选矿尾矿中回收绢云母在工业防腐底漆中的应用研究.pdf

1 2 湖南有色金属 H U N A NN O N F E R R O U SM E T A L S 第2 4 卷第2 期 2 0 0 8 年4 月 选矿尾矿中回收绢云母在工业防腐底漆中的应用研究 王巧玲 长沙环境保护职业技术学院，湖南长沙4 1 0 0 0 4 摘要在环氧铁红和氯化橡胶两种工业防腐底漆中加入不同含量的选矿尾矿中回收的绢云母粉 即绢云母精矿粉 ，利用绢云母精矿粉部分取代防锈涂料中的滑石粉，采用涂料检测技术、涂膜检 测技术、腐蚀电化学测试技术等考察了绢云母精矿粉在防腐蚀涂料中的用量对涂料性能的影响。 涂膜物理性能、化学性能和耐腐蚀性能的试验结果表明，在合适含量时所得涂膜的物理机械性能、 耐化学介质性能和防腐性能均有一定程度的提高，在环氧铁红防腐底漆中绢云母精矿粉的合适添 加量为8 ％，在氯化橡胶防腐底漆中为6 ％。采用质优价廉的绢云母精矿粉作为防腐蚀涂料的颜填 料部分替代滑石粉，可提高涂料耐蚀性能并节约传统颜填料矿产资源。同时，选矿尾矿中回收绢云 母在涂料中的应用拓展了尾矿回收利用的应用范围，有助于解决尾矿的污染和综合利用问题，有助 于实现选矿产业的循环经济。 关键词尾矿；绢云母；防腐蚀；底漆 中图分类号T D 9 2 6 ．4文献标识码A文章编号1 0 0 3 5 5 4 0 2 0 0 8 0 2 一0 0 1 2 0 4 在涂料工业中，许多涂料中都加入滑石粉作为 填料，滑石粉是一种含水的层状硅酸盐矿物，化学稳 定性好，耐强酸及强碱，可增强涂膜的防腐蚀效果， 但滑石粉作为无机填料与有机高聚物分子材料之间 缺少亲和性，粘合力弱，导致涂料的机械性能降低， 且在涂料贮存中容易形成冻状团块，影响施工。为 了进一步提高涂料的物理机械性能以及耐腐蚀性 能，有必要寻找合适的替代填料。 绢云母是一种天然细粒白云母⋯，为白云母的 亚种，主要为硅酸铝钾及其水合盐，可劈成极薄的片 状，它耐磨性、耐热性好，化学性质稳定。绢云母具 有活性羟基基团，容易与乳胶液、溶剂中分子链相结 合、缠连，把它加入涂料中，易于分散，在涂膜中可平 行排列，上下重叠，使涂膜内部形成一种致密的层网 状结构。已有研究表明，采用绢云母粉作为内墙涂 料、外墙涂料或带锈涂料中的填料，可提高涂膜的附 着力、耐冲击性、耐磨性、耐候性等物理性能【2 。】，同 时它也具有较好的抗紫外线能力和遮盖力。随着国 产油漆添加剂资源紧缩及价格不断上涨，将选矿尾 基金项目湖南省科技厅课题 2 0 0 7 F J 4 1 3 6 ，2 0 0 7 C K 3 0 5 7 ；湖南省环 保局课题 湘财建指C 2 0 0 7 ] 1 8 5 号 作者简介王巧玲 1 9 7 1 一 ．女，副教授，高级工程师，主要从事化学 化工、环境工程方面的研究工作。 ● 矿中回收绢云母应用到涂料中取代部分填料，对涂 料眭能的改善和节约矿产资源有着重要的实际意 义，并可解决尾矿的污染和综合利用问题，有助于发 展选矿行业循环经济，产生较好的环境、社会、行业 效益。 本文选取山东某金矿选矿尾矿中回收的绢云 母，利用回收绢云母的优良理化性能，考察其在工业 防腐蚀涂料中应用时对涂料性能的改善。工业防腐 涂料的的品种很多，其中以环氧铁红和氯化橡胶两 种类型涂料应用最为广泛L 5 J ，本实验选取以上两种 防锈底漆作为研究对象，利用尾矿回收绢云母部分 取代防锈涂料中的滑石粉，并设计相应配方，采用涂 料检测技术、涂膜检测技术、腐蚀电化学测试技术等 研究了绢云母精矿粉部分取代滑石粉后涂膜物理性 能、化学性能和耐腐蚀性能的变化，得到了所选回收 绢云母粉体在两种防腐蚀底漆中的合适添加量。 1 实验部分 1 ．1 原料及试剂 试验所用原料试剂及规格为氯化橡胶、环氧树 脂、8 1 0 固化剂、二甲苯、丁醇、固体氯化石蜡、液体氯 化石蜡、铁红粉、滑石粉等原料均为工业级，由湖南 省金盛化工防腐蚀有限公司提供；绢云母粉为山东 万方数据 第2 期王巧玲选矿尾矿中回收绢云母在工业防腐底漆中的应用研究 1 3 某金矿选矿尾矿中回收所得，并采用纳米粒度计 3 0 0 0 H S ，M a l v e m ，U K 测量了其粒径分布，分布如 图1 所示。其它试剂均为化学纯。溶液采用去离子 水配制。 图1 回收绢云母在水分散体系中的粒径分布图 1 ．2 防腐底漆配方设计 涂料配方设计主要考虑成膜物质、挥发物、颜料 和助剂等的比例。本文配方主要是将回收绢云母粉 作为填料加入到环氧树脂和氯化橡胶防腐涂料中， 部分替代滑石粉，具体涂料配方见表1 。 表1氯化橡胶与环氧铁红两种底漆配方及编号表 ％ 项目编号 捌‰ 瓣8 悯化剂蟹颦警 加2 0O B 11 7 3 环惹羹红兰 4 0z 适量 ，， ii 1 1 4 1 01 0 B 5 81 2 1 ．3 涂膜性能测试 按表1 中配方，分别加入称量好的树脂、颜料和 助剂，搅拌均匀，然后将其涂覆在打磨好的马口铁试 片上，试片共涂刷二遍，膜厚控制在9 5 ～1 0 5t t m 。 涂膜在2 5 ℃温度下恒温干燥7d 后进行相关性能测 试。所用试片规格为5 0m m 1 2 0m m X 0 ．3m m 。 涂膜附着力、柔韧性、抗冲击、耐化学介质性能 分别采用划圈法 G B l 7 2 0 7 9 、漆膜柔韧性测定法 G B l 7 3 1 9 3 、漆膜耐冲击测定法 G B l 7 3 2 9 3 、 漆膜耐化学试剂性测定法 G B l 7 6 3 8 9 等测定。 涂膜电化学性能测试采用C H l 6 6 0 B 电化学工 作站 上海辰华 ，涂膜的T a f e l 曲线和电化学阻抗 E I S 均在三电极体系中进行，饱和甘汞电极为参比 电极，辅助电极为P t 电极，工作电极为涂有涂膜的 A 3 钢电极，介质为3 ％的N a C l 溶液，分别测量，E I S 测量频率范围为1 0 5 1 0 ～H z ，振幅为2 0m V 。 2 结果与讨论 2 ．1 回收绢云母粒径分析 通过对绢云母粒径分布的分析 见图1 ，实验所 用绢云母粒径大小主要为8 0 0n m 左右，且粒径大小 的分布比较集中，有利于在涂料中的分散以及改善 储存稳定性和刷涂性能。 2 ．2 绢云母粉含量对氯化橡胶底漆性能的影响 表2 所示为不同绢云母含量的氯化橡胶底漆按 前述方法所制涂膜的机械性能与耐蚀性能。从表2 中可以看出，在适当比例内加入绢云母后，其各项物 理机械性能和耐化学介质性能都有提高，但随着涂 料中绢云母比例的增大，涂料的黏度变大，使氯化橡 胶涂料的柔韧性和抗冲击性能下降。实验结果显 示，氯化橡胶底漆中当绢云母含量为6 ％，即配方A 2 的各项性能较好。 表2 不同绢云母含量的氯化橡胶底漆性能 2 ．3 绢云母粉含量对环氧铁红底漆性能的影响 表3 所示为不同绢云母含量的环氧铁红底漆按 前述方法所制涂膜的物理机械性能与耐化学介质性 能。从表3 中可以看出，在环氧铁红涂料中加入回 收绢云母后，当绢云母在涂料中的比例适当时，所得 涂膜的各项物理机械性能和耐化学介质性能都有提 高，当涂料中绢云母比例继续增大，将导致环氧铁红 涂料的柔韧性和抗冲击性能等下降。综合看来，环 氧铁红底漆中当绢云母含量为8 ％ 即配方B 3 时， 万方数据 1 4 湖南有色金属第2 4 卷 能制得各项性能较好的涂膜。 表3 不同绢云母含量的环氧铁红底漆性能 2 ．4 电化学性能测试结果 塔菲尔 T a f e l 曲线能够直观地表示涂膜在腐蚀 介质中的抗腐蚀性能【6 | ，本实验对不同绢云母含量 的环氧铁红底漆涂膜在3 ％N a C l 介质中的T a f e l 曲 线进行了测量。图2 所示为绢云母含量分别为0 ％、 8 ％、1 2 ％的环氧铁红底漆涂膜在3 ％N a C I 溶液中浸 泡3 6h 后的T a f e l 极化曲线。根据T a f e l 曲线测量 结果，在3 ％N a C l 溶液中，加入绢云母的环氧底漆涂 膜的腐蚀电流比没有加绢云母的要小，这说明加入 绢云母能提高涂膜的抗渗透性和抗腐蚀性能，而且 加入8 ％绢云母的涂膜的腐蚀电流最小，抗腐蚀能力 最好。涂膜交流阻抗的测量也得到了相似的结果， 绢云母含量为8 ％的涂层在整个频率区域呈现良好 的阻抗性能，而未加绢云母和绢云母含量为1 2 ％时 的涂层的阻抗变化在低频区基本为溶液中的离子在 膜层中扩散速率所控制。图3 所示为三种添加不同 含量绢云母的环氧铁红涂层E I S 的阻抗B o d e 图，对 比不同样品所测试的阻抗随频率的变化趋势可以看 出，绢云母含量为8 ％时涂层容抗性能较好，未加绢 云母涂层感抗性能较强，而加入1 2 ％绢云母粉的涂 层则可能因为绢云母的含量较高，涂层致密性差，导 致涂层容抗性能较低。 图2不同绢云母含量的环氧底漆在3 ％N a C l 中的塔菲尔曲线 1 0 ％绢云母；2 8 ％绢云母；3 1 2 ％绢云母 图3 不同绢云母含量的环氧底漆的阻抗波特图 1 0 ％绢云母；2 8 ％绢云母；3 1 2 ％绢云母 本实验也对不同绢云母含量的氯化橡胶底漆涂 膜在3 ％N a C l 介质中的T a f e l 曲线进行了测量。图 4 所示为绢云母含量分别为0 ％、6 ％、1 1 ％的氯化橡 胶底漆涂膜在3 ％N a C l 溶液中浸泡3 6h 后的T a f e l 极化曲线。根据T a f e l 曲线测量结果，在3 ％N a C l 溶 液中，加入绢云母的氯化橡胶底漆涂膜的腐蚀电流 比没有加绢云母的要小，这说明加入绢云母能提高 涂膜的抗渗透性和抗腐蚀性能，而且加入6 ％绢云母 的涂膜的腐蚀电流最小，抗腐蚀能力最好。交流阻 抗测量表明，绢云母含量为6 ％时涂膜阻抗性能较 好，未加绢云母和绢云母含量达到1 2 ％时的涂膜阻 抗性能较差。图5 所示为三种添加不同含量绢云母 的氯化橡胶底漆涂层的阻抗波特图，绢云母含量为 6 ％时涂层容抗性能较好，未加绢云母涂层感抗性能 较强，而加入1 1 ％绢云母粉涂层由于其含量过高，反 而可能导致涂膜的致密性下降，从而影响涂膜的抗 渗透性和抗腐蚀性能。 图4不同绢云母含量的氯化橡胶底漆在3 ％ N a C l 中的塔菲尔曲线 1 0 ％绢云母；2 6 ％绢云母；3 1 1 ％绢云母 3 结论 在环氧铁红和氯化橡胶两种防腐底漆中加入不 a＼辅靛霉蝠哑 ■E．V／巅靛墨船腋脚 叮E．嘉孩召候菌 万方数据 第2 期王巧玲选矿尾矿中回收绢云母在工业防腐底漆中的应用研究 频率的对数／H z 图5不同绢云母含量的氯化橡胶底漆的阻抗 波特图 1 一O ％绢云母；2 6 ％绢云母；3 一l l ％绢云母 同含量的尾矿中回收绢云母粉，在合适含量时所得 涂膜的物理机械性能、耐化学介质性能和防腐性能 均有一定程度的提高。采用质优价廉的绢云母精矿 粉作为防腐蚀涂料的颜填料用在涂料配方中部分替 代滑石粉，降低滑石粉颜料的用量，以提高涂料耐蚀 性能并节约传统颜填料矿产资源，具有较高的可 行性。 回收绢云母在环氧铁红和氯化橡胶两种防腐底 漆中具有不同的最佳添加量，涂膜物理性能、耐化学 介质性能和电化学阻抗性能的测试结果表明，在环 氧铁红防腐底漆中回收绢云母的合适添加量为8 ％， 在氯化橡胶防腐底漆中为6 ％。 研究尾矿中回收绢云母在工业防腐蚀底漆中的 应用，可以拓展选矿尾矿回收产品的应用范围，其有 助于发展选矿行业循环经济、有助于解决尾矿的环 境污染问题，对环境、社会、矿山及油漆行业的良性 发展具有较大意义。 参考文献 孙丰强，张洪飞，宁维坤，等．绢云母的特性及应用[ J ] ．世界地 质，2 0 0 0 ，1 9 2 1 9 2 1 9 8 ． 郭建斌．绢云母矿粉在1 0 7 水性内墙涂料中的应用[ J ] ．矿产 综合利用，2 0 0 1 ， 3 4 7 ． 吕化奇，王新春．功能材料绢云母在外墙涂料中的应用 [ 盯．中国涂料，2 0 0 4 ， 8 3 0 3 1 ． 周秉明．绢云母粉对锈转化涂料性能的影响[ J ] ．贵州工业大 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m i c a l m e t h o d s ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h es e r i c i t ec a ni m p r o v et h ec o a t i n gm e c h a n i c a la n dc o r r o s i o n r e s i t a n tp e r f o r 。 m a n e e 。t h ea p p r o p r i a t ec o n t e n ti s8 ％a n d6 ％f o rt h er e di r o ne p o x ya n dc h l o r i n a t e dr u b b e ra n t i c o r r o s i v ep r i m e r s ， r e s p e c t i v e l y ．Us i n gs e r i e i t ea sas u b s t i t u t eo ft a l c u mp o w d e ri na n t i c o r r o s i v ep a i n t sc o u l di m p r o v e c o r r o s i o n r e s i s 。 t a n tp e r f o r m a n c eo ft h ea n t i e o r r o s i v ep a i n t s ，e c o n o m i z et h et r a d i t i o n a lm i n e r a lr e s o u r c e s ，e x t e n dt h ea p p l i a c a t i o no f t h em i n e r a lt a i l i n g s ．R e u t i l i z a t i o no ft h em i n e r a lt a i l i n g sc o u l db eh e l p f u lt or e d u c et h ep o l l u t i o na n dr e a l i z et h ec i r 。 c u l a t i n ge c o n o m yo fm i l lr u ni n d u s t r i e s ． K e yw o r d s t a i l i n g s ；s e r i c i t e ；a n t i c o r r o s i o n ；p r i m e r ，j ，。 a、氟靛君蝠哑 ⋯ 嘲 Ⅲ ⋯ ㈨ ㈨ 万方数据