二氧化硅粉末在橡胶行业替代钛白粉的实验研究

文章编号:1009-4318(2001)02-0009-04

二氧化硅粉末在橡胶行业替代钛白粉的实验研究Ξ

张英宝1,　张　浩2

(11江南大学宜兴分校,江苏宜兴214200;21连云港职业技术学院江苏连云港222006)

摘　要:本实验的目的就是通过对二氧化硅的粉碎、活化,使之能在橡胶行业替代钛白粉;对添加二氧化硅粉末橡胶的物理机械性能的分析结果表明:二氧化硅粉末在橡胶行业可以替代30%的钛白粉。

关键词:二氧化硅;粉碎;活化;替代

中图分类号:T Q33013 文献标识码:A

橡胶制品生产过程中,需要在生胶中加入硫化剂、促进剂、活性剂、防老剂、补强剂、着色剂等各种助剂。钛白粉在橡胶工业中,除了作为着色剂外,尚有补强、防老、填充作用,不龟裂,不变色,老化慢,强度高,伸展率大,并具有耐酸和碱的性能。在硅橡胶中加入钛白粉,还可以提高橡胶的耐热性和稳定性[1]。

二氧化硅和钛白粉的物理化学性质相似,是否可用二氧化硅粉末来替代钛白粉?本实验证明:在橡胶行业可以替代30%的钛白粉。

1　原料的选择

二氧化硅粉末的研制,共选用四种原料。一种是东海劳改农场的100目石英砂,约200元一吨,这种原料二氧化硅含量9915%以上,但价格较贵。第二种是东海105矿的普通7号,其颗粒度小于100目,含硅量在9915%以上,价格为20元一吨。以上两种都是东海的天然石英。第三种是连云港锦屏磷矿熔融石英厂的废料,白色块状物,其含量在9915%以上但颗粒度较大,一般在10目左右,其价格不好估计。第四种是东海硅微粉厂的100目石英沙,价格为200元一吨,含硅量为99%以上。四种石英砂的二氧化硅的含量及其它杂质含量详见表1。

表1　各种石英砂二氧化硅含量表

原料批号粒度(目)价格(吨Π元)SiO2%Fe2O3%A L2O3%农 场100200991701170102 105矿602099160120103熔融石英厂10991501250107硅微粉厂10090099160120104

2　设备及二氧化硅的粉碎加工过程

二氧化硅粉碎的主要设备是气流粉碎机。气流粉碎机是一种高效超细粉碎设备,目前在国内化工系统,特别是染料、技术陶瓷及制药行业广泛应用。其原理[2]为:压缩空气从气室中经由喷嘴以接近音速或超音速的速度喷入粉碎室内,由于喷嘴安装成一定的

第14卷　第2期 连云港职业技术学院学报 Vol.14No.2　2001年6月 Journal of Lianyungang T echnical C ollege Jun.2001Ξ收稿日期:2001-03-28

角度,所以较高压力的气流从喷嘴喷出后,在粉碎室内高速旋转,同时用压缩空气把料斗中的物料吹入粉碎室中,两种气流在粉碎室中相遇形成涡流。物料由于相互碰撞、摩擦和剪切而被粉碎。粉碎的物料在粉碎室内旋转而受离心力的作用,大粒子受离心力大被抛向外周,继续粉碎,细粉末随气流走向中心,经中心管进入布袋。压缩空气由布袋逐步扩散到大气中,细粉末留在布袋中。

本实验选用的是宜兴非金属化工机械厂生产的CT M系列气流粉碎机组中的G T M—10型和G T M—30型。对于石英砂来说,G T M—10型气流粉碎机每小时可加工5公斤石英沙,G T M—30型气流粉碎机每小时可加工50公斤石英沙。两种型号的气流粉碎机都要求原料的粒度小于100目。

因一套气流粉碎机价格较贵,本实验的原料的超细加工过程是在宜兴非金属化工机械厂进行的,共加工了3批原料。

第一批原料用的是东海劳改农场的100目石英沙,用G T M—10型气流粉碎机进行加工,共加工1公斤,加工后的石英沙颜色为灰色,经测试二氧化硅的含量为9718%,粒度为320目。

第二批原料用的是用东海硅微粉厂的100目石英沙,用G T M—10型气流粉碎机进行粉碎加工,由于气流粉碎机本身的故障,加工后的粉末颗粒度太大, 320目只有65%,而且颜色不白,加工了两次,粒度才达到320目。

第三批原料主要用的是连云港市锦屏磷矿熔融石英厂的废料,这种废料是熔融石英厂用石英砂加工熔融石英(俗称石英玻璃)的废料。这批原料呈现块状,不能直接进入气流粉碎机,必须加工成100目的粒度才行,本实验用鄂式破碎机先将其加工成100目,然后再用气流粉碎机加工,结果颜色比前两批要白。

这三批加工好的样品送到南京大学现代分析中心,经电感耦合等离子直读交光谱仪(ICP)分析,分析结果见表2。

表2　经G T M加工过的二氧化硅的色度及ICP分析结果

原料批号粒度(目)数量(kg)加工后粒度(目)SiO2%Fe2O3%A L2O3%K2O%白度农 场100132098112%0129%0163%0115%75硅微粉厂100132098194%0124%0162%0120%78熔融石英厂100132098195%0130%0158%011%80

从表2可以看出,经气流粉碎机加工过的二氧化

硅中的Al

2

O3的含量变高了,这是在加工过程中增加

的。原因是气流粉碎机粉碎室的内衬是Al

2

O3(俗称刚玉)制成的,在二氧化硅颗粒粉碎的过程中,不仅存在二氧化硅颗粒与颗粒之间的碰撞、摩擦和剪切,而且存在着二氧硅颗粒与粉碎室壁之间的碰撞、摩擦和剪切,虽然这种颗粒与粉碎室壁之间的作用力要小于颗粒与颗粒之间的作用力,但这种作用的直接后果就

是二氧化硅粉末中的Al

2

O3含量的增加。

3　酸洗与增白

因原料本身及二氧化硅粉末的加工过程中不可避免地带有各种金属离子杂质,影响二氧化硅粉末的色度。为提高二氧化硅粉末的色度,本实验用盐酸去除二氧化硅粉末中的Fe

2

O3等金属离子。

取加工后的二氧化硅粉末各250克,600～800毫升1%,2%,5%,10%的盐酸溶液中,加热至80℃,并保持20分钟。降温后过滤并用去离子水洗涤滤饼至中性,烘干后冷却至室温。测其二氧化硅色度。各种浓度下二氧化硅的色度见图1。

01 连云港职业技术学院学报 2001年6月