鋰輝石礦渣的循環(huán)利用及其復(fù)合材料的制備.pdf

1、鋰輝石礦渣是工業(yè)上利用鋰輝石礦提取碳酸鋰（主要應(yīng)用于光伏產(chǎn)業(yè)）后產(chǎn)生的工業(yè)固體廢渣。隨著環(huán)境保護(hù)形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，對(duì)于工業(yè)和生活廢物的二次利用就顯得愈發(fā)重要。鋰輝石礦主要分布于澳大利亞，中國(guó)，美國(guó)，加拿大和巴西。對(duì)于這些國(guó)家，鋰輝石礦渣不但堆放占地，要人管理，且易隨刮風(fēng)下雨流失，進(jìn)而導(dǎo)致污染環(huán)境，危害農(nóng)田。因此如何處理鋰輝石礦渣成了急需解決的問(wèn)題。目前針對(duì)鋰輝石礦渣的主要處理途徑有:與水泥復(fù)合成為混凝土或者與其它硅酸鹽復(fù)合制備強(qiáng)化陶瓷。但是

2、這些途徑對(duì)于鋰輝石礦渣的回收利用量有限，無(wú)法最大限度地解決環(huán)境問(wèn)題，并且商業(yè)附加值低。對(duì)鋰輝石礦渣進(jìn)行處理改性后和高分子復(fù)合，則能夠?yàn)殇囕x石礦渣的回收利用提供額外的途徑。
　　本文先采用熔融共混的方法制備得到聚乳酸(PLA)/鋰輝石礦渣復(fù)合材料和熱塑性聚酯彈性體(TPEE)/鋰輝石礦渣復(fù)合材料，然后進(jìn)一步對(duì)鋰輝石礦渣進(jìn)行不同的化學(xué)改性，提升鋰輝石礦渣的增強(qiáng)效果。隨后利用形貌表征、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析、流變學(xué)等多種表征手段研究了復(fù)合材料的結(jié)

3、構(gòu)與性能，通過(guò)結(jié)晶動(dòng)力學(xué)、粘彈性理論和力學(xué)模型描述了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。
　　(1)將鋰輝石礦渣進(jìn)行堿處理，提取出礦渣之中二氧化硅，并制備得到無(wú)定形的二氧化硅納米粒子，與PLA熔融共混制備得到復(fù)合材料，并與未改性的微米級(jí)鋰輝石礦渣填充的PLA復(fù)合材料進(jìn)行了形態(tài)與性能的比較。結(jié)果表明未改性的鋰輝石礦渣可以增加PLA的楊氏模量的同時(shí)不降低拉伸強(qiáng)度，起到了良好的惰性填充劑的作用。而經(jīng)過(guò)化學(xué)處理后的納米級(jí)鋰輝石礦渣既可以增加PLA

4、的楊氏模量，又可以大幅提升其拉伸強(qiáng)度，起到了活性增強(qiáng)劑的作用。
　　(2)利用聚乙二醇(PEG)對(duì)鋰輝石礦渣進(jìn)行表面改性，并通過(guò)熔融共混制備了鋰輝石礦渣/TPEE復(fù)合材料和PEG改性的鋰輝石礦渣/TPEE復(fù)合材料。利用原子力顯微鏡(AFM)、差示掃描量熱儀(DSC)和萬(wàn)能電子拉力機(jī)測(cè)試得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，表明純TPEE中硬段部分以納米級(jí)的晶粒均勻的分布在軟段之中，而鋰輝石礦渣和PEG改性的鋰輝石礦渣的加入對(duì)TPEE中的硬段部分都起

5、到了異相成核作用，楊氏模量和屈服強(qiáng)度都得到了增加，而硬段晶粒和PEG改性的鋰輝石礦渣結(jié)合得更加牢固，使得復(fù)合材料中的“滾珠效應(yīng)”降低，在相同的填充量下，其復(fù)合材料的楊氏模量和屈服強(qiáng)度更高，起到了更好的增強(qiáng)作用。
　　(3)將石墨烯和鋰輝石礦渣通過(guò)化學(xué)改性制得復(fù)合材料，利用XPS（X射線光電子能譜）深入分析了復(fù)合材料化學(xué)鍵的組成，并且利用AFM表征了鋰輝石礦渣/石墨烯復(fù)合材料的微觀形貌，表明了石墨烯和鋰輝石礦渣發(fā)生了化學(xué)鍵合，并且石