CN103130228A

CN103130228A - 一种利用非金属矿离解法从膨润土中制备高分散白炭黑的方法

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Publication number: CN103130228A
Application number: CN 201110381890
Authority: CN
Inventors: 陈昆先; 钟风万
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2013-06-05

Abstract

本发明公开了一种利用非金属矿离解法从膨润土中制备高分散白炭黑的方法。其步骤包含对膨润土进行活化并脱铝脱杂、碱溶、白炭黑制备等。该技术制备的白炭黑纯度在99％以上，白度在96％以上，而且分散性好，可以广泛应用于塑料、橡胶、造纸、涂料、染料和油墨等许多领域，特别是作橡胶的补强填料；该工艺简单，生产成本低，无三废排放，工艺中的过滤液可以循环使用，经浓缩后可以获得硫酸铝或者氯化铝，它们都是很好的污水絮凝材料；该工艺技术提高了膨润土的附加值，有着有良好的环保效益、社会效益与经济效益。

Description

一种利用非金属矿离解法从膨润土中制备高分散白炭黑的方法

技术领域

本发明属于非金属矿深加工领域，具体涉及到一种利用膨润土制备高分散白炭黑的方法。

背景技术

膨润土(英文名Bentonite)又名膨土岩、斑脱石、甘土、皂土、陶土、白泥，俗名称观音土。膨润土是以蒙脱石为主要成份的粘土矿物，其化学成份相当稳定，被誉为“万能石”。蒙脱石是由二层共顶联接的硅氧四面体片夹一层共棱联接的铝(镁)氧(氢氧)八面体片，构成2∶1型含结晶水的硅酸盐矿物。膨润土是粘土类矿物大家庭中晶体结构变异最强的矿物之一。蒙脱土(Montmorillonite)是属于蒙脱土族的矿物，蒙脱土族矿物共发现11个，它们是滑间皂土、贝得土、锂皂土、蒙脱土、钠脱土、皂土、锌皂土、斯皂土、锂蒙脱土、铬蒙脱土和铜蒙脱土等，但从内部结构来讲可分为蒙脱土亚族(二八面体)与皂土亚族(三八面体)。蒙脱土是典型的层状硅酸盐矿物之一，但是与其他层状硅酸盐矿物不同之点是层与层之间空隙特别大，这样就可在层与层中含有不定数量的水分子及交换性阳离子。

中国膨润土矿床可分为三大成因类型，即火山沉积型、风化残积型及热液型。根据蒙脱石层间吸附的阳离子种类不同可将膨润土分为钙基膨润土、钠基膨润土、氢铝基膨润土、镁基膨润土等。我国膨润土矿产资源丰富，分布广泛，但90％以上是钙基膨润土。不同膨润土成因、不同的杂质种类含量，对蒙脱石的提纯方法也有所差异。蒙脱石的高纯化是蒙脱石产品深度开发的必然之路，是蒙脱石高附加产品高端开发的基础。因此，由膨润土衍生的各种高档产品，首先必须去掉杂质，提高蒙脱石含量。

白炭黑是一种人工合成的无定形二氧化硅微细粉末，又称水合二氧化硅、活性二氧化硅和沉淀二氧化硅，分子式为SiO₂·nH₂O。因为其比表面积大、化学性能稳定、耐高温和分散性好，广泛应用于塑料、橡胶、造纸、涂料、染料和油墨等许多领域，最大用途是作橡胶的补强填料。

白炭黑的制备一般分为气相法、沉淀法和离解法三种，工业上制备方法不外是这三种方法的组合和改良。离解法是制备白炭黑的新方法，包括非金属矿法、禾本科植物法和副产品回收法。非金属矿法是以非金属矿为硅源，将结晶的二氧化硅和硅酸盐转变为非晶态的二氧化硅来制备白炭黑。但是，目前以非金属矿及含硅尾矿为原料制备白炭黑多采用煅烧酸浸法，存在着工艺路线长、能耗大、工艺较难掌握、高温下反应易产生杂质相，制备的白炭黑分散性不好等不足。

如何改进膨润土制备白炭黑的工艺条件并有效地去杂、得到分散性好的白炭黑产品，对于提高膨润土的附加值，减少环境污染具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以膨润土为原料，采用非金属矿法制备高分散性的白炭黑产品的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种利用非金属矿离解法从膨润土中制备高分散白炭黑的方法，其步骤：

1)对膨润土进行活化并脱铝脱杂。将膨润土矿粉磨成-200目，按照液固比(质量比)为(5～9)∶1的比例将膨润土配制成料浆。在85～120℃的条件下按照g活化剂/g膨润土试样＝0.35～0.75的比例向料浆中加入活化剂，并按照g脱杂剂/g膨润土试样＝0.29～0.85的比例向料浆中加入脱杂剂，保持搅拌75～150min，过滤，将滤渣用清水洗涤1～3次，滤渣留下道工序备用；本发明所述活化剂为HCl、H₂SO₄、H₂C₂O₄中的一种或者几种的混合物，其质量浓度为15～45％。本发明所述脱杂剂为HCl、H₂SO₄、H₂C₂O₄、Na₂H₂Y中的一种或者几种的混合物，其质量浓度为15～35％，其添加旨在防止碱溶所得产物中少量的Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等在制备白炭黑时形成絮凝物同产品一起沉淀，从而提高白炭黑产品的纯度。

2)碱溶。在90～150℃的条件向上述滤渣中按照投料比为g膨润土∶g碱∶水＝1∶(0.28～0.49)∶(3.5～6.5)加入氢氧化钠或者氢氧化钾，搅拌均匀后反应65～130min。

3)白炭黑制备。待上述反应完全后，过滤。取滤液向其中加入膨润土干样质量1.5～4.5％的Na₂SO₄或K₂SO₄强电解质，并加入膨润土干样质量0.5～1.5％的脱杂剂(脱杂剂为HCl、H₂SO₄、H₂C₂O₄、Na₂H₂Y中的一种或者几种的混合物)进行搅拌溶解，溶解完全后静置75～150min，过滤得到高纯的母液。然后加入沉淀剂(沉淀剂为可溶性的碳酸盐或者碳酸氢盐)，同时加入膨润土干样质量0.5～2.5％的分散剂(分散剂为聚乙二醇(PEG)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基苯磺酸钠中的一种或者几种)，在25～95℃的条件下反应45～190min，经沉淀、过滤、洗涤、干燥即得白炭黑产品。

采用如上技术方案提供的一种利用非金属矿离解法从膨润土中制备高分散白炭黑的方法与现有技术相比，技术效果在于：

①制备的白炭黑纯度在99％以上，白度在96％以上，而且分散性好，可以广泛应用于塑料、橡胶、造纸、涂料、染料和油墨等许多领域，特别是作橡胶的补强填料；

②上述工艺简单，生产成本低，无三废排放，工艺中的过滤液可以循环使用，经浓缩后可以获得硫酸铝或者氯化铝，它们都是很好的污水絮凝材料；

③上述工艺技术提高了膨润土的附加值，有着有良好的环保效益、社会效益与经济效益。

附表说明

附表1内蒙古自治区赤峰市膨润土化学成分分析表。

附表2吉林省四平市膨润土化学成分分析表。

附表3四川省南充市膨润土化学成分分析表。

具体实施方式

下面对本发明做进一步描述：

实施例1

所采用的为内蒙古自治区赤峰市膨润土，其化学成分分析见表1。一种利用非金属矿离解法从膨润土中制备高分散白炭黑的方法，其步骤：

1)对膨润土进行活化并脱铝脱杂。将膨润土矿粉磨成-200目，按照液固比(质量比)为5∶1的比例将膨润土配制成料浆。在90℃的条件下按照g活化剂/g膨润土试样＝0.45的比例向料浆中加入质量浓度为25％的H₂SO₄作为活化剂，并按照g脱杂剂/g膨润土试样＝0.36的比例向料浆中加入质量浓度为25％的H₂SO₄作为脱杂剂，保持搅拌90min，过滤，将滤渣用清水洗涤3次，滤渣留下道工序备用；

2)碱溶。在100℃的条件向上述滤渣中按照投料比为g膨润土∶g碱∶水＝1∶0.36∶3.9加入氢氧化钠，搅拌均匀后反应90min；

3)白炭黑制备。待上述反应完全后，过滤。取滤液向其中加入膨润土干样质量1.5％的Na₂SO₄强电解质，并加入膨润土干样质量0.5％的质量浓度为25％的H₂SO₄作为脱杂剂进行搅拌溶解，溶解完全后静置90min，过滤得到高纯的母液。然后加入Na₂CO₃沉淀剂，同时加入膨润土干样质量0.5的聚乙二醇(PEG)分散剂，在90℃的条件下反应150min，经沉淀、过滤、洗涤、干燥即得白炭黑产品。

经检测，制备的白炭黑纯度在99.2％，白度在96.3％，而且粒度分布均匀，可以广泛应用于塑料、橡胶、造纸、涂料、染料和油墨等许多领域，特别是作橡胶的补强填料。

实施例2

所采用的是吉林省四平市膨润土，其化学成分分析见表2。一种利用非金属矿离解法从膨润土中制备高分散白炭黑的方法，其步骤：

1)对膨润土进行活化并脱铝脱杂。将膨润土矿粉磨成-200目，按照液固比(质量比)为9∶1的比例将膨润土配制成料浆。在120℃的条件下按照g活化剂/g膨润土试样＝0.65的比例向料浆中加入质量浓度为15％的H₂SO₄作为活化剂，并按照g脱杂剂/g膨润土试样＝0.75的比例向料浆中加入脱杂剂(脱杂剂为质量浓度为15％的HCl、H₂SO₄、H₂C₂O₄、Na₂H₂Y按照1∶1∶1∶1的比例混合的混合物)，保持搅拌125min，过滤，将滤渣用清水洗涤3次，滤渣留下道工序备用；

2)碱溶。在150℃的条件向上述滤渣中按照投料比为g膨润土∶g碱∶水＝1∶0.48∶5.6加入氢氧化钾，搅拌均匀后反应120min。

3)白炭黑制备。待上述反应完全后，过滤。取滤液向其中加入膨润土干样质量2.5％的K₂SO₄强电解质，并加入膨润土干样质量0.5％的脱杂剂进行搅拌溶解，溶解完全后静置150min，过滤得到高纯的母液。然后加入碳酸氢钾作沉淀剂，同时加入膨润土干样质量1.5％的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作分散剂，在95℃的条件下反应180min，经沉淀、过滤、洗涤、干燥即得白炭黑产品。

经检测，制备的白炭黑纯度在99.5％，白度在96.1％，而且粒度分布均匀，可以广泛应用于塑料、橡胶、造纸、涂料、染料和油墨等许多领域，特别是作橡胶的补强填料。

实施例3

所采用的是四川省南充市膨润土，其化学成分分析见表3。一种利用非金属矿离解法从膨润土中制备高分散白炭黑的方法，其步骤：

1)对膨润土进行活化并脱铝脱杂。将膨润土矿粉磨成-200目，按照液固比(质量比)为8∶1的比例将膨润土配制成料浆。在100℃的条件下按照g活化剂/g膨润土试样＝0.35的比例向料浆中加入质量浓度为35％的HCl作活化剂，并按照g脱杂剂/g膨润土试样＝0.65的比例向料浆中加入质量浓度为35％的HCl作脱杂剂，保持搅拌150min，过滤，将滤渣用清水洗涤3次，滤渣留下道工序备用；

2)碱溶。在90℃的条件向上述滤渣中按照投料比为g膨润土∶g碱∶水＝1∶0.28∶6.5加入氢氧化钠，搅拌均匀后反应130min。

3)白炭黑制备。待上述反应完全后，过滤。取滤液向其中加入膨润土干样质量3.5％的Na₂SO₄强电解质，并加入膨润土干样质量1.2％的脱杂剂进行搅拌溶解，溶解完全后静置75min，过滤得到高纯的母液。然后加入碳酸氢铵沉淀剂，同时加入膨润土干样质量2.5％的十二烷基苯磺酸钠分散剂，在65℃的条件下反应120min，经沉淀、过滤、洗涤、干燥即得白炭黑产品。

经检测，制备的白炭黑纯度在99.4％，白度在96.3％，而且粒度分布均匀，可以广泛应用于塑料、橡胶、造纸、涂料、染料和油墨等许多领域，特别是作橡胶的补强填料。

表1

成分	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	FeO	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	P₂O₅	MnO	TiO₂	灼减
													含量(％)	59.36	18.15	2.53	0.03	2.44	2.49	1.71	2.48	0.02	0.02	0.20	10.27

表2

成分	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	FeO	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	P₂O₅	MnO	TiO₂	灼减
													含量(％)	73.1	15.1	2.5	0.46	1.26	1.37	0.97	1.87	0.015	0.02	0.19	6.52

表3

Claims

1.一种利用非金属矿离解法从膨润土中制备高分散白炭黑的方法，其步骤：

1)对膨润土进行活化并脱铝脱杂。将膨润土矿粉磨成-200目，按照液固比(质量比)为(5～9)∶1的比例将膨润土配制成料浆。在85～120℃的条件下按照g活化剂/g膨润土试样＝0.35～0.75的比例向料浆中加入活化剂，并按照g脱杂剂/g膨润土试样＝0.29～0.85的比例向料浆中加入脱杂剂，保持搅拌75～150min，过滤，将滤渣用清水洗涤1～3次，滤渣留下道工序备用；

3)白炭黑制备。待上述反应完全后，过滤。取滤液向其中加入膨润土干样质量1.5～4.5％的Na₂SO₄或K₂SO₄强电解质，并加入膨润土干样质量0.5～1.5％的脱杂剂进行搅拌溶解，溶解完全后静置75～150min，过滤得到高纯的母液。然后加入沉淀剂，同时加入膨润土干样质量0.5～2.5％的分散剂，在25～95℃的条件下反应45～190min，经沉淀、过滤、洗涤、干燥即得白炭黑产品。

2.如权利要求1所述的一种利用非金属矿离解法从膨润土中制备高分散白炭黑的方法，其特征在于：所述活化剂为HCl、H₂SO₄、H₂C₂O₄中的一种或者几种的混合物，其质量浓度为15～35％。

3.如权利要求1所述的一种利用非金属矿离解法从膨润土中制备高分散白炭黑的方法，其特征在于：所述脱杂剂为HCl、H₂SO₄、H₂C₂O₄、Na₂H₂Y中的一种或者几种的混合物，其质量浓度为15～35％，其添加旨在防止碱溶所得产物中少量的Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等在制备白炭黑时形成絮凝物同产品一起沉淀，从而提高白炭黑产品的纯度。

4.如权利要求1所述的一种利用非金属矿离解法从膨润土中制备高分散白炭黑的方法，其特征在于：所述沉淀剂为可溶性的碳酸盐或者碳酸氢盐。

5.如权利要求1所述的一种利用非金属矿离解法从膨润土中制备高分散白炭黑的方法，其特征在于：所述分散剂为聚乙二醇(PEG)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基苯磺酸钠中的一种或者几种。