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1、HA型粘结剂芳构化的研究第3期2003年6月矿产综合利用MultipurposeUtilizationofMineralResourcesNO.3Jun.2003HA型粘结剂芳构化的研究刘国根,邱冠周,孟永强(中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室,湖南长沙410083)摘要:利用红外光谱,电子自旋共振波谱,核磁共振波谱等现代测试技术对HA型粘结剂分子的结构进行了系统的研究.结果表明:粘结剂分子的芳构化程度对其性能的影响较大,芳构化程度较高的粘结剂性能较好,这将为粘结剂的研究与开发提供有力帮助.关键词;红外光谱;电子自旋共
2、振;核磁共振;粘结剂;芳构化中图分类号:TF046.6文献标识码:A文章编号:1000—6532(2003)03—0024—04HA型粘结剂是一类来源十分广泛且应用前景看好的球团粘结剂.但是,对其分子结构的研究报道不多,文献[1]仅对其分子的侧链有过简单的描述,称其存在一C0OH,一OH等活性基团.本文利用现代测试技术对其分子的芳构化进行了系统研究,以便为粘结剂粘结机理的研究和粘结剂的筛选提供理论依据.1实验1.1样品制备称取30gila型复合粘结剂于烧杯中,加30Ore[,水,加热,搅拌溶解,离心分离,弃渣,将溶液烘干,得腐植酸
3、钠样品.取部分上述腐植酸钠样品,加水溶解,用5的稀盐酸酸析至pH4"~5,抽滤,烘干,得腐植酸.1.2元素分析试验方法称取腐植酸钠少许,在PE24OOCHN元素分析仪的氧气流中燃烧,由吸水剂,二氧化碳吸收剂的增重可计算氢,碳的含量.1.3ESR波谱试验方法将腐植酸钠样品装人试样管并注意使样品所装高度大致相同(约2cm)置于ESR波谱仪共振腔中,选择合适的仪器参数:磁场范围(3.360士1.ooo)×lO～T,调制宽度6.3×1OT,响应时间0.3s,扫描时问4min,微波功率4mw,在室温下记录ESR信号,测试后将样品倒出,称重,
4、计算.1.4红外光谱试验方法取溴化钾载体约100mg,置于玛瑙乳钵中,加入少许腐植酸钠样品(样品与载体的质量比为1;lOO),充分磨细,混匀,装模,将装好样品粉末的模具置于压片机上抽真空2min,然后加压至90000N/cm.,受压10min,把样品压制成0.1～1.0ram厚的透明薄片,用样品架固定薄片,置于红外光谱仪的样品室进行测试.1.5核磁共振试验方法取少许腐植酸样品置于样品管中.加人氘代二甲亚基砜(DMS0一d)溶剂,溶解(必要时可加热助溶),放人AC一8O型核磁共振波谱仪的探头部位进行测试.收稿日期:2002—07—0
5、8基金项目:国家教育部跨世纪人才基金资助项目作者简介:刘国根(1963一),男,工学博士,中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室副主任,副教授,主要从事矿物加工工程方面的研究工作.第3期刘国根等:HA型粘结剂芳构化的研究?25?2结果与讨论2.1碳氢原子数比与粘结剂性能的关系HA型粘结剂的主要粘结成分为腐植酸钠,在腐植酸钠分子中,除钠以外,主要组成元素为碳,氢,氧,样品中碳氢元素的含量见表1所示.虽然碳氢含量与粘结剂性能的关系不呈规律,但碳氢原子数比(C/H)与粘结剂的性能(本文用"粘度"来表征)一般均有对应关系,即C/H
6、大者,性能较好;C/H小者,性能较差.这是因为碳氢原子数比的大小标识着物质的芳构化(所谓芳构化就是苯环的缩合)程度,碳氢原子数比大,标识着芳构化程度高;碳氢原子数比小,标识着芳构化程度低.芳构化程度的高低直接影响甚至决定粘结剂的性能,芳构化程度高的粘结剂其分子必然大,所以粘结剂性能好;相反,芳构化程度低的粘结剂,其分子相应的要小些,所以性能也差些.然含有大量的自由基,但是不同的粘结剂,其ESR波谱的线宽及自旋浓度有所不同,而其g因子则十分接近.图1是两种粘结剂的ESR波谱图,粘结剂的ESR波谱参数与其性能列于表2.H厂r图1粘结剂
7、的ESR波谱a.黑龙江1.b.南宁表2粘结剂的ESR波谱参数表1粘结剂主要元素组成与其性能的关系与粘结剂性能的关系2.2粘结剂的电子自旋共振波谱煤中含有大量的顺磁性物质——自由基,煤加碱抽提所得粘结剂中的腐植酸钠仍粘结剂g值/×A1.H一'TN数g/.g自-旋111P/a10.-sg因子又称g值,它决定了ESR波谱中谱线的位置.从理论上讲g值反映自旋轨道干扰程度的一个直接因素,粘结剂的g值都?26?矿产综合利用接近于g(见表2),这是由于粘结剂中自由基的不配对电子在一个高度非局部区域化的轨道上运动,即分子中的不配对电子并不被束缚在
8、某一个原子核的轨道上,而是可以在几个核的轨道上运动,所以其自旋轨道耦合很弱,可以认为是自由自旋.自旋浓度(Ng)或自旋强度是表达顺磁中心含量的一种参数,其计算方法是在相同测试条件下,比较试样和顺磁标样的峰面积求得[2],各种粘结剂的自旋浓度列于表2
