CN107857278A - 人工锂皂石及其制备方法 - Google Patents

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刘小祥
王倩
孙海超
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Abstract

本发明公开了一种人工锂皂石及其制备方法，其步骤为：由去离子水与LiF搅拌均匀后得到浆液A；将Mg(OH)2置于浆液A中搅拌均匀，得到浆液B；将SiO2置于由浆液B中搅拌均匀，得到浆液C；将浆液C在180±10℃下晶化，干燥产物后得到所述锂皂石。本发明通过采用人工水热法，以Mg(OH)2、SiO2、LiF为原料，得到一种新型人工锂皂石，改进了传统工艺中反应条件苛刻、原料成本高等问题，能够节能减排及优化产物。

Description

人工锂皂石及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂皂石的制备方法，尤其涉及一种采用人工水热法合成锂皂石的制备方法。
背景技术
锂皂石属稀缺特种粘土，是一种含镁锂的层状硅酸盐矿物，具有优异的分散性、增稠性、吸附性。然而天然锂皂石矿物极其稀缺，且杂质粒径分布宽，难以提纯。人工锂皂石不但与天然锂皂石结构和性质相似，且纯度高、水中溶胀性优良，因而具有广阔的发展前景。水热合成法具有步骤简单、反应条件温和等特点，在恰当的原料配比与反应条件下，可获得粒度分布范围小、热稳定性好的锂皂石产品。(参见聂建华,郑大锋,皮丕辉,等.锂皂石有机改性研究进展[J].化工进展,2008,27(12):1903-1910.)
通常，锂皂石通过使用氢氧化镁、氟化锂和硅溶胶,以1～3％的固液比在100～200℃下水热反应数小时得到。这样不仅会消耗大量的水，还会消耗大量的能量。(参见周春晖,杜泽学,李小年等.水热体系合成锂皂石结构的演化和影响规律研究[J].无机化学学报,2005,21(9):1327-1332.。
发明内容
本发明的目的是提供一种人工锂皂石及其制备方法，以使用简便的制备工艺制备胶质价、膨胀容良好的人工锂皂石。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种人工锂皂石及其制备方法，包括以下步骤：
步骤1、由去离子水与LiF搅拌均匀后得到浆液A；
步骤2、将Mg(OH)2置于浆液A中搅拌均匀，得到浆液B；
步骤3、将SiO2置于由浆液B中搅拌均匀，得到浆液C；
步骤4、将浆液C在180±10℃下晶化，干燥产物后得到所述锂皂石。
上述步骤中，LiF、Mg(OH)2和SiO2三者的质量比为1:10:15。
上述步骤中，LiF、Mg(OH)2和SiO2的总质量与去离子水的质量比为1:5。
上述步骤中，晶化时间为0.5～12h。
更优选的，上述步骤中，晶化时间为6～12h。
本发明与现有技术相比，具有下列优点：
1、本发明通过采用人工水热法，以Mg(OH)2、SiO2、LiF为原料，得到一种新型人工锂皂石，改进了传统工艺中反应条件苛刻、原料成本高等问题，能够节能减排及优化产物。
2、本发明通过控制时间、温度、原料比、固液比，得到最佳的收率。
附图说明
图1为实施例一中水热法制备人工锂皂石的流程示意图。
图2为实施例一中所得人工锂皂石的XRD分析图。
图3为实施例一中所得人工锂皂石的FT-IR表征图。
图4为实施例一中所得人工锂皂石的TG-DSC表征图。
图5为实施例二中不同反应时间所得人工锂皂石的胶质价及膨胀容分析结果。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
本发明所述的人工锂皂石的制备流程参见附图1。
实施例一：
准确称量31.00g去离子水加入到50mL烧杯中，再用准确称量0.27g LiF加入到上述烧杯中，搅拌10min，得到浆液A。准确称量2.33g Mg(OH)2，加入到浆液A中，搅拌1h，得到浆液B。准确称量3.60g SiO2，在1.5h内缓慢搅拌加入浆液B中，得到浆液C。将浆液C转移到内衬有聚四氟乙烯的晶化釜中，在180℃下反应12h，在0.5h、1h、2h、4h、6h、12h时分别取样分析。冷却后取出反应产物，干燥2天即可得到锂皂石。
对所得产物分别进行XRD分析，如图2，晶化0.5h后，产物中残留大量未反应完全的产物，其中包括氢氧化镁、氟化锂。反应1h后，氢氧化镁的衍射峰、氟化锂的衍射峰都有不同程度的减少，同时在7°附近出现了层状材料的001晶面衍射峰，表明在反应1h后已经有部分原料已转化为锂皂石。随着进一步的反应，2h后氢氧化镁的衍射峰、氟化锂的衍射峰已逐渐消失。4h时，在5.52°、19.42°、28.76°、34.99°、53.49°、61.03°、72.58°处出现衍射峰,反应体系中已生成大量的锂皂石。随着进一步的反应，反应12h后，222晶面衍射峰进一步增加，表明锂皂石结晶进一步完善。上述结果表明,随着晶化时间的增加,体系中氢氧化镁和氟化锂逐步减少,硅、锂物种转化进入锂皂石结构。随着晶化时间的增加,多相体系近于消失,产物为纯度高和结晶好的锂皂石。
对所得产物分别进行红外分析，如图3，0.5h时，在3697cm-1、2352cm-1和803cm-1附近存在吸收峰，随着反应增加，在反应1h后消失，表明在过短的反应时间(0.5h)，反应产物中还含有其他的杂质(如未反应的原料等)。在1006cm-1附近的强吸收带，归属于锂皂石的硅氧四面体的Si-O-Si的不对称伸缩振动，为锂皂石的主要特征之一，反应了锂皂石层状结构与层间区域的完整程度。659cm-1附近的吸收峰是锂皂石的另一独特吸收峰，归属于Mg-O-Mg的弯曲振动；而在470cm-1附近强吸收带则是由于Si-O-Mg的变形震动所引起的吸收峰。综上可看出红外分析所得到的结果与粉末XRD分析结果基本一致。
对所得产物分别进行热重分析，如图4，晶化1h～12h的产物，在50～70℃之间都出现了第一个失重和吸热，这是由于层间水和吸附水的脱失所引起的。晶化0.5h的产物在50～70℃之间基本观察不到吸热峰，表明层状结构尚未完全形成，这与粉末X射线衍射谱图所得到的结果是一致的。另外，晶化0.5h～2h的产物，在400℃附近有一个较强的失重与吸热峰，归属于氢氧化镁的失重与吸热，且随着晶化时间的增加该峰逐渐减小。这表明随着晶化时间的增加，晶化产物进一步趋于稳定，结晶度逐渐增加。
实施例二：
分别将实施例一制备的锂皂石试样置于盛有一定去离子水的量筒中，混合均匀后加入氧化镁，放置沉降24h，按照《非金属矿物化性能测试规程DZG93-96》对样品的胶质价进行测试。结果如图5所示。
分别将实施例一制备的锂皂石试样置于盛有一定浓度盐酸的量筒中，混合均匀后放置沉降24h，按照《非金属矿物化性能测试规程DZG93-96》对样品的膨胀容进行测试。结果如图5所示。
产物的胶质价随着反应时间的增加而增加。然而，产物的膨胀容在反应6h时达到最大值后，随着反应时间的增加略有下降。由于6h产物的性质与12h产物相比差别不大，并考虑晶化时间增长所带来的能量消耗等问题，将6h作为进一步研究的反应时间。

Claims (6)

1.人工锂皂石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、由去离子水与 LiF搅拌均匀后得到浆液A；
步骤2、将Mg(OH)2置于浆液A中搅拌均匀，得到浆液B；
步骤3、将SiO2置于由浆液B中搅拌均匀，得到浆液C；
步骤4、将浆液C在180±10℃下晶化，干燥产物后得到所述锂皂石。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于， LiF、Mg(OH)2和SiO2三者的质量比为1:10:15。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于， LiF、Mg(OH)2和SiO2的总质量与去离子水的质量比为1:5。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，晶化时间为0.5~12h。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，晶化时间为6~12h。
6.如权利要求1-5任一所述的方法制备的人工锂皂石。
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