)之一。之一。 高溫煅燒等去除凹凸棒石粘土中所含高溫煅燒等去除凹凸棒石粘土中所含的大部分有機(jī)質(zhì)雜質(zhì)的大部分有機(jī)質(zhì)雜質(zhì) ，堿處理可以與，堿處理可以與粘土中的鎂、鋁等金屬離子反應(yīng)粘土中的鎂、鋁等金屬離子反應(yīng)

15、，不，不能去除磚紅色粘土中的鐵和鈦金屬氧能去除磚紅色粘土中的鐵和鈦金屬氧化物化物 酸處理反應(yīng)中，酸處理反應(yīng)中，H+與凹凸棒石粘土與凹凸棒石粘土中的部分陽離子發(fā)生置換反應(yīng)，并中的部分陽離子發(fā)生置換反應(yīng)，并可使顯色的三價(jià)鐵離子失去電子變可使顯色的三價(jià)鐵離子失去電子變?yōu)槎r(jià)且溶于水，洗滌過程中與土為二價(jià)且溶于水，洗滌過程中與土分離，退去磚紅色。分離，退去磚紅色。 3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論 表4 甘肅臨澤凹凸棒石粘土礦的物化性能凹凸棒石粘土凹凸棒石粘土原礦的表征原礦的表征物化性能分析物化性能分析組成分析組成分析結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析比表面積比表面積陽離子交換容陽離子交換容pHpH白度白度脫色力脫色力膠體率膠

16、體率造漿率造漿率堿處理堿處理熱處理熱處理酸處理酸處理改性對(duì)物化改性對(duì)物化性能的影響性能的影響石膏石膏組成結(jié)構(gòu)分析組成結(jié)構(gòu)分析原礦的表征原礦的表征半水石膏半水石膏半水石膏半水石膏微波煅燒法微波煅燒法高溫固相法高溫固相法常壓鹽溶液法常壓鹽溶液法半水石膏的半水石膏的制備制備2.研究方案研究方案3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論圖22 混合石膏原礦的TG/DTA曲線圖23 透明石膏原礦的TG/DTA曲線0100200300400500020406080100 TG / % Temperature / C 18.77%-10-50510334.7oC150.3oCEndo T/V(b)TGDTA131.5oC01

17、00200300400500020406080100 TG / % Temperature / C 18.84%-10-50510335.7oC153.3oCEndo T/V(b)132.5oCTGDTA132二水石膏先脫去一點(diǎn)五個(gè)水分子，隨后立即脫去剩余的半二水石膏先脫去一點(diǎn)五個(gè)水分子，隨后立即脫去剩余的半個(gè)水分子，變?yōu)閭€(gè)水分子，變?yōu)樾陀彩?，?duì)應(yīng)型硬石膏，對(duì)應(yīng)TGTG總失重為總失重為18.8%18.8%。335轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)樾陀彩嘈陀彩郈aSO43.結(jié)果與討論結(jié)果與討論0102030405060708090 NaCl (e)(d)(c)(b)2(a) KCl 40003500300025

18、00200015001000500Wavemumber cm-1(a)(b)H2OH2O1029.8SO42- SO42-圖24 臨澤石膏原礦的XRD(a) 混合石膏，(b) 透明石膏，(c) 藥用石膏，(d) 玄晶石，(e) 33-0311圖25 臨澤石膏原礦的IR(a) 透明石膏，(b)混合石膏3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論圖26 原礦中混合石膏的能譜分析圖27 原礦中透明石膏的能譜分析3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論 圖28 原礦中混合石膏的SEM照片圖29 原礦中透明石膏的SEM照片天然石膏白色半透明天然石膏白色半透明顯晶體樣光澤顯晶體樣光澤晶體排列緊密、有序晶體排列緊密、有序呈粒狀、針狀、柱狀、呈

19、粒狀、針狀、柱狀、板狀多樣化板狀多樣化凹凸棒石粘土凹凸棒石粘土原礦的表征原礦的表征物化性能分析物化性能分析組成分析組成分析結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析比表面積比表面積陽離子交換容陽離子交換容pHpH白度白度脫色力脫色力膠體率膠體率造漿率造漿率堿處理堿處理熱處理熱處理酸處理酸處理改性對(duì)物化改性對(duì)物化性能的影響性能的影響石膏石膏組成結(jié)構(gòu)分析組成結(jié)構(gòu)分析原礦的表征原礦的表征半水石膏半水石膏半水石膏半水石膏微波煅燒法微波煅燒法高溫固相法高溫固相法常壓鹽溶液法常壓鹽溶液法半水石膏的半水石膏的制備制備2.研究方案研究方案3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論表5(a) 混合石膏高溫固相法的失重百分比表5(b) 透明石膏高溫固相法的

20、失重百分比生成半水石生成半水石膏的理論失膏的理論失重重15.52%生成無水石生成無水石膏的理論失膏的理論失重重20.69% 3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論 表6 微波煅燒法石膏的失重百分比生成半水石生成半水石膏的理論失膏的理論失重重15.52%生成無水石生成無水石膏的理論失膏的理論失重重20.69%3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論 表7 常壓鹽溶液法制備半水石膏的條件3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論圖29 高溫煅燒法產(chǎn)物半水石膏的TG/DTA曲線100200300400500708090100 TG / %Temperature / C 5.49%246810339.1oCEndo T/V133.5oC 圖30 微

21、波煅燒法產(chǎn)物半水石膏的TG/DTA曲線 132132半水石膏失去半個(gè)水分子生成半水石膏失去半個(gè)水分子生成型硬石膏型硬石膏失重理論值失重理論值5.17%5.17% 333 333無水硫酸鈣晶形轉(zhuǎn)變?yōu)闊o水硫酸鈣晶形轉(zhuǎn)變?yōu)樾陀彩嘈陀彩郈aSO4CaSO4010020030040050060060708090100 TG / %Temperature / C 5.37%TGDTA-10-8-6-4-2Endo T/V131.5oC327.69oC3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論圖31 常壓鹽溶液法4h產(chǎn)物半水石膏的TG/DTA圖32 常壓鹽溶液法6h產(chǎn)物半水石膏的TG/DTA010020030040050

22、0600700859095100TG / %Temperature / C -6-4-20407.1C110.79C1.87%Endo T/V010020030040050060070080859095100 TG / %1.98%-505Endo T/VTemperature / C 429C3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論0102030405060708090(c)(b)2 (a) 圖33 半水石膏的XRD圖(a) 常壓鹽溶液法6h制備出的 半水石膏(b) 微波煅燒法70min制備出的半水石膏(c) 高溫固相法170制備出的半水石膏3.結(jié)果與討論結(jié)果與討論 規(guī)則的柱狀晶體規(guī)則的柱狀晶體晶體寬度：晶

23、體寬度：6-8m晶體長度：晶體長度：30-80m圖34 常壓鹽溶液法6h產(chǎn)物半水石膏的SEM照片4.結(jié)論結(jié)論臨澤凹土的化學(xué)成分以主要以臨澤凹土的化學(xué)成分以主要以SiOSiO2 2、CaOCaO、MgOMgO為主，并含有碳酸鹽。礦物組成上以凹為主，并含有碳酸鹽。礦物組成上以凹凸棒石和石英、白云石為主，另含方解石、長石、云母等雜質(zhì)，屬白云質(zhì)凹凸棒石粘凸棒石和石英、白云石為主，另含方解石、長石、云母等雜質(zhì)，屬白云質(zhì)凹凸棒石粘土，其吸藍(lán)量、脫色力都比較低。形貌為類橢圓土狀。就取樣的特定區(qū)域，臨澤凹凸土，其吸藍(lán)量、脫色力都比較低。形貌為類橢圓土狀。就取樣的特定區(qū)域，臨澤凹凸棒石粘土品位僅為棒石粘土品位僅為20%-30%20%-30%，屬單斜晶系，結(jié)晶程度和有序度均較低。，屬單斜晶系，結(jié)晶程度和有序度均較低。(2)(