CN105836753A - 一种蒙脱石水法提纯方法 - Google Patents

Abstract

一种蒙脱石水法提纯方法，包括下述工艺：选矿及预处理、除杂、破碎、制浆、分离、挤压改性处理、晾晒、烘干、粉碎、粒度检测、质检、入库。由于本发明选用优质的蒙脱石矿石，特别是使用了火山尘埃飘落静态湖底沉积形成的蒙脱石原矿，其矿石自身蒙脱石的含量就很高，在经过本发明所述方法进行精加工，提纯后的蒙脱石含量达到98%以上，无需进一步提纯加工处理，既可以达到饲料、兽药等级别使用。

Description

一种蒙脱石水法提纯方法

技术领域

本发明涉及一种蒙脱石矿石提纯方法，特别提供了一种蒙脱石水法提纯方法。

背景技术

近年来，随着蒙脱石研发技术的提高和改良，蒙脱石已广泛地应用于医药、饲料、兽药、养殖等领域，尤其在是畜牧业上的应用，更是以止泻、脱霉脱菌、净化水质、止血消炎、抵抗应激等方面的应用成为热点。特别是蒙脱石是一种绿色、天然环保的产品，没有任何的毒副作用，更是得到了广泛的应用。

蒙脱石存在于天然膨润土中，高纯度蒙脱石由膨润土加工而得的。蒙脱石的提纯方法大体分为干法提纯及湿法提纯。目前蒙脱石矿产的提纯多以风选提纯法为主，即干法提纯。干法提纯主要用于对蒙脱石含量不大于90%的原矿提纯，它是根据天然矿石中杂质的硬度和密度都较大的特点，通过逐级分离将杂质分开，从而得到精制蒙脱石。干法提纯的优点是流程简便，处理量大；但是缺点是提取纯度不高，效果不好，对蒙脱石原矿内的杂质去除率低。

现在常用的另一种提纯方法为水处理提纯，即湿法提纯。湿法提纯主要有以自然沉降法、重液分离法、絮凝法和离心分离法等为主。传统湿法提纯适用于蒙脱石含量在60%~80%间的中低品味蒙脱石的提纯。湿法提纯的优点是对蒙脱石原矿杂质去除率较高，但缺点是对蒙脱石附加原料及添加剂融合率不高，稳定性较差。

发明内容

本发明具体提供了一种蒙脱石水法提纯方法，包括下述工艺：

A、选矿及预处理：挑选优质蒙脱石原矿，抽样检测原矿中的蒙脱石含量、重金属含量以及潜在的有害物质含量。

B、除杂：将蒙脱石原矿进行风选，去除其中的杂草；再通过人工操作去除其中的碎沙石块。

C、破碎：将除杂后的蒙脱石破碎成0.3~0.5cm的碎粒。

D、制浆：将蒙脱石和水放入搅拌池，调配到蒙脱石质量分数10~15%，在800r/min速度下搅拌30min，静置4h沉降。

E、分离：去除沉降后的下层泥沙杂质，将上层液浆在500r/min的转速下离心分离得到液体和浆料；在得到的液体中加入质量分数5%的碳酸钠溶液，添加量为得到液体总质量的5%，在不低于15℃环境下使用1000r/min的速度搅拌3~4小时后，在3500r/min的转速离心分离，将得到的浆料与本步骤初得到的浆料混合形成待处理浆料；将得到的液体作为生产用水加入到步骤D中的搅拌池，与蒙脱石碎粒混合搅拌。

当蒙脱石遇水吸收后，分子结构会自行剥离，形成粒径更小的“蒙脱石片”，可以水化到1~3um；相当于5000目~8000目，其在液体中的状态接近亚纳米级；本步骤的主要目的就是使蒙脱石自身剥片变小，以便清除杂质，提升其纯度；

F、挤压改性处理：向步骤E得到的待处理浆料中投放例如酵母细胞壁、食用型铁锌钙等添加剂，搅拌1~2h至搅拌均匀，送入深度脱水压滤机，使用100~200目的过滤网过滤，使用100~200目的过滤网过滤，通过率能够达到98%或以上。

所述的压滤机由隔膜板和厢式滤板排列组成滤室，输料泵将投放添加剂后的待处理浆料泵入滤室，通过滤布、滤料、滤网等过滤介质将待处理浆料中的固体和液体分离。

分离处理后，当待处理浆料中的固体形成滤饼后，向隔膜通入空气，对滤室内的固体充分压榨，将滤饼的含水量降至20~30%或以下，提高原料之间的结合性，得到半干滤饼。

该步的反应原理为：蒙脱石是典型的叠层状铝硅酸盐矿物，其能直接使用或提纯后使用。其单位晶胞是由两层Si-O四面体夹一层Al-O八面体构成。当晶胞四面体内Si被Al等、八面体内Al被Mg等质同离子相置换时，蒙脱石晶胞便带有过剩的负电荷，其负电荷量每单位半晶胞负电荷约为0.2～0.6个。为了保持晶胞电荷平衡，晶胞层间吸附了等量的Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等水化离子，这种离子间的吸附力相对较弱，层间阳离子易被作用力强、活性强、浓度相对大的其他阳离子置换，尤其是分子量较大的重金属离子或体积较大的有机阳离子更容易被置换。

同时由于蒙脱石特殊的叠层状结构，尤其是经过添加了碳酸钠等进行了人工钠化等改性后的有机化蒙脱石，在受外力或热量的作用时，层与层之间极易发生滑移、剥离直至分散解离。剥离或解离后的矿物具有较大的比表面积，对重金属和有机物或基团等又具有较强的吸附作用。因此，品质优良的蒙脱石原矿石经过水洗提纯并压滤机挤压后能够很好地与有益原料进行吸附结合。

G、晾晒：在太阳光线充足的自然环境下，晾晒半干滤饼至含水量为20%或以下，攒堆存放。

H、烘干：在90~105℃的环境下烘干晾晒后的半干滤饼至含水量8%~12%，形成蒙脱石半成品。

当温度达到100～200℃时，蒙脱石中的水分子会逐渐跑掉，这个过程并不破坏单元层的结构；失水后的蒙脱石还可以重新吸收水分子或其它极性分子或者离子。

I、粉碎：使用雷蒙机粉碎烘干后的蒙脱石半成品，粉碎后的粒径为200~800目，得到准成品；

J、粒度检测：检测准成品的粒度，对于达到粒度标准的准成品送至包装，成成品；对于不符合粒度标准的非标准品通过步骤I再次粉碎；

K、成品经过质检后，入库保存。

蒙脱石原料中的有害物质主要为二噁英、方英石、铅、汞其中之一或其组合。

二噁英是一种高毒性物质，非常容易在生物体内积累，对人体危害严重。方英石是一种二氧化硅的矿物多形体，对动物及人类的有致癌的严重隐患。重金属中最为重要的有毒物为铅和汞，所以必须去除掉。

所述的添加剂为酵母细胞壁、食用级钙、食用级铁、食用级锌、维生素、微量元素其中之一或其组合。

添加剂的添加量为：添加剂: 待处理浆料为1:3~5。

酵母细胞壁能够达到调节肠道于吸附霉菌毒素的作用。添加比例约为蒙脱石原料质量的5%~10%；食用型铁锌钙的添加比例依不同种类饲料酌情添加，平均添加量约为蒙脱石原料质量的3~5%。

本发明综合了风选除杂、湿法沉降和挤压改性三种方法于一体，并且添加了用于离子交换的合成原料，使提纯后的蒙脱石纯度高达98％以上。通过离子交换使产品融合率、稳定性有大幅度提高。

由于蒙脱石是由颗粒极细且含水的铝硅酸盐构成的矿物，它们一般为块状或土状。由于自然界产出的蒙脱石绝大部分为钙基蒙脱石，钙基蒙脱石性能差，不稳定，所以添加合成原料，采用离子置换的方法，将钙基蒙脱石改性为性能更加稳定的合成原料蒙脱石。当温度达到100～200℃时，蒙脱石中的水分子会逐渐跑掉，但这个过程并不破坏结构单元层的结构；失水后的蒙脱石还可以重新吸收水分子或其它极性分子。其化学式可表示为

Ex (H₂O)₄{(Al₂x，Mgx)₂(OH)₂}。蒙脱石改性分为钠化改性、铝改性、有机化改性等。所谓的改性就是利用蒙脱石失水后留下的空隙，吸附其它分子或物质，是蒙脱石的某种性能发生改变。

蒙脱石属于2:1型结构单元层的二八面体型，单位晶胞由两片顶角朝里的Si-O四面体中夹一片Al-O或Mg-O八面体形成一结构层。处于八面体空隙中的三价Al³⁺、Fe³⁺、和Cr³⁺离子常常被低价离子取代，如Mg²⁺代替Al³⁺、Al³⁺代替Si⁴⁺，等。由于部分高价阳离子被低价阳离子所取代，使结构层中的氧负电荷过剩。为了保证电荷平衡，水分子、Na⁺和Ca²⁺等交换性阳离子、有机液体可以进入层间结构，因此蒙脱石具有阳离子交换能力。

不同的无机阳离子与蒙脱石层间的亲合力主要受阳离子的电荷数及其水化能控制。阳离子的水化能越小、电荷数越低，与粘土矿物层间的亲合力就越强。常见的亲合力顺序对碱金属而言为Cs⁺>Rb⁺>Na⁺>Li⁺，对碱土金属而言为Ba²⁺>Sr²⁺>Ca²⁺>Mg²⁺。蒙脱石中某些离子交换反应是可逆的，而某些离子交换反应是不可逆的。

无机阳离子与蒙脱石的离子交换反应可分为三个阶段：初始阶段以表面吸附为主，后期阶段以层间离子交换为主，中期阶段为过渡阶段、介于表面吸附和层间离子。

如用-X代替蒙脱石化学式，那么蒙脱石改性反应则为：

X-Ca＋2（合成原料中离子）⁺ →2改性蒙脱石＋Ca²⁺

在蒙脱石的改性过程中，离子交换可自动发生，与时间和温度有关。Ca-蒙脱石改性实验证明：离子与Ca-蒙脱石的Ca²⁺离子交换为一级反应，反应的活化能Ea为16.23kJ/mol，反应的频率因子为1.00048，反应初期离子交换速率非常快，后期较慢并与时间成线性关系。

正是运用蒙脱石这一性质，添加合成原料使其与Ca化蒙脱石中的Ca²⁺置换，在一定的条件下使合成原料中的阳离子置换结构层间的Ca²⁺、Mg²⁺离子，从而实现结构层间离子的置换改性。提高产品融合率，获得性能更加稳定的蒙脱石产品。

由于本发明选用优质的蒙脱石矿石，特别是使用了火山尘埃飘落静态湖底沉积形成的蒙脱石原矿，其矿石自身蒙脱石的含量就很高，在经过本发明所述方法进行精加工，提纯后的蒙脱石含量达到98%以上，无需进一步提纯加工处理，既可以达到饲料、兽药等级别使用。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：

图1为蒙脱石水法提纯方法工艺流程简图。

具体实施方式

实施例1

本实施例具体提供了一种蒙脱石水法提纯方法，包括下述工艺：

A、选矿及预处理：挑选优质蒙脱石原矿，抽样检测原矿中的蒙脱石含量、重金属含量以及潜在的有害物质含量。

B、除杂：将蒙脱石原矿进行风选，去除其中的杂草；再通过人工操作去除其中的碎沙石块。

C、破碎：将除杂后的蒙脱石破碎成0.3~0.5cm的碎粒。

D、制浆：将蒙脱石和水放入搅拌池，调配到蒙脱石质量分数10~15%，在800r/min速度下搅拌30min，静置4h沉降。

E、分离：去除沉降后的下层泥沙杂质，将上层液浆在500r/min的转速下离心分离得到液体和浆料；在得到的液体中加入质量分数5%的碳酸钠溶液，添加量为得到液体总质量的5%，在不低于15℃环境下使用1000r/min的速度搅拌3~4小时后，在3500r/min的转速离心分离，将得到的浆料与本步骤初得到的浆料混合形成待处理浆料；将得到的液体作为生产用水加入到步骤D中的搅拌池，与蒙脱石碎粒混合搅拌。

当蒙脱石遇水吸收后，分子结构会自行剥离，形成粒径更小的“蒙脱石片”，可以水化到1~3um；相当于5000目~8000目，其在液体中的状态接近亚纳米级；本步骤的主要目的就是使蒙脱石自身剥片变小，以便清除杂质，提升其纯度；

F、挤压改性处理：向步骤E得到的待处理浆料中投放例如酵母细胞壁、食用型铁锌钙等添加剂，搅拌1~2h至搅拌均匀，送入深度脱水压滤机，使用100~200目的过滤网过滤，使用100~200目的过滤网过滤，通过率能够达到98%或以上。

所述的压滤机由隔膜板和厢式滤板排列组成滤室，输料泵将投放添加剂后的待处理浆料泵入滤室，通过滤布、滤料、滤网等过滤介质将待处理浆料中的固体和液体分离。

分离处理后，当待处理浆料中的固体形成滤饼后，向隔膜通入空气，对滤室内的固体充分压榨，将滤饼的含水量降至20~30%或以下，提高原料之间的结合性，得到半干滤饼。

该步的反应原理为：蒙脱石是典型的叠层状铝硅酸盐矿物，其能直接使用或提纯后使用。其单位晶胞是由两层Si-O四面体夹一层Al-O八面体构成。当晶胞四面体内Si被Al等、八面体内Al被Mg等质同离子相置换时，蒙脱石晶胞便带有过剩的负电荷，其负电荷量每单位半晶胞负电荷约为0.2～0.6个。为了保持晶胞电荷平衡，晶胞层间吸附了等量的Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等水化离子，这种离子间的吸附力相对较弱，层间阳离子易被作用力强、活性强、浓度相对大的其他阳离子置换，尤其是分子量较大的重金属离子或体积较大的有机阳离子更容易被置换。

同时由于蒙脱石特殊的叠层状结构，尤其是经过添加了碳酸钠等进行了人工钠化等改性后的有机化蒙脱石，在受外力或热量的作用时，层与层之间极易发生滑移、剥离直至分散解离。剥离或解离后的矿物具有较大的比表面积，对重金属和有机物或基团等又具有较强的吸附作用。因此，品质优良的蒙脱石原矿石经过水洗提纯并压滤机挤压后能够很好地与有益原料进行吸附结合。

G、晾晒：在太阳光线充足的自然环境下，晾晒半干滤饼至含水量为20%或以下，攒堆存放。

H、烘干：在90~105℃的环境下烘干晾晒后的半干滤饼至含水量8%~12%，形成蒙脱石半成品。

当温度达到100～200℃时，蒙脱石中的水分子会逐渐跑掉，这个过程并不破坏单元层的结构；失水后的蒙脱石还可以重新吸收水分子或其它极性分子或者离子。

I、粉碎：使用雷蒙机粉碎烘干后的蒙脱石半成品，粉碎后的粒径为200~800目，得到准成品；

J、粒度检测：检测准成品的粒度，对于达到粒度标准的准成品送至包装，成成品；对于不符合粒度标准的非标准品通过步骤I再次粉碎；

K、成品经过质检后，入库保存。

蒙脱石原料中的有害物质主要为二噁英、方英石、铅、汞其中之一或其组合。

二噁英是一种高毒性物质，非常容易在生物体内积累，对人体危害严重。方英石是一种二氧化硅的矿物多形体，对动物及人类的有致癌的严重隐患。重金属中最为重要的有毒物为铅和汞，所以必须去除掉。

所述的添加剂为酵母细胞壁、食用级钙、食用级铁、食用级锌、维生素、微量元素其中之一或其组合。

添加剂的添加量为：添加剂: 待处理浆料为1:3~5。

酵母细胞壁能够达到调节肠道于吸附霉菌毒素的作用。添加比例约为蒙脱石原料质量的5%~10%；食用型铁锌钙的添加比例依不同种类饲料酌情添加，平均添加量约为蒙脱石原料质量的3~5%。

本实施例综合了风选除杂、湿法沉降和挤压改性三种方法于一体，并且添加了用于离子交换的合成原料，使提纯后的蒙脱石纯度高达98％以上。通过离子交换使产品融合率、稳定性有大幅度提高。

由于蒙脱石是由颗粒极细且含水的铝硅酸盐构成的矿物，它们一般为块状或土状。由于自然界产出的蒙脱石绝大部分为钙基蒙脱石，钙基蒙脱石性能差，不稳定，所以添加合成原料，采用离子置换的方法，将钙基蒙脱石改性为性能更加稳定的合成原料蒙脱石。当温度达到100～200℃时，蒙脱石中的水分子会逐渐跑掉，但这个过程并不破坏结构单元层的结构；失水后的蒙脱石还可以重新吸收水分子或其它极性分子。其化学式可表示为

Ex (H₂O)₄{(Al₂x，Mgx)₂(OH)₂}。蒙脱石改性分为钠化改性、铝改性、有机化改性等。所谓的改性就是利用蒙脱石失水后留下的空隙，吸附其它分子或物质，是蒙脱石的某种性能发生改变。

蒙脱石属于2:1型结构单元层的二八面体型，单位晶胞由两片顶角朝里的Si-O四面体中夹一片Al-O或Mg-O八面体形成一结构层。处于八面体空隙中的三价Al³⁺、Fe³⁺、和Cr³⁺离子常常被低价离子取代，如Mg²⁺代替Al³⁺、Al³⁺代替Si⁴⁺，等。由于部分高价阳离子被低价阳离子所取代，使结构层中的氧负电荷过剩。为了保证电荷平衡，水分子、Na⁺和Ca²⁺等交换性阳离子、有机液体可以进入层间结构，因此蒙脱石具有阳离子交换能力。

不同的无机阳离子与蒙脱石层间的亲合力主要受阳离子的电荷数及其水化能控制。阳离子的水化能越小、电荷数越低，与粘土矿物层间的亲合力就越强。常见的亲合力顺序对碱金属而言为Cs⁺>Rb⁺>Na⁺>Li⁺，对碱土金属而言为Ba²⁺>Sr²⁺>Ca²⁺>Mg²⁺。蒙脱石中某些离子交换反应是可逆的，而某些离子交换反应是不可逆的。

无机阳离子与蒙脱石的离子交换反应可分为三个阶段：初始阶段以表面吸附为主，后期阶段以层间离子交换为主，中期阶段为过渡阶段、介于表面吸附和层间离子。

如用-X代替蒙脱石化学式，那么蒙脱石改性反应则为：

X-Ca＋2（合成原料中离子）⁺ →2改性蒙脱石＋Ca²⁺

在蒙脱石的改性过程中，离子交换可自动发生，与时间和温度有关。Ca-蒙脱石改性实验证明：离子与Ca-蒙脱石的Ca²⁺离子交换为一级反应，反应的活化能Ea为16.23kJ/mol，反应的频率因子为1.00048，反应初期离子交换速率非常快，后期较慢并与时间成线性关系。

正是运用蒙脱石这一性质，添加合成原料使其与Ca化蒙脱石中的Ca²⁺置换，在一定的条件下使合成原料中的阳离子置换结构层间的Ca²⁺、Mg²⁺离子，从而实现结构层间离子的置换改性。提高产品融合率，获得性能更加稳定的蒙脱石产品。

由于本实施例选用优质的蒙脱石矿石，特别是使用了火山尘埃飘落静态湖底沉积形成的蒙脱石原矿，其矿石自身蒙脱石的含量就很高，在经过本实施例所述方法进行精加工，提纯后的蒙脱石含量达到98%以上，无需进一步提纯加工处理，既可以达到饲料、兽药等级别使用。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种蒙脱石水法提纯方法，其特征在于：包括下述工艺：

A、选矿及预处理：挑选优质蒙脱石原矿，抽样检测原矿中的蒙脱石含量、重金属含量以及潜在的有害物质含量；

B、除杂：将蒙脱石原矿进行风选，去除其中的杂草；再通过人工操作去除其中的碎沙石块；

C、破碎：将除杂后的蒙脱石破碎成0.3~0.5cm的碎粒；

D、制浆：将蒙脱石和水放入搅拌池，调配到蒙脱石质量分数10~15%，在800r/min速度下搅拌30min，静置4h沉降；

E、分离：去除沉降后的下层泥沙杂质，将上层液浆在500r/min的转速下离心分离得到液体和浆料；在得到的液体中加入质量分数5%的碳酸钠溶液，添加量为得到液体总质量的5%，在不低于15℃环境下使用1000r/min的速度搅拌3~4小时后，在3500r/min的转速离心分离，将得到的浆料与本步骤初得到的浆料混合形成待处理浆料；将得到的液体作为生产用水加入到步骤D中的搅拌池，与蒙脱石碎粒混合搅拌；

F、挤压改性处理：向步骤E得到的待处理浆料中投放添加剂，搅拌均匀后，送入深度脱水压滤机，使用100~200目的过滤网过滤；向隔膜通入空气，将滤饼的含水量降至20~30%或以下，得到半干滤饼；

G、晾晒：在太阳光线充足的自然环境下，晾晒半干滤饼至含水量为20%或以下，攒堆存放；

H、烘干：在90~105℃的环境下烘干晾晒后的半干滤饼至含水量8%~12%，形成蒙脱石半成品；

I、粉碎：使用雷蒙机粉碎烘干后的蒙脱石半成品，粉碎后的粒径为200~800目，得到准成品；

J、粒度检测：检测准成品的粒度，对于达到粒度标准的准成品送至包装，成成品；

对于不符合粒度标准的非标准品通过步骤I再次粉碎；

K、成品经过质检后，入库保存。

2.如权利要求1所述的蒙脱石水法提纯方法，其特征在于所述的添加剂为酵母细胞壁、食用级钙、食用级铁、食用级锌、维生素、微量元素其中之一或其组合。

3.如权利要求2所述的蒙脱石水法提纯方法，其特征在于所述的添加剂的添加量为:添加剂:待处理浆料为1:3~5。

4.如权利要求1所述的蒙脱石水法提纯方法，其特征在于所述的压滤机由隔膜板和厢式滤板排列组成滤室，输料泵将浆料泵入滤室，通过过滤介质将待处理浆料中的固体和液体分离。

5.按照权利要求1所述的蒙脱石水法提纯方法，其特征在于步骤J所述的颗粒标准为粒径为200目、300目、500目、800目其中之一。