沈阳理工大学毕业设计开题报告撰写要求

1
开题报告
题目名称 硅藻土超细粉磨与表面改性技术研究
题目来源 题目类型 导师姓名
学生姓名 班级学号 专 业
粉体材料科学与工程

具体内容（课题背景和意义、国内外研究现状、课题主要内容、课题研究方案、日程安排、参考文献）
一、选题背景和意义
硅藻土是由海洋或湖泊中生长的一种单细胞藻类的残骸在水底沉积，经自然环境作用水
底沉积一定厚度时逐渐形成的一种非金属矿物，广泛分布于温带和热带海区，是资源丰富的
非金属矿种之一。硅藻土矿产分布国家主要有美国、中国、俄罗斯、捷克和秘鲁等。美国探
明储量2.5亿吨，基础储量5亿吨，占世界第一位。我国硅藻土资源丰富，保有储量达3.9
亿吨，资源量在20亿吨以上，探明储量的矿区有354处，仅次于美国居世界第二位[1]。
白炭黑工业化生产始于上个世纪30年代，于40年代末开始作为橡胶的补强剂大规模使
用，并一直受到广泛关注。但由于白炭黑生产工艺复杂，成本较高，商品价格昂贵，因此需
要一种无机材料替代或部分替代白炭黑作为橡胶填料，并在保证橡胶性能的前提下，降低成
本，提高经济效益。改性硅藻土或将成为橡胶一种新的优质填料，替代或部分替代白炭黑在
天然橡胶、合成橡胶中的使用，以使胶料有较理想的硫化特性、良好的物理力学性能，又有
较好的补强作用[2]。硅藻土具有高的表面能和亲水疏油性，在有机基体中不易分散，与聚合
物基体之间的相容性差，因此需要对硅藻土进行表面改性。目前对硅藻土进行的表面改性多
是针对改善硅藻土的吸附性，用作污水处理方面，对硅藻土进行改性后用作橡胶补强剂的报
道则相对较少。
对硅藻土超细粉磨与表面改性的部分影响因素进行探究，为进一步研究改性硅藻土作橡
胶填料奠定了基础，这对实现硅藻土向深加工、高科技、高附加值方向的转变有重要的意义，
对提高经济效益也有着重要的借鉴意义。
二、国内外研究现状
改良硅藻土材料的基本途径之一是改变硅藻土表面特性，改变硅藻土的表面特性主要从
两方面入手，其一，改变硅藻土的粒径，增大其比表面，同时可以使其作为填料的时候更均
匀的分散开；其二，通过表面改性技术，对硅藻土的表面进行修饰，使硅藻土由亲水变为疏
水。廖经慧[3]等采用硬脂酸对硅藻土进行表面改性，将改性后的硅藻土替代白炭黑添加到天
然橡胶/丁苯橡胶混合物中，以探究其对橡胶增强性能的影响。通过对活化指数及在有机溶
液中的沉降时间等的测试，并结合Fourier红外光谱分析对硬脂酸改性硅藻土的效果和机理
2

进行分析研究，结果表明：硬脂酸的最佳用量为2.0%(质量分数)，改性后硅藻土的活化指数
为83.0%，在煤油中的沉降时间为5 min，硅藻土颗粒表面呈现一定的疏水性，并得出硬脂
酸与硅藻土颗粒的吸附方式为物理吸附；添加由2.0%硬脂酸改性的硅藻土后，作为填料加
入橡胶，所得橡胶制品的拉伸强度提高了14.1%，撕裂强度提高了17.8%，定伸应力提高了
40.0%，但扯断伸长率降低了14.1%。
一系列的研究证明，硅藻土的应用与其表面特性密切相关。关于开发硅藻土新用途及提
纯机理的研究较多，而关于硅藻土表面改性以及改性产品作为填料的相关研究则很少，而硅
藻土在橡胶填料方面有较大的应用空间，因此本文关于硅藻土表面改性的研究很有必要。
三、课题主要内容
1、主要研究内容
本课题以吉林临江一级硅藻土为原料，对其超细粉磨和表面改性进行研究。主要内容如
下：
1）硅藻土超细粉磨研究
以经机械擦洗、虹吸分级后的硅藻土原矿为入磨原料，制备硅藻土超细粉，主要研究磨
矿浓度、磨矿助剂用量、磨矿时间等因素对磨矿效果的影响，从而确定最佳超细粉磨工艺；
2）硅藻土超细粉表面改性研究
以硅藻土超细粉作为原料，对其进行表面改性，主要研究改性药剂用量、改性温度、改
性时间对改性效果的影响，确定最佳表面改性工艺，并对表面改性机理进行分析。
2、拟解决的关键技术问题
1）粉磨过程中助磨剂的选择以及磨矿工艺对硅藻土粉磨细度的影响规律的探究；
2）硅藻土超细粉表面改性药剂种类及其整个改性工艺的选择。
四、课题研究方案
1、拟采取试验方案
本课题拟采取的试验方案如下：
1）擦洗虹吸分级制备试验样品
每次处理1000g硅藻土原矿，将原矿先浸泡12h后擦洗，并置于容积为20L的塑料桶
内，加水至体积浓度小于10%，确定沉降高度，计算沉降时间，通过虹吸分级获得粒度合格
的产品。采用斯托克斯沉降公式计算沉降时间。
2）硅藻土超细粉磨研究
硅藻土粉磨量由磨机的尺寸型号及磨机介质的型号尺寸及介质量决定。通过查找相关的
计算方法可得到较为理想的处理量。将虹吸的沉沙产品烘干并缩分到所需的质量，采用立式
超细搅拌磨机对其进行粉磨条件试验。固定磨机的频率和球料比，分别改变磨矿浓度为50%、
3

60%、70%、80%，助磨剂用量为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，磨矿时间为10min、15min、
20min、25min、30min。采用马尔文激光粒度仪检测分析粉磨完成后产品的粒度。
3）硅藻土超细粉表面改性研究
采用超声波清洗器对硅藻土超细粉进行表面改性条件试验，采用接触角测量仪和活化指
数这两个指标表征改性效果，从而确定最佳表面改性工艺。
4）硅藻土超细粉表面改性机理分析
采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和红外光谱分析仪（IR）等现代
检测技术和仪器对改性前后的硅藻土超细粉进行表征，分析表面改性机理。
2、拟采取的技术路线图
本课题拟采取的试验工艺流程图如图1所示。

图1 试验工艺路线图
3、可行性分析
东北大学矿物工程研究所拥有小型实验室试验系统和扩大试验系统，破碎、磨矿、搅拌、
过滤等设备齐全，此外实验室还拥有各种常规的烘干设备、制样系统和化验装置，具备了本
课题研究的主要试验仪器设备。东北大学还拥有激光粒度分析仪、扫描电子显微镜、X射线
衍射仪、红外光谱仪等多种现代检测仪器。因此，本课题可行。
五、日程安排
本课题工作进度计划和日程安排如下表所示：

硅藻土超细
粉改性产品

虹吸粗粒产品 擦洗 虹吸分级 硅藻土
原 矿

虹吸细粒产品
(硅藻土超细粉)

抽滤烘干，筛分
后缩分取样
入磨矿样

加助磨剂，超细粉磨
考察磨矿浓度、助剂用量、磨
矿时间对磨矿效果的影
响

磨矿产品
(硅藻土超细粉)

硅藻土超细
粉改性产品

湿法改性，选择合适药剂后通
过活化指数、接触角考察改性
剂用量、改性温度、改性时间
对改性效果的影响
4

序号 阶段及内容 起止日期 阶段成果形式
1 查阅、收集相关文献资料
2 确定方案，工艺流程
3 擦洗虹吸试验 制备5kg沉沙干矿
4 硅藻土超细粉制备试验 制备硅藻土超细粉
5 硅藻土超细粉改性试验 确定最佳表面改性工艺
6 撰写毕业论文，准备答辩 毕业论文等文本资料
六、参考文献
[1]郑水林.非金属矿物材料[M].第5版.化学工业出版社，2007：26-28.
[2]姜玉芝，贾嵩阳.硅藻土的国内外开发应用现状及进展[J].有冶矿冶.2011，27(5)：
31-37.
[3]廖经慧，杜高翔.硬脂酸改性硅藻土及其对天然橡胶/丁苯橡胶增强性能的影响[J].硅
酸盐学报，2011，9(4)：641-645.

指导教师意见
指导教师(签字): 年 月 日
学院意见

学院院长(签字): 年 月 日
填表说明: 题目类型: 1、工程设计； 2、应用研究； 3、理论研究； 4、其它；（选1、2、3、4）。
题目来源: A、自拟课题； B、民用科研课题；C、国防科研课题；（选A、B、C）。
开题报告内容使用宋体小四字号。