东太平洋中国调查区粘土沉积物地球化学特征及应用研究

论文摘要

为了海洋粘土资源的合理有效利用，对东太平洋中国大洋调查区粘土沉积物进行了详细的矿物及地球化学特征研究。证实了大洋粘土沉积物具有成分组成复杂、富含集稀土元素和多种微量元素(个别样品La含量达到了工业指标要求)、粘土矿物含量高、颗粒组成细微、团聚差等特征。其中粘土矿物结晶差、形态不规则、结构缺陷多、八面体部分开放，由此导致大洋粘土活性高、吸附能力强，但白度低。大洋粘土沉积物的这种特殊的颗粒组成和特定的矿物结构为其后期的应用研究奠定了基础。采用悬浮扩散法将沉积物中的粘土进行了提纯，可使粘土矿物含量大于95％以上；采用酸溶氢气法使大洋粘土的白度提高了近50％；分别采用干法和湿法对大洋粘土进行了有机活化处理，提高了其在有机物中的分散性。针对大洋粘土的结构和成分特点设计了利用其制备白炭黑并回收氧化铝的工艺；利用沉淀法制备出了比表面积大于1000m~2／g的白炭黑，TEM显示内部有介孔存在；回收的晶态氧化铝达到了纳米级，非晶态氧化铝存模板剂作用下制成了介孔材料。优选了各个工艺过程的条件并探讨了各自的反应机理。

论文目录

• 内容提要
• 前言
• 一、选题意义及任务来源
• 二、海洋粘土沉积物的研究历史及发展现状
• 三、研究思路及主要技术方法
• 四、论文工作量
• 五、取得的主要成果
• 第1章 大洋粘土沉积物的地球化学特征
• 1.1 样品来源
• 1.2 粘土沉积物的矿物组成
• 1.2.1 FTIR分析
• 1.2.2 X-ray衍射分析
• 1.3 粘土沉积物的化学组成
• 1.3.1 常量化学成分特征
• 1.3.2 微量元素特点
• 1.3.3 稀土元素特征
• 1.4 粘土沉积物的物理化学性能特征
• 1.4.1 吸水率测定
• 1.4.2 白度测试
• 1.4.3 物化性能测试
• 1.5 粘土沉积物的结构分析
• 1.5.1 粒度分析
• 1.5.2 差热分析
• 1.5.3 微观形貌分析
• 1.5.4 X-ray衍射分析
• 小结
• 第2章 大洋粘土的提纯及增白
• 2.1 大洋粘土的提纯
• 2.1.1 提纯工艺
• 2.1.2 提纯效果
• 2.2 大洋粘土的增白
• 2.2.1 增白原理
• 2.2.2 影响粘土增白效果的因素
• 2.3 增白对粘土矿物的结构和性能影响
• 2.3.1 增白前后粘土矿物的结构分析
• 2.3.2 增白前后粘土的性能变化
• 小 结
• 第3章 大洋粘土的有机化活化
• 3.1 改性剂及方法的选择
• 3.1.1 表面改性剂种类
• 3.1.2 改性方法和工艺
• 3.1.3 效果预评价方法的选择
• 3.2 干法改性效果及影响因素
• 3.2.1 改性剂种类对改性效果的影响
• 3.2.2 改性时间对改性效果的影响
• 3.2.3 煅烧温度对改性效果的影响
• 3.2.4 改性剂用量对改性效果的影响
• 3.3 湿法改性效果及影响因素
• 3.3.1 浆液浓度的选择
• 3.3.2 改性时间的选择
• 3.3.3 改性剂用量对改性效果的影响
• 3.4 干法改性前后矿物的结构及性能变化
• 3.4.1 差热分析
• 3.4.2 X-ray衍射分析
• 3.4.3 红外光谱分析
• 3.4.4 比表面积测试
• 3.4.5 微观特征
• 3.5 湿法改性前后粘土性能及矿物结构变化
• 3.5.1 比表面积测试
• 3.5.2 X-ray衍射分析
• 3.5.3 红外光谱分析
• 3.6 改性机理探讨
• 3.6.1 I/S混层矿物的晶体学结构特征
• 3.6.2 偶联剂的结构及其与粘土矿物的作用机理
• 小结
• 第4章 大洋粘土制备纳米白炭黑
• 4.1 白炭黑的制备工艺
• 4.2 酸浸条件下铝的溶出及影响因素
• 4.2.1 理论酸用量的计算
• 4.2.2 固液比对铝溶出率的影响
• 4.2.3 酸用量对铝溶出率的影响
• 4.2.4 反应时间对铝溶出率的影响
• 4.2.5 粘土的热活化对铝溶出率的影响
• 4.3 碱熔条件下铝溶出率的影响因素
• 4.3.1 碱的理论用量计算
• 4.3.2 碱用量对铝溶出率的影响
• 4.3.3 熔融温度对对铝溶出率的影响
• 4.3.4 熔融时间对铝溶出率的影响
• 4.4 白炭黑的结构与影响因素
• 4.4.1 碱熔前后矿物结构的转变
• 4.4.2 碱熔产物的酸化制度对白炭黑结构的影响
• 4.4.3 分散剂种类对白炭黑结构的影响
• 4.5 白炭黑的性能与影响因素
• 4.5.1 明胶加入量对白炭黑比表面积的影响
• 4.5.2 陈化时间对白炭黑比表面积的影响
• 4.5.3 酸碱环境对白炭黑比表面积的影响
• 4.5.4 灼烧温度对白炭黑比表面积的影响
• 4.5.5 白炭黑的微观形态分析
• 4.6 白炭黑制备机理的探讨
• 4.6.1 碱破坏层硅酸盐结构
• 4.6.2 硅酸胶体的形成
• 4.6.3 明胶与硅酸胶体反应
• 4.6.4 白炭黑结构的形成
• 小结
• 第5章 废液处理与氧化铝回收
• 5.1 氧化铝的回收原理及工艺流程
• 3+、Fe³⁺、Mg²⁺沉淀'>5.1.1 溶液中的Al³⁺、Fe³⁺、Mg²⁺沉淀
• 3沉淀的重新溶解'>5.1.2 Al（OH）₃沉淀的重新溶解
• 2^-的碳酸化'>5.1.3 AlO₂^-的碳酸化
• 3沉淀的煅烧'>5.1.4 Al（OH）₃沉淀的煅烧
• 5.2 晶态纳米氧化铝的结构分析
• 5.2.1 红外光谱分析
• 5.2.2 X-射线衍射分析
• 5.2.3 SEM分析
• 5.3 介孔氧化铝的制备和表征
• 5.3.1 介孔氧化铝的制备
• 5.3.2 介孔氧化铝的结构测试
• 5.3.3 介孔氧化铝的性能及影响因素
• 5.3.4 介孔氧化铝的制备机理
• 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻博期间发表的学术论文
• 致谢
• 导师及作者简介
• 摘要
• Abstract