CN101804992A

CN101804992A - 由膨润土制取超细硅酸铝的方法

Info

Publication number: CN101804992A
Application number: CN201010168922A
Authority: CN
Inventors: 傅建萍; 于少明; 金立新; 傅建彬; 陈国顺
Original assignee: Huangshan Jiajia Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Huangshan Jiajia Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2030-05-12
Also published as: CN101804992B

Abstract

一种由膨润土制取超细硅酸铝的方法，以膨润土矿粉为原料，包括酸浸、净化、碱浸、合成、洗涤和干燥步骤。所述的酸浸是按膨润土矿粉和酸液重量比为1∶2.5～5.5加入酸液，在80～105℃温度下反应2～6小时；所述的净化是将所述酸浸滤液用氢氧化钠溶液调pH值为3～4后，再加入重量比为0.7∶1的高锰酸钾和硫酸锰，其加入量为酸浸滤液重量的1％～3％，处理得铝盐溶液；所述的碱浸是在所述酸浸滤饼中按酸浸滤饼和氢氧化钠溶液重量比为1∶2.5～5.0加入氢氧化钠溶液，在沸点温度以下，反应得水玻璃。所述的合成是将所述铝盐溶液与水玻璃溶液反应，经分离、洗涤、干燥即得超细硅酸铝。具有生产成本低、能耗低、经济效益好的特点。

Description

由膨润土制取超细硅酸铝的方法

技术领域

本发明涉及膨润土深加工综合利用及无机盐制备的技术领域，更具体地说是涉及一种以膨润土为原料制取超细硅酸铝的方法。

背景技术

膨润土是一种含铝硅酸盐矿物，其主要矿物成分是蒙脱石，化学式为Al₂O₃·4SiO₂·3H₂O。天然膨润土中除含铝和硅外，还含有少量的Na₂O、K₂O、CaO、MgO、Fe₂O₃等组分。我国膨润土矿产资源十分丰富，探明储量位于世界前列，是一种有较大综合开发利用价值的矿产资源。

超细硅酸铝是一种人工合成的新型功能型硅酸盐产品，具有颗粒细、悬浮性好、白度高等特点。作为功能性助剂，其可广泛用于环保水性建筑涂料、油墨、塑料、橡胶、皮革、印染、造纸等领域。将超细硅酸铝代替钛白粉加入到室内、外建筑涂料中，不仅具有钛白增效作用，降低涂料成本，而且可明显改进产品性能。掺有超细硅酸铝的农用塑料薄膜，可改善其透光性，增加农作物的光合作用强度，从而可使农作物产量提高约8-20％。超细硅酸铝应用于造纸工业中，可明显增加纸张的白度，改善产品的外观及其使用寿命。目前，工业上生产超细硅酸铝的方法主要是采用硫酸铝和水玻璃为原料经合成、熟化、干燥等工序制得，存在生产成本较高、能耗较高等不足。

迄今尚未见有用膨润土为原料制取超细硅酸铝方法的相关报导。，

发明内容

本发明的目的是提供一种由膨润土制取超细硅酸铝的方法，克服上述现有技术所存在的不足之处。具有生产成本低、能耗低、经济效益好的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种由膨润土制取超细硅酸铝的方法，以膨润土矿粉为原料，包括酸浸、净化、碱浸、合成、洗涤和干燥步骤，其特征在于：

所述的酸浸是在粒度小于100μm的膨润土矿粉中，按膨润土矿粉和酸液重量比为1∶2.5～5.0加入浓度为15～60wt％的酸液，在80～105℃温度下反应2～6小时后，过滤得酸浸滤饼和酸浸滤液，将所述酸浸滤饼用清水洗涤至中性；所述的酸液选自硫酸或盐酸；

所述的净化是将所述酸浸滤液用氢氧化钠溶液调pH值为3～4后，再加入重量比为0.7∶1的高锰酸钾和硫酸锰，其加入量为酸浸滤液重量的1％～3％，反应至溶液中的铁离子全部沉淀后过滤，所得滤液为铝盐溶液；

所述的碱浸是在所述酸浸滤饼中按酸浸滤饼与氢氧化钠溶液重量比为1∶2.5～5.0加入浓度为6％～30wt％的氢氧化钠溶液，在沸点温度以下，并且不低于60℃的温度条件下反应0.5～2小时后趁热过滤，所得滤液为水玻璃；为降低产品水玻璃的色度，在碱浸操作过程中加入适量的过氧化氢溶液；

所述的合成反应是将所述铝盐溶液配制成铝的浓度为5～10g/L的溶液A，将所述水玻璃溶液配制成二氧化硅浓度为90～120g/L的溶液B，按摩尔比SiO₂∶Al₂O₃为11～13.5∶1将B溶液缓慢地加入到A溶液中，在40～100℃的温度条件下搅拌反应10～60分钟后熟化1～2小时，再经分离、洗涤、干燥即得超细硅酸铝。

本发明方法各步骤反应方程式为：

a、膨润土的酸浸(以硫酸为例)

Al₂O₃·4SiO₂·3H₂O+H₂SO₄+H₂O→SiO₂·nH₂O+Al₂(SO₄)₃

Fe₂O₃+H₂SO₄→Fe₂(SO₄)₃+H₂O

b、膨润土酸浸滤液及洗液的净化

Fe₂(SO₄)₃+NaOH→Fe(OH)₃↓+Na₂SO₄

c、膨润土酸浸滤饼的碱浸

SiO₂·nH₂O+NaOH→Na₂O·nSiO₂+H₂O

d、超细硅酸铝的制备

Al₂(SO₄)₃+Na₂O·nSiO₂+H₂O→Na₂O·Al₂O₃·mSiO₂·nH₂O+Na₂SO₄

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明方法生产超细硅酸铝，充分利用了膨润土中的氧化铝、二氧化硅等有用成分，生产工艺是闭路循环，基本无三废排放。

2、本发明方法生产超细硅酸铝所需的氧化铝、二氧化硅均来自于膨润土矿，无需采用其它工业原料，可使其生产成本得到有效降低。

3、本发明方法中生产水玻璃的能耗，较之目前工业生产中广泛采用的由石英砂为原料生产时的能耗得到显著降低。

下面通过具体实施例来进一步说明本发明。

具体实施方式

本发明的实施例按如下过程进行：

步骤1：膨润土的酸浸

在粒度小于100μm的膨润土粉矿中，按膨润土矿粉和酸液重量比为1∶2.5～5.5加入浓度为15～60wt％的酸液，在80～105℃温度下反应2～6小时后，过滤得酸浸滤饼和酸浸滤液，将所述酸浸滤饼用清水洗涤至中性，分别收集酸浸滤饼、酸浸滤液和洗液；

步骤2：膨润土酸浸滤液及洗液的净化

将步骤1所得酸浸滤液和洗液混合后，加入重量百分比浓度为5％-30％的氢氧化钠溶液，使酸浸溶液的pH值为3-4；再向酸浸溶液中加入重量比为0.7∶1的高锰酸钾和硫酸锰，其加入量为酸浸滤液重量的1％～3％，室温下搅拌反应0.5-2小时，使酸浸溶液中的铁离子全部沉淀，过滤，将滤饼用清水洗涤至无硫酸根离子或氯离子；酸浸滤液及洗液合并为即得硫酸铝或氯化铝溶液；滤饼中主要含有二氧化锰和氢氧化铁，可以进行回收利用。

步骤3：膨润土酸浸滤饼的碱浸

在步骤1所得酸浸滤饼中，按酸浸滤饼和氢氧化钠重量比为1∶2.5～5.0加入重量百分比浓度为6％～30％的氢氧化钠溶液，同时加入重量百分比浓度为30％的过氧化氢溶液，其加入量为酸浸滤饼重量的4％～6％；在沸点温度以下、并且不低于60℃的温度条件下加热搅拌反应0.5～2小时，再趁热过滤，所得滤液为备用水玻璃；所得滤饼主要含有未反应的膨润土，洗净后可返回至酸浸反应中。

步骤4：合成反应制备超细硅酸铝

将步骤2所得硫酸铝或氯化铝溶液配制成铝浓度为5～15g/L的溶液(A)，将步骤3所得水玻璃溶液配制成二氧化硅浓度为90～120g/L的溶液(B)，按摩尔比SiO₂∶Al₂O₃为11～13.5∶1将B溶液缓慢地加入到A溶液中，在40～100℃的温度条件下搅拌反应10～60分钟，再熟化1～2小时，然后过滤；将滤饼洗涤至无SO₄ ^2-离子(或氯离子)，并在105℃-115℃下干燥至含水率不大于5％，得超细硅酸铝产品。

实施例1，超细硅酸铝的制备，本实施例按如下步骤进行：

1、在粒度为30μm的膨润土粉矿中，按膨润土矿粉和酸液重量比为1∶2.5加入浓度为55wt％的硫酸溶液，在105℃温度下反应2.5小时后，过滤得酸浸滤饼和酸浸滤液，将所述酸浸滤饼用清水洗涤至中性，分别收集酸浸滤饼、酸浸滤液和洗液；

2、将步骤1所得酸浸滤液和洗液混合后，加入重量百分比浓度为6％的氢氧化钠溶液，使溶液的pH值为3.2；再向溶液中加入重量比为0.7∶1的高锰酸钾和硫酸锰，其加入量为滤液重量的1.2％，室温下搅拌反应2小时，使溶液中的铁离子全部沉淀，过滤，将滤饼用清水洗涤至无硫酸根离子；滤液及洗液合并为即得硫酸铝溶液；滤饼中主要含有二氧化锰和氢氧化铁，可以进行回收利用。

3、在步骤1所得酸浸滤饼中，按酸浸滤饼和氢氧化钠重量比为1∶2.5加入重量百分比浓度为28％的氢氧化钠溶液，同时加入重量百分浓度为30％的过氧化氢溶液，其加入量为酸浸滤饼重量的4.2％；在80℃的温度条件下加热搅拌反应2小时，再趁热过滤，所得滤液为备用水玻璃；所得滤饼主要含有未反应的膨润土，洗净后可返回至酸浸反应中。

4、将步骤2所得硫酸铝溶液配制成铝浓度为6g/L的溶液(A)，将步骤3所得水玻璃溶液配制成二氧化硅浓度为120g/L的溶液(B)，按摩尔比SiO₂∶Al₂O₃为11.5∶1将B溶液缓慢地加入到A溶液中，在95℃的温度条件下搅拌反应10分钟，再熟化2小时，然后过滤；将滤饼洗涤至无SO₄ ^2-离子，并在105℃下干燥至含水率不大于5％，得质量合格的超细硅酸铝产品。

实施例2，超细硅酸铝的制备，本实施例按如下步骤进行：

1、在粒度为75μm的膨润土粉矿中，按膨润土矿粉和酸液重量比为1∶5.5加入浓度为18wt％的盐酸溶液，在85℃温度下反应5小时后，过滤得酸浸滤饼和酸浸滤液，将所述酸浸滤饼用清水洗涤至中性，分别收集酸浸滤饼、酸浸滤液和洗液；

2、将步骤1所得酸浸滤液和洗液混合后，加入重量百分比浓度为28％的氢氧化钠溶液，使溶液的pH值为4；再向溶液中加入重量比为0.7∶1的高锰酸钾和硫酸锰，其加入量为滤液重量的3％，室温下搅拌反应0.5小时，使溶液中的铁离子全部沉淀，过滤，将滤饼用清水洗涤至无氯离子；滤液及洗液合并为即得氯化铝溶液；滤饼中主要含有二氧化锰和氢氧化铁，可以进行回收利用。

3、在步骤1所得酸浸滤饼中，按酸浸滤饼和氢氧化钠重量比为1∶5加入重量百分比浓度为8％的氢氧化钠溶液，同时加入重量百分浓度为30％的过氧化氢溶液，其加入量为酸浸滤饼重量的6％；在100℃的温度条件下加热搅拌反应0.5小时，再趁热过滤，所得滤液为备用水玻璃；所得滤饼主要含有未反应的膨润土，洗净后可返回至酸浸反应中。

4、将步骤2所得氯化铝溶液配制成铝浓度为15g/L的溶液(A)，将步骤3所得水玻璃溶液配制成二氧化硅浓度为90g/L的溶液(B)，按摩尔比SiO₂∶Al₂O₃为13.5∶1将B溶液缓慢地加入到A溶液中，在45℃的温度条件下搅拌反应60分钟，再熟化1小时，然后过滤；将滤饼洗涤至无氯离子，并在115℃下干燥至含水率不大于5％，得质量合格的超细硅酸铝产品。

实施例3，超细硅酸铝的制备，本实施例按如下步骤进行：

1、在粒度为50μm的膨润土粉矿中，按膨润土矿粉和酸液重量比为1∶4加入浓度为40wt％的硫酸溶液，在95℃温度下反应4小时后，过滤得酸浸滤饼和酸浸滤液，将所述酸浸滤饼用清水洗涤至中性，分别收集酸浸滤饼、酸浸滤液和洗液；

2、将步骤1所得酸浸滤液和洗液混合后，加入重量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液，使溶液的pH值为3.5；再向溶液中加入重量比为0.7∶1的高锰酸钾和硫酸锰，其加入量为滤液重量的2％，室温下搅拌反应1小时，使溶液中的铁离子全部沉淀，过滤，将滤饼用清水洗涤至无硫酸根离子；滤液及洗液合并为即得硫酸铝溶液；滤饼中主要含有二氧化锰和氢氧化铁，可以进行回收利用。

3、在步骤1所得酸浸滤饼中，按酸浸滤饼和氢氧化钠重量比为1∶3.5加入重量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液，同时加入重量百分浓度为30％的过氧化氢溶液，其加入量为酸浸滤饼重量的5％；在80℃的温度条件下加热搅拌反应1小时，再趁热过滤，所得滤液为备用水玻璃；所得滤饼主要含有未反应的膨润土，洗净后可返回至酸浸反应中。

4、将步骤2所得硫酸铝溶液配制成铝浓度为10g/L的溶液(A)，将步骤3所得水玻璃溶液配制成二氧化硅浓度为105g/L的溶液(B)，按摩尔比SiO₂∶Al₂O₃为12∶1将B溶液缓慢地加入到A溶液中，在65℃的温度条件下搅拌反应30分钟，再熟化1.5小时，然后过滤；将滤饼洗涤至无SO₄ ^2-离子，并在110℃下干燥至含水率不大于5％，得质量合格的超细硅酸铝产品。

Claims

1.一种由膨润土制取超细硅酸铝的方法，以膨润土矿粉为原料，包括酸浸、净化、碱浸、合成、洗涤和干燥步骤；其特征在于：

所述的酸浸是在粒度小于100μm的膨润土矿粉中，按膨润土矿粉和酸液重量比为1∶2.5～5.5加入浓度为15～60wt％的酸液，在80～105℃温度下反应2～6小时后，过滤得酸浸滤饼和酸浸滤液，将所述酸浸滤饼用清水洗涤至中性；所述的酸液选自硫酸或盐酸；

所述的碱浸是在所述酸浸滤饼中按酸浸滤饼和氢氧化钠溶液重量比为1∶2.5～5.0加入浓度为6％～30wt％的氢氧化钠溶液，在沸点温度以下，并且不低于60℃的温度条件下反应0.5～2小时后趁热过滤，所得滤液为水玻璃；

所述的合成是将所述铝盐溶液配制成铝的浓度为5～10g/L的溶液A，将所述水玻璃溶液配制成二氧化硅浓度为90～120g/L的溶液B，按摩尔比SiO₂∶Al₂O₃为11～13.5∶1将B溶液缓慢地加入到A溶液中，在40～100℃的温度条件下搅拌反应10～60分钟后熟化1～2小时；再经分离、洗涤、干燥即得超细硅酸铝。

2.如权利要求1所述的由膨润土制取超细硅酸铝的方法，其特征在于：所述的碱浸操作过程中加入适量的过氧化氢溶液。