CN101844772A - 一种蒙脱石纯化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒙脱石纯化工艺，包括以下步骤：A、原料预处理；B、投料；C、水洗；D、分散；E、分级；F、干燥；G、粉碎，本发明提供的蒙脱石纯化工艺，得到的蒙脱石纯度高、生产效率高、能实现连续化生产，得到的蒙脱石尤其适宜医药用途。

Description

一种蒙脱石纯化工艺

技术领域

本发明涉及一种蒙脱石纯化工艺，特别涉及一种医药用的蒙脱石的纯化生产工艺。

背景技术

蒙脱石(montmorillonite)矿物是1847年Damour A.A.和Saluetat D.在研究法国montmorillonite粘土时，对其中的含水铝硅酸盐矿物所到的名称。蒙脱石颗粒细小，具有很强的吸附性能和离子交换性能，吸水性很强，加水膨胀，因其特有的物理和化学性质，已经在化工、建筑、石油、水利、交通、环境保护、新材料、日用品等领域得到广泛应用。在医药方面，人们发现它可以做医药载体，起控释剂功效，同时具有止泻等功能。

蒙脱石主要存在于自然界的膨润土中，是天然膨润土的主要成分。而自然界中的膨润土还含有石英、长石、方解石、高岭石和伊利石等矿物，由于其的多种用途，从膨润土中提纯蒙脱石成为本领域的热点。

目前常见的蒙脱石纯化工艺一般包括粉碎分级的干法提纯、化学提纯、离心提纯、和先钠化再离心提纯等方法，这些方法在专利申请号为200710067840.x的中国专利中有介绍，同时，改专利申请公开了一种在一定程度上克服了上述几种提纯方法缺陷的蒙脱石超细提纯方法，但是，这种方法仍存在以下缺点：一是没有对原料进行预处理，一方面会因为原料粒径的大小不一而造成生产时工艺不易控制，生产工艺不稳定；另一方面没有对原料进行灭菌处理，不适宜用于医药用途；二是对于浆液的搅拌时间和速度没有明确的工艺参数，造成实际生产时不可控，不利于生产效率的提高和杂志的分离；三是该专利申请采用离心机或者水力旋流器，这种设备是间断生产的，不能实现连续生产，严重影响生产效率；四是该专利申请的干燥和粉碎设备采用剥片机和球磨机，球磨机在生产过程中其陶瓷磨损可能有异物混入蒙脱石中，不能达到医药用要求，且时间长，产能低。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种纯度高、生产效率高、能实现连续化生产且得到的蒙脱石尤其适宜医药用途的蒙脱石纯化方法。

发明人经过大量的实验，摸索出一套适宜工业化大生产的高纯度医药用蒙脱石的纯化方法，对各种工艺参数进行了筛选优化。本发明采用的技术方案是这样的：一种蒙脱石纯化工艺，包括以下步骤：

A、原料预处理：包括原料粉碎和灭菌处理，得到经过预处理的膨润土；

B、投料：在搅拌罐中边搅拌边按膨润土和纯化水的重量比为1∶9的比例加入经过预处理的膨润土和纯化水，搅拌速度为58～68转/分，搅拌时间为30分钟，得到矿浆；

C、水洗：将搅拌后的矿浆抽至沉降池，自然沉降，待沉降液面为1.4～1.6米时，去除上层液；沉降高度的确定：考虑到大生产实际操作，以确保每次去除上层液后浆液的浓度一致，故以沉降液面高度来为准来进行过程控制，实际生产以沉降液面高度约1.4～1.6米为标准，然后排除1.4～1.6米以上的液体；

D、分散：将沉降后去除了上层液的浆液抽入搅拌罐搅拌；

E、分级：将D步骤所得的已分散均匀的混合物通过卧螺机，调整流量为1～2.5m³/h，进行分级，卧螺机主机频率35.5Hz，副机频率31.0Hz；分级后得到轻相进入下一道工序，去除粗粒的重相，重相按照废弃物处理；

F、干燥：将E步骤得到轻相矿浆由密闭管道输送到喷雾干燥器的进料口，进行喷雾干燥，得到细粉；

G、粉碎：将喷雾干燥所得的细粉，置于超细微粉碎机内粉碎，使得粒径小于40微米。因喷雾干燥所得的细粉是由多层颗粒聚集而成，为使其粒径小于40微米(思密达的粒径均小于40μm)，故采用外界机械力即超细微粉碎使其聚集的微粒分开；

作为优选：A步骤所述的原料粉碎过程为：将小块钙基膨润土置于粉碎机进行初粉碎成粒径5mm击式超微粉碎机进行磨粉，磨出的粉由管道直接通往粉末风选，选取粒径的粗粒，再将此粗粒置于分级冲60％以上不大于40μm的膨润土进入下一道工序。

作为优选：A步骤所述的灭菌处理方法为：将经过粉碎后选取的膨润土按照15KGY的剂量进行Co⁶⁰辐照。

作为优选：B步骤所述的纯化水在65℃下保温循环。

作为优选：D步骤中搅拌时搅拌的转速为58-68转/分钟，搅拌时间不少于5小时。

作为优选：E步骤中的轻相粒径≤5um的粒子不得少于90％。

作为优选：F步骤中喷雾干燥时进风温度400～430℃，排风温度165～180℃。轻相含水量较多，喷雾干燥是使其含有的水尽快脱去，干燥失重不超过6％(在105℃干燥4小时)。因蒙脱石易吸水，层间的水要达到140℃以上才能脱去，经过大量试验摸索，确定排风温度为165～180℃，根据设备状况，其进风温度确定为400～430℃才能确保排风温度达到要求。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：由于对原料进行了粉碎和灭菌预处理，使得生产过程质量可控，且产品的纯度、无菌度在原料阶段即得到控制，得到的蒙脱石尤其适用于医药领域；生产过程中的各项参数，在理论支持的基础上，通过实践摸索，得到了较为精确的数据，从而有利于整个生产工艺的操作和控制；整套工艺从方法和设备上综合考虑，使得可以连续化生产，提高了生产效率；整套工艺从用水、用料、设备等方面进行了灭菌处理，使得最后得到的产品能符合药用的生物学标准，为医药用蒙脱石的纯化提供了一套高效、可行的生产工艺，最后得到纯度在99.0％以上的蒙脱石纯品。

附图说明

图1是蒙脱石的标准X-射线图谱；

图2是实施例3所得蒙脱石的X-射线图谱；

图3是实施例4所得蒙脱石的X-射线图谱；

图4是实施例5所得蒙脱石的X-射线图谱。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

实验室工艺研究与小试工艺确定

实验室工艺研究

通过正交试验法对实验室工艺进行研究，采用L₉(3⁴)正交表，对加入纯化水的比例、搅拌时间、搅拌速度、沉降时间四个因素(每个因素考察三个水平)进行考察而得出的。正交水平因素表见表1，

其中，对于沉降时间：

蒙脱石极易水化溶胀，形成悬浮液，而石英等杂质不发生水化，可通过沉降除去。因为膨润土中的沙石等杂质微粒达到沉降平衡状态需一定时间，当体系达到沉降平衡后，膨润土中的沙石等杂质微粒的扩散速率与沉降速率相等，此时杂质在宏观上不再沉降。

根据Stokes(斯托克斯)公式为：

$v=\frac{2}{9}{\mathrm{gr}}^2\frac{d_1-d_2}{\mathrm{\η}}$

Wherein式中：

V-半径为r的分散颗粒的沉降速度(cm/s)；

g-重力加速度(980cm/s²)

r-沉降分散颗粒的半径(cm)

d₁-分散颗粒的密度(g/cm³)

d₂-分散介质的密度(g/cm³)

η-介质的粘滞系数，与温度有关

对于匀速运动物体t＝s/v，代入上式，得：

$t=\frac{s}{\frac{2}{9}{\mathrm{gr}}^2\frac{d_1-d_2}{\mathrm{\η}}}$

已知：d₁、d₂、η、r、g，s，可求出沉降时间t。

表1正交试验结果表

数据分析：从上表“PH值、含固量、粒径”检验结果可直观地得出以下结论：

1.PH值：样1～样9数值较接近，在7.3～7.8范围内，基本不受各因素的影响。

2.从悬浮层含固量的数据可得出：只有“样2”、“样9”的含固量大于10％，收率较高。

3.从粒径结果显示：中层(悬浮层)粒径不大于5μ的“样2”只有19.81％，“样9”达到92.96％，故选样9；即加9倍量的水、高速(1420转/分)搅拌30分钟，自然沉降(分三层)，沉降3小时；考虑到沉降时间与沉降高度有关，故将沉降时间改为4小时。

以上正交试验数据得出实验室工艺：称取经过预处理(60％以上粒径小于40微米)的钙基膨润土矿粉84g，置于圆底烧瓶中，加入纯化水756g(按钙基膨润土∶纯化水＝1∶9的比例加入纯化水)，高速(1420转/分)搅拌30分钟，自然沉降(分三层)，沉降(不少于4小时)，取出中层，烘干，粉碎，过320目筛，即得蒙脱石。

小试工艺的确定

为进一步确定小试工艺，在以上实验室工艺的基础上进行放大试验，其工艺与实验室工艺基本不变，只是量的放大，具体小试工如下：称取经过预处理(60％以上粒径小于40微米)的钙基膨润土矿粉5460g(分十三次操作，每次420g，最后总混成一批)，置于圆底烧瓶中，加入纯化水49140g(按钙基膨润土∶纯化水＝1∶9的比例加入纯化水。(分十三次操作，每次3780g，最后总混成一批))，高速(1420转/分)搅拌30分钟，自然沉降(分三层)，沉降(不少于4小时)，取出中层，烘干，粉碎，混合，过320目筛，即得蒙脱石。

实施例2

中试工艺：

为了进一步验证工艺的可行性、稳定性，根据以上小试得出的小试工艺条件，设计出蒙脱石的中试工艺：

在搅拌罐中加入纯化水(按钙基膨润土∶纯化水＝1∶9的比例)，边搅拌(搅拌速度63±5转/分)边加入经过预处理(60％以上粒径小于40微米)的钙基膨润土，搅拌30分钟，浓度为10％(kg/cm³)。

中试条件和小试条件比较，具体见表2。

表2钙基膨润土分散实验中试条件和小试条件比较

搅拌叶轮末梢速度V：V_s＝D_sN_s/2，V_L＝D_LN_L/2

其中；小试搅拌径D_a0.096m

中试搅拌径D_L 1.400m

小试搅拌速度(转/分钟)N_a1420

中试搅拌速度(转/分钟)N_L63

V_a＝D_aN_a/2＝0.096×1420/2＝68.16m/min(米/分钟)＝1.136m/s

V_L＝D_LN_L/2＝1.4×63/2＝44.1m/min(米/分钟)＝0.735m/s

V_s＝1.546V_L

以上可看出：小试与中试搅拌浆均属于浆式搅拌浆，有其类比性，其搅拌叶轮末梢速度均在0.5～1.5m/s范围内，虽然V_s＝1.546V_L，但中试的搅拌浆形状(框式)比小试(锚式)的搅拌浆更利于搅拌，综合而得小试与中试的搅拌效果具有可比性。

实施例3：

将2000kg小块膨润土置于粉碎机进行初粉碎成粒径5mm的粗粒，再将此粗粒置于ACM-420内分级冲击式超微粉碎机进行磨粉，磨出的粉由管道直接通往粉末风选，选取粒径不大于40μm的细粒(占60％以上)，ACM-420内分级冲击式超微粉碎机与出粉口之间的管路上装有粉末风选系统，磨出的粉经风选后被吹分成两部分并分别经不同的出口出来：一部分是粒度符合要求的小于40um粉末经接料口处用PVC袋收粉，另一部分为经另一出口出来的粒度不符合要求的粉末，需经重磨粉；

将已粉碎后的膨润土运至辐照中心，按照15KGY的剂量进行Co⁶⁰辐照；因原矿中含有大量微生物，为了保证药用的无菌标准，故粉碎过筛后的矿粉通过Co⁶⁰辐照灭菌；

辐照强度：15KGY，经验证比较辐照前后的微生物，可以确定达到消灭所有微生物的目的。同时对于矿物质的辐照是否对人体产生危害，是否影响产品质量，将辐照的矿粉与未辐照的矿粉进行X-射线衍射光谱比较，未发现异常；

采用机械搅拌方法，将经过预处理的矿粉，按1∶9的比例加入纯化水，纯化水在65℃下保温循环，以保证无菌，搅拌，搅拌速度为58转/分，搅拌时间为30分钟，得到矿浆；使矿石中各组分的矿物达到相互分离，增加矿物的表面电位，使细粒体系处于良好的分散状态，同时去除矿粉中含有的水溶性盐及杂质颗粒；

其中，加纯化水量：考虑到加纯化水的作用是分散、去除水溶性盐和使杂质颗粒分离沉降。增加纯化水的用量，有利于钙基膨润土在水中充分分散、去除水溶性盐和使杂质颗粒分离沉降，对提高蒙脱石的纯度有利；但加纯化水量过大时，会导致浆液的处理量大，收率降低。

将搅拌后的矿浆抽至沉降池，自然沉降，待沉降液面为1.4米时，去除上层液；沉降高度的确定：考虑到大生产实际操作，以确保每次去除上层液后浆液的浓度一致，故以沉降液面高度来为准来进行过程控制，实际生产以沉降液面高度约1.4米为标准，然后排除1.4米以上的液体；

蒙脱石极易水化溶胀，形成悬浮液，而石英等杂质不发生水化，可通过沉降除去。因为膨润土中的沙石等杂质微粒达到沉降平衡状态需一定时间，当体系达到沉降平衡后，膨润土中的沙石等杂质微粒的扩散速率与沉降速率相等，此时杂质在宏观上不再沉降；

将沉降后去除了上层液的浆液抽入搅拌罐搅拌，搅拌的转速为58转/分钟，搅拌时间为5小时；

分级：将所得的已分散均匀的混合物通过卧螺机，调整流量为1.5m³/h，进行分级，卧螺机主机频率35.5Hz，副机频率31.0Hz；分级后得到轻相进入下一道工序，去除粗粒的重相，重相按照废弃物处理；

干燥：将得到轻相矿浆由密闭管道输送到喷雾干燥器的进料口，进行喷雾干燥，喷雾干燥时进风温度400℃，排风温度165℃，得到细粉；

粉碎：将喷雾干燥所得的细粉，置于超细微粉碎机内粉碎，使得粒径小于40微米。

最后得到纯度为99.0％的蒙脱石220.50kg，蒙脱石的标准X-射线图谱如图1，本实施例得到的蒙脱石的X-射线图谱如图2。

实施例4：

本实施例的膨润土原料为3000kg，待沉降液面为1.6米时，去除上层液，加纯化水时的搅拌速度为68转/分，在搅拌罐中搅拌时搅拌速度也为68转/分，搅拌时间6小时，喷雾干燥时，进风温度为430℃，排风温度为180℃，其余与实施例1相同，最后得到纯化的蒙脱石682.56kg，纯度为99.1％，参见图3。

实施例5：

本实施例的膨润土原料为3000kg，待沉降液面为1.5米时，去除上层液，加纯化水时的搅拌速度为65转/分，在搅拌罐中搅拌时搅拌速度也为65转/分，搅拌时间6.5小时，喷雾干燥时，进风温度为420℃，排风温度为170℃，其余与实施例1相同，最后得到纯化的蒙脱石606.64kg，纯度为99.3％，参见图4。

Claims (7)

1.一种蒙脱石纯化工艺，其特征在于，包括以下步骤：

A、原料预处理：包括原料粉碎和灭菌处理，得到经过预处理的膨润土；

B、投料：在搅拌罐中边搅拌边按膨润土和纯化水的重量比为1∶9的比例加入经过预处理的膨润土和纯化水，搅拌速度为58～68转/分，搅拌时间为30分钟，得到矿浆；

C、水洗：将搅拌后的矿浆抽至沉降池，自然沉降，待沉降液面为1.4～1.6米时，去除上层液；

D、分散：将沉降后去除了上层液的浆液抽入搅拌罐搅拌；

E、分级：将D步骤所得的已分散均匀的混合物通过卧螺机，调整流量为1～2.5m³/h，进行分级，卧螺机主机频率35.5Hz，副机频率31.0Hz；分级后得到轻相进入下一道工序，去除粗粒的重相，重相按照废弃物处理；

F、干燥：将E步骤得到轻相矿浆由密闭管道输送到喷雾干燥器的进料口，进行喷雾干燥，得到细粉；

G、粉碎：将喷雾干燥所得的细粉，置于超细微粉碎机内粉碎，使得粒径小于40μm。

2.根据权利要求1所述蒙脱石纯化工艺，其特征在于：A步骤所述的原料粉碎过程为：将小块钙基膨润土置于粉碎机进行初粉碎成粒径5mm的粗粒，再将此粗粒置于分级冲击式超微粉碎机进行磨粉，磨出的粉由管道直接通往粉末风选，选取粒径60％以上不大于40μm的膨润土进入下一道工序。

3.根据权利要求1所述蒙脱石纯化工艺，其特征在于：A步骤所述的灭菌处理方法为：将经过粉碎后选取的膨润土按照15KGY的剂量进行Co⁶⁰辐照。

4.根据权利要求1所述蒙脱石纯化工艺，其特征在于：B步骤所述的纯化水在65℃下保温循环。

5.根据权利要求1所述蒙脱石纯化工艺，其特征在于：D步骤中搅拌时搅拌的转速为58-68转/分钟，搅拌时间不少于5小时。

6.根据权利要求1所述蒙脱石纯化工艺，其特征在于：E步骤中的轻相粒径≤5um的粒子不得少于90％。

7.根据权利要求1所述蒙脱石纯化工艺，其特征在于：F步骤中喷雾干燥时进风温度400～430℃，排风温度165～180℃。

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