CN105236433B - 一种硅酸盐粘土矿物活化增白的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于非金属矿物的深加工技术领域，特别涉及一种水热法增白硅酸盐粘土矿物的方法。首先将无机酸溶液与硅酸盐粘土混合、常温浸渍、冷冻，然后再转移到反应釜中进行二次酸化反应，离心除去上清液，再用去离子水洗涤、过滤至滤液呈中性，将所得的滤饼干燥、研磨，即得白色粘土。本发明的制备过程中，没有任何有机溶剂参与以及无机添加剂对粘土进行包覆，因此具有污染小、成本低、粘土纯度高等优点。
Description
技术领域
本发明属于非金属矿物的深加工技术领域，特别涉及一种水热法增白硅酸盐粘土矿物的方法。
背景技术
硅酸盐矿物在自然界分布极为广泛，已知硅酸盐矿物有6000余种，是一种应用领域广阔且资源丰富的天然非金属矿物粘土。然而，硅酸盐粘土矿物中含有多种杂质元素，如Mg、Al、Fe、Ca等，它们都以氧化物和氢氧化物存在，尤其是显色元素Fe不仅影响了硅酸盐粘土自身的色泽，而且还限制了其应用范围，尤其是需要高白度粘土的应用领域，如白色或浅色的橡胶塑料及涂料等。因此去除金属杂质离子(显色离子)，得到高白度的粘土具有重要的意义，且具有更广阔的市场应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简便的将硅酸盐粘土彻底活化为纳米SiO2的方法，通过该方法制备的活性白土可作为模板制备纳米材料，也可作为橡胶、塑料、涂料和造纸等其他领域填充剂，成本低廉，且市场前景广阔。
本发明的技术方案是：首先将无机酸溶液与硅酸盐粘土混合、常温浸渍、冷冻，然后再转移到反应釜中进行二次酸化反应，最后制备出活性增白粘土，具体步骤如下：
(1)将粗提纯的硅酸盐粘土加入到H+浓度为2～8mol/L的酸溶液中制成粘土分散液，室温(25℃)浸渍1～2天，然后置于温度为-20～0℃下冷冻2～4天，
其中，硅酸盐粘土与酸溶液的质量比为1:10～50，酸溶液为盐酸溶液或硫酸溶液，硅酸盐粘土为凹凸棒石、海泡石、蒙脱石、伊利石、云母或滑石，
常温下酸浸渍硅酸盐粘土进行反应，初步置换出粘土结构中的部分元素且增大酸与粘土的接触面积为进一步酸化做准备；
(2)将步骤(1)冷冻酸化制得的浆液转移到水热反应釜中，控制反应温度140～250℃反应3～20h；将反应后的浆体离心，除去上清液，再用去离子水洗涤、过滤至滤液呈中性，将所得的滤饼干燥、研磨，即得白色粘土，
在高温下酸溶液具有更强的活性，H+加速渗透腐蚀到硅酸盐粘土结构内层，加剧反应的进行，从而有效地置换出晶体中的杂质离子，而且不破坏该粘土特有的纳米结构。
本发明的有益效果是：
1、将硅酸盐粘土在常温下浸渍酸化目的是为了除去易溶解的杂质且大量增加粘土表面硅羟基的数目，再用物理法冷冻，有利于扩大晶体间距、晶束解离，大大增加了粘土与酸液接触面积，便于进一步水热酸化。
2、酸液对硅酸盐粘土表面进行活化，有多方面的好处：①H+彻底置换出粘土中的杂质离子(有色离子)，增大了粘土的比表面积，增加了其孔容孔径，有利于提高粘土的吸附性能；②明显提高了硅酸盐粘土的白度，增大了其附加值。
3、步骤2中有色金属元素以离子形式溶出，直接离心沉降即可去除，无需添加络合剂等去除铁离子。
4、制备过程中，没有任何有机溶剂参与以及无机添加剂对粘土进行包覆，因此具有污染小、成本低、粘土纯度高等优点。
附图说明
图1为凹凸棒石原矿的透射电镜图。
图2为实施例3所得的产品透射电镜图。
比较图1、图2可见，经过活化增白处理后，所得产品的一维纳米结构没有被破坏。
具体实施方式
下面结合具体实施例和比较例进行进一步说明：实施例和比较例中的白度测量是按照GB/T5950-1996《建筑材料与非金属矿产品白度测量方法》进行。
实施例1
1、将白度为52的凹凸棒石与2mol/L盐酸溶液混合均匀制成浆液，其中硅酸盐粘土与酸溶液的质量比为1:50，浸渍2天，置于温度为-20℃下冷冻4天。
2、将上述步骤制得的浆液转移到水热反应釜中，置于烘箱中，升温至250℃，达到反应温度后，保温反应20h。反应结束后，将浆液离心、洗涤过滤至中性且无氯离子(1％的硝酸银检验)，将所得的滤饼干燥、研磨，即得到产品，白度为93.1。
实施例2
1、将白度为52的凹凸棒石与8mol/L(H+浓度)硫酸溶液混合均匀制成浆液，其中硅酸盐粘土与酸溶液的质量比为1:10，浸渍1天，置于温度为0℃下冷冻2天。
2、将上述步骤制得的浆液转移到水热反应釜中，置于烘箱中，升温至140℃，达到反应温度后，保温反应3h。反应结束后，将浆液离心、洗涤过滤至中性且无氯离子(1％的硝酸银检验)，将所得的滤饼干燥、研磨，即得到产品，白度为90.1。
实施例3
1、将白度为52的凹凸棒石与5mol/L(H+浓度)硫酸溶液混合均匀制成浆液，其中硅酸盐粘土与酸溶液的质量比为1:30，浸渍2天，置于温度为-10℃下冷冻3天。
2、将上述步骤制得的浆液转移到水热反应釜中，置于烘箱中，升温至180℃，达到反应温度后，保温反应12h。反应结束后，将浆液离心、洗涤过滤至中性且无氯离子(1％的硝酸银检验)，将所得的滤饼干燥、研磨，即得到产品(透射电镜图如附图2所示)，白度为92.2。
实施例4
1、将白度为58的海泡石与3mol/L盐酸溶液混合均匀制成浆液，其中硅酸盐粘土与酸溶液的质量比为1:40，浸渍1.5天，置于温度为-15℃下冷冻3天。
2、将上述步骤制得的浆液转移到水热反应釜中，置于烘箱中，升温至220℃，达到反应温度后，保温反应18h。反应结束后，将浆液离心、洗涤过滤至中性且无氯离子(1％的硝酸银检验)，将所得的滤饼干燥、研磨，即得到产品，白度为89.1。
实施例5
1、将白度为71的蒙脱石与4mol/L(H+浓度)硫酸溶液混合均匀制成浆液，其中硅酸盐粘土与酸溶液的质量比为1:35，浸渍1天，置于温度为-12℃下冷冻2.5天。
2、将上述步骤制得的浆液转移到水热反应釜中，置于烘箱中，升温至200℃，达到反应温度后，保温反应15h。反应结束后，将浆液离心、洗涤过滤至中性且无氯离子(1％的硝酸银检验)，将所得的滤饼干燥、研磨，即得到产品，白度为92.5。
实施例6
1、将白度为54的伊利石与6mol/L(H+浓度)硫酸溶液混合均匀制成浆液，其中硅酸盐粘土与酸溶液的质量比为1:25，浸渍1天，置于温度为-8℃下冷冻3天。
2、将上述步骤制得的浆液转移到水热反应釜中，置于烘箱中，升温至180℃，达到反应温度后，保温反应9h。反应结束后，将浆液离心、洗涤过滤至中性且无氯离子(1％的硝酸银检验)，将所得的滤饼干燥、研磨，即得到产品，白度为91.3。
实施例7
1、将白度为74的滑石粉与7mol/L(H+浓度)硫酸溶液混合均匀制成浆液，其中硅酸盐粘土与酸溶液的质量比为1:20，浸渍1天，置于温度为-4℃下冷冻3.5天。
2、将上述步骤制得的浆液转移到水热反应釜中，置于烘箱中，升温至160℃，达到反应温度后，保温反应6h。反应结束后，将浆液离心、洗涤过滤至中性且无氯离子(1％的硝酸银检验)，将所得的滤饼干燥、研磨，即得到产品，白度为93.2。
实施例8
1、将白度为81的云母粉与8mol/L(H+浓度)硫酸溶液混合均匀制成浆液，其中硅酸盐粘土与酸溶液的质量比为1:10，浸渍1天，置于温度为-0℃下冷冻2天。
2、将上述步骤制得的浆液转移到水热反应釜中，置于烘箱中，升温至140℃，达到反应温度后，保温反应3h。反应结束后，将浆液离心、洗涤过滤至中性且无氯离子(1％的硝酸银检验)，将所得的滤饼干燥、研磨，即得到产品，白度为93.9。
比较例1
在比较例1中将实施例3中步骤1中冷冻这一条件省去，其他操作均与实施例3相同。
1、将白度为52的凹凸棒石与5mol/L盐酸溶液混合均匀制成浆液，其中硅酸盐粘土与酸溶液的质量比为1:30，浸渍1天。
2将上述步骤制得的浆液转移到水热反应釜中，置于烘箱中，升温至180℃，达到反应温度后，保温反应12h。反应结束后，将浆液离心、洗涤过滤至中性且无氯离子(1％的硝酸银检验)，将所得的滤饼干燥、研磨，即得到产品，白度为80.2。
比较例2
在比较例2中将实施例3中步骤1中室温浸渍这一条件省去，其他操作均与实施例3相同。
1、将白度为52的凹凸棒石与5mol/L盐酸溶液混合均匀制成浆液，其中硅酸盐粘土与酸溶液的质量比为1:30，置于温度为-10℃下冷冻3天。
2、将上述步骤制得的浆液转移到水热反应釜中，置于烘箱中，升温至180℃，达到反应温度后，保温反应12h。反应结束后，将浆液离心、洗涤过滤至中性且无氯离子(1％的硝酸银检验)，将所得的滤饼干燥、研磨，即得到产品，白度为81.4。
比较例3
在比较例3中将实施例3中步骤1中酸液这一条件换成去离子水，其他操作均与实施例3相同。
1、将白度为52的凹凸棒石与去离子水混合均匀制成浆液，其中硅酸盐粘土与去离子水的质量比为1:30，浸渍2天，置于温度为-10℃下冷冻3天。。
2、将上述步骤制得的浆液转移到水热反应釜中，置于烘箱中，升温至180℃，达到反应温度后，保温反应12h。反应结束后，将浆液离心、洗涤过滤至中性且无氯离子(1％的硝酸银检验)，将所得的滤饼干燥、研磨，即得到产品，白度为50.1。
比较例4
在比较例4中将实施例2中步骤2中水热反应釜这一条件换成油浴锅，其他操作均与实施例2相同。
1、将白度为52的凹凸棒石与8mol/L(H+浓度)硫酸溶液混合均匀制成浆液，其中硅酸盐粘土与酸溶液的质量比为1:10，浸渍1天，置于温度为0℃下冷冻2天。
2、将上述步骤制得的浆液转移到油浴锅中，升温至140℃，达到反应温度后，保温反应3h。反应结束后，将浆液离心、洗涤过滤至中性且无氯离子(1％的硝酸银检验)，将所得的滤饼干燥、研磨，即得到产品，白度为72.6。
比较例5
在比较例2的基础上，将水热反应时间延长至24小时，其他操作均与比较例2相同。
1、将白度为52的凹凸棒石与5mol/L盐酸溶液混合均匀制成浆液，其中硅酸盐粘土与酸溶液的质量比为1:30，置于温度为-10℃下冷冻3天。
2、将上述步骤制得的浆液转移到水热反应釜中，置于烘箱中，升温至180℃，达到反应温度后，保温反应24h。反应结束后，将浆液离心、洗涤过滤至中性且无氯离子(1％的硝酸银检验)，将所得的滤饼干燥、研磨，即得到产品，白度为81.6。
Claims (6)
1.一种增白硅酸盐粘土矿物的方法，其特征在于：所述的方法为，首先将无机酸溶液与硅酸盐粘土混合、常温浸渍、冷冻，然后再转移到反应釜中进行二次酸化反应，得到活性增白粘土；
所述方法的具体步骤为，
(1)将粗提纯的硅酸盐粘土加入到H+浓度为2～8mol/L的酸溶液中制成粘土分散液，室温浸渍，然后置于温度为-20～0℃下冷冻，冷冻的时间为2～4天；
(2)将步骤(1)冷冻酸化制得的浆液转移到水热反应釜中，140～250℃水热反应；将反应后的浆体离心，除去上清液，再用去离子水洗涤、过滤至滤液呈中性，将所得的滤饼干燥、研磨，即得白色粘土。
2.如权利要求1所述的增白硅酸盐粘土矿物的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的酸溶液为盐酸溶液或硫酸溶液。
3.如权利要求1所述的增白硅酸盐粘土矿物的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的硅酸盐粘土为凹凸棒石、海泡石、蒙脱石、伊利石、云母或滑石。
4.如权利要求1所述的增白硅酸盐粘土矿物的方法，其特征在于：步骤(1)中，硅酸盐粘土与酸溶液的质量比为1:10～50。
5.如权利要求1所述的增白硅酸盐粘土矿物的方法，其特征在于：步骤(1)中，室温浸渍的时间为1～2天。
6.如权利要求1所述的增白硅酸盐粘土矿物的方法，其特征在于：步骤(2)中，140～250℃水热反应的时间为3～20h。
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