0L:10133745sm0010x200L04.001 第23卷第4期 北京科技大学学报 Vol.23 No.4 2001年8月 Journal of Untversity of Science and Technology Beijing Ang.2001 改性煤系煅烧高岭土晶化焙烧产品分析测试 林海 宋存义金龙哲 徐玉琴 陆爱军 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要运用SEM,TEM,XRD等对改性煤系煅烧高岭土晶化焙烧产品进行了测试，分析了晶 化焙烧工艺所带来的改性煤系煅烧高岭土超细颗粒性能的变化.例如，基体颗粒表面水合二氧 化钛由非晶态转化为晶态，膜覆包均匀等.最终产品可以作为钛白粉的替代品 关键词改性煤系煅烧高岭土：品化焙烧；性能测试：钛白粉代用品 分类号TD8372:TQ134.11 煤系高岭士是一种重要的非金属矿物资 型，可对Na以上元素进行定性和半定量分析. 源，通过煅烧、超细粉碎和表面改性可使其使用 在透射电镜下能直观、形象地观测到晶化焙烧 功能和应用价值显著提高.超细煤系煅烧高岭 产品颗粒中基体、二氧化钛膜的形态、膜的厚 土颗粒表面包覆一层水合二氧化钛经过晶化焙 度，并对基体、二氧化钛膜是否结晶进行判断，同 烧后可制备出一种新型矿物复合材料一钛白 时能测定其中的成分和含量，由此可以形象、直 粉代用品四 观、定量地判定晶化焙烧的效果. 采用日本理学D/MAX.RC型X射线衍射仪 1测试仪器与方法 XRD)对样品进行测试，试验采用铜靶，电压50 采用英国剑桥S250MK3型扫描电镜观察 kV,电流50mA.通过得出的X射线衍射谱图和 粉体颗粒形貌，用标尺得出粉体颗粒粒度的大 衍射强度与标准样品的谱图和强度对比，即可 致分布.与扫描电镜配套的Link AN10000型能 得出所测粉体的结晶程度. 谱仪可以对Na以上元素进行定性、定量分析， 2测试与分析结果 输出所测试物料颗粒表面各元素的能谱图、各 元素相对质量分数和原子分数. 2.1SEM分析 对最佳晶化焙烧条件下的晶化焙烧产品用 SEM分析的目的在于了解改性产物晶化焙 “超细颗粒离子剪薄法”专利技术制备了透射电 烧后基体表面二氧化钛的包覆情况以及基体表 镜测试样品，并进行了透射电镜测试分析.所用 面物质成分变化情况.改性产品晶化焙烧后的 透射电镜为日本日立H800型，其分辨率为 SEM照片和Ti在基体表面包覆情况示于图1， 0.204m,与之相配套的能谱仪为PV9100/75 其能谱分析示于图2.结果显示，改性产品晶化 布 20y501s 图1最签产品的SEM照片(a和T在基体表面分布情况b) Fig.1 SEM of the product and distribution of Ti on the ultra-fine calcined coal kaolin 收稿日期2001-02-10林海刀，35岁，副教授，博士 *画家自然科学基金资助项目0No.5970400)
DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2001．04．004
Vol.23 No.4 林海等：攻性煤系饭烧高岭土晶化培烧产品分析测试 303- 图5和图6分别为最终产品核、膜的透射电 镜电子衍射图；图7和图8为与之对应的能谱 Si 2229老23 Ti 图2最终产品的SEM能谱分析图 Fig.2 Energy spectrum of the product by SEM 焙烧后，基体表面钛分布均匀，这是由于基体表 图5核的远射电镜电子衍射照片 面包覆的水合二氧化钛脱水结晶以及晶粒长大 Fig.5 Electronic difTraction photo of the basal body by 所致.同时从能谱分析图可知，与未焙烧改性产 TEM 品相比网，基体表面已不存在S元素，说明晶化 焙烧过程脱除有害杂质S很完全， 2.2TEM分析 图3为最终产品的透射电镜照片，图4为基 体与膜界面局布放大照片.可以明显地看出，改 性产品晶化焙烧后，在基体颗粒表面包覆的均 匀、致密的二氧化钛膜与基体之间结合紧密，膜 的厚度为150nm. 图6膜的透射电镜电子衍射照片 Fig.6 Electronic diffraction photo of the coating film by TEM 250nm 图3最终产品的透射电镜照片 Fig.3 TEM of the product 图7核的透射电镜能谱分析留 Fig.7 Energy spectrum of the basal body by TEM Ti 100nm 图4基体与膜界面局部放大照片 Fig.4 TEM of the boundary between the basal body and 图8膜的透射电镜能谱分析图 coating film Fig.8 Energy spectrum of the coating film by TEM
·304· 北京科技大学学报 2001年第4期 分析图.结果显示，基体核为晶态，主要成分为 改性产品经晶化焙烧后，结晶好，已转化为金红 Al,Si,膜为晶态，成分为Ti,说明改性产品经晶 石晶型. 化焙烧后基体表面水合二氧化钛膜由非晶态转 图10为硫酸氧钛单独水解产物水合二氧 变为晶态，亦即发生了晶型转化 化钛晶化焙烧后的XRD测试结果图.结果表 23XRD分析桥 明，硫酸氧钛单独水解产物在此条件下晶型转 图9所示为最终产品的XRD测试结果图； 化很完全，全部转变为金红石型，其转化率为 结果表明，改性产品焙烧后在d3.252,2.491, 100%.而在图9中出现了极其微弱的锐钛型衍 2.190,1.689,1.625m处出现了强而尖锐的衍射 射峰(d-3.52nm处)，由此说明基体对其表面水 峰，该衍射峰为金红石晶型的特征峰，与之对应 合二氧化钛晶型转化有一定的抑制作用. 的晶面为(110)，(101)，(111)，(211)，(220).由此说明 6.00 5.00 落 嚣 个 号3.0 e 2.50 N 落 550.2 N 2681 2622 4.00 20.00 40.00 64.00 3.00 20.00 40.00 64.00 28r) 281) 图9最备产品的XRD图 图10水解产物焙烧后的XRD图 Fl2.9 XRD of the product Fig.10 XRD of roasted pure hydrate TiO, 3 结语 (3)提出了超细颗粒表面包覆效果的测试与 分析方法. (1)改性煤系煅烧高岭土晶化焙烧后，基体 颗粒表面水合二氧化钛膜由非晶态转化为晶 参考文献 态，膜包覆均匀，膜与基体颗粒间结合紧密，膜 1林海。超细煤系煅烧高岭土颗粒的物理化学性质与 的厚度为150nm,膜的晶型结构为金红石. 表面改性.北京科技大学学报，1999,21(6：516 2林海.超细非金属矿物颗粒表面的无机化改性，矿产 (②)超细煤系煅烧高岭土经改性和晶化焙烧 综合利用，1999（⑥：42 后的最终产品具有钛白粉的性能特征，可以作 3林海.超细煤系煅烧高岭土颗粒表面包覆二氧化钛 为钛白粉的替代品 膜的工艺研究.中国矿业，2000,4)61 Testing and Analysing for the Product of Crystallization Roasting the Surface Modificated Coal Kaolin Powder LIN Hat,SONG Cunyi,JIN Longzhe,XU Yuqing,LU AiJun Civil and Envrronmental Engineering School,UST Beijing,Beijing 10008 hina ABSTRACT The product of crystallization roasting the surface modificated coal kaolin was tested by SEM, TEM and XRD.The performance changing of the surface modificated ultra-fine calcined coal kaolin was anal- ysed from the process of crystallization roasting.For example the hydrate TiO,film on the surface of the basal body particle is turned non-crystal into crystal.The coating film is well-distribufed. KEY WORDS ultra-fine calcined coal kaolin;crystallization rosting,performance testing;substitute of Tit- anium dioxide
北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 分析图 结果显示 ， 基体核为 晶态 ， 主要成分为 ， ， 膜为 晶态 ， 成分为 ， 说明改性产 品经 晶 化焙烧后基体表面水合二氧化铁膜 由非晶态转 变为晶态 ， 亦 即发生 了 晶型转化 分析 图 所示为最终产品的 测试结果图 结果表明 ， 改性产品焙烧后在 ‘ ， ， ， ， 处出现了强而尖锐的衍射 峰 ， 该衍射峰为金红石晶型 的特征峰 ， 与之对应 的晶面为 ， ， ， ， 由此说明 改性产品经晶化焙烧后 ， 结晶好 ， 已转化为金红 石 晶型 图 为硫酸氧钦单独水解产物水合二氧 化钦 晶化焙烧后 的 测试结果 图 结果表 明 ， 硫酸氧钦单独水解产物在此条件下 晶型转 化很完全 ， 全部转变为金红石型 ， 其转化率为 而在 图 中出现 了极其微弱 的锐钦型衍 射峰 户 处 ， 由此说明基体对其表面水 合二氧化钦 晶型转化有一定的抑制作用 州寸叫 呼叫州 工 的 凶 叫 人寸 ‘ 州哟 啥工 备卜 问霉 闪价出 问寸 冷州 州 州娇 仗一州 价 刘吧 圈 ， 终产晶的 圈 州卜， 阮 圈 水解产物烙烧后的 圈 啥 。 时 妙 ， 结语 改性煤系缎烧高岭土 晶化焙烧后 ， 基体 颗粒表 面 水合二氧化钦膜 由非 晶态 转化 为 晶 态 ， 膜包覆均匀 ， 膜与基体颗粒间结合紧密 ， 膜 的厚度 为 ， 膜 的晶型结构为金红石 超细煤系缎烧高岭土经改性和 晶化焙烧 后 的最终产 品具有钦 白粉的性能特征 ， 可 以作 为钦 白粉 的替代品 提出了超细颖粒表面包覆效果的测试与 分析方法 参 考 文 橄 林海 超细煤系锻烧高岭土顺粒的物理化学性质与 表面改性 北京科技大学学报 ， ， 林海 超细非金属矿物顺粒表面的无机化改性 矿产 综合利用 ， 望姆 林海 超细煤系级烧高岭土顺粒表面包扭二氧化铁 膜的工艺研究 中国矿业 ， 的 ，州 由 乙刀 ， 口 ， 口侧夕从 才 盆幅 山 咖 ， 氏 咯 吨 口阅 无访 由‘ 五 如 血 ， 以五五 的记 川仕 困吐 别叮 由忍比 仇 币那 勿 叭 叮 】 恤 叫为 杠妞石此 诫 如。 去眺 ， 讲娜阮 加 印旧切