CN109665536A - 凹土的提纯方法 - Google Patents

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刘斌
王卫
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Abstract

本发明公开了一种凹土的提纯方法,包括步骤:(1)粉末初选;(2)酸化处理;(3)碱化处理;(4)络合处理;(5)漂白,得到白色所述凹土。本发明具有工艺简单,易操作等特点,且能够在不影响凹凸棒石粘土原有性能的前提下,提高粉末的纯度,纯度高达98.5%,白度达到95%,为凹土棒粘土粉末的应用和发展具有非常重要的作用。

Description

凹土的提纯方法
技术领域
本发明涉及无机材料技术领域,尤其涉及一种凹土的提纯方法。
背景技术
凹凸棒石粘土(凹土)是以一种层链状过渡结构的含水富镁硅酸盐(凹凸棒石)为主的黏土矿产,高粘剂凹土以其优异的增稠性、悬浮性、悬挂性被广泛应用于发达国家的涂料、油漆行业中,具有非常高的使用价值,但由于凹土通常与白云石、方解石、石英、蛋白石等矿物质共生,因此降低了凹土粉末的纯度,直接影响其使用效果和使用范围。
目前,对凹土粉末进行提纯的工艺方法也有相关研究,美国专利No:6446601采用聚丙烯酸纳在溶液中对凹土粉末进行分散提纯的方法提高粉末的纯度,提高其使用效率,国内也有相关报道,金叶玲等(CN:1562865A)采用物理化学法进行除杂提纯制备高纯凹土的方法,以化学制剂配制成一定浓度的水溶液,在温度和机械力的作用下,与凹土充分分散和反应,提高凹土的纯度。但这些方法工艺较复杂,而且凹土在水溶液中难以充分悬浮,表面易发生聚合反应形成死凝结,影响提纯效果。
发明内容
发明目的:本发明提供了一种凹土的提纯方法,该提纯方法解决了现有的提纯技术中工艺复杂、提纯效果差的问题。
技术方案:本发明的凹土的提纯方法,包括以下步骤:
(1)将破碎研磨后的原凹土矿物在550-650℃下焙烧活化得到原凹土,然后向原凹土中加水、六偏磷酸钠和聚丙烯酸进行球磨,得到凹土浆液,静置24h,凹土浆液分成上层澄清层,中间凹土悬浮层以及下层沉降层,通过移液器取到中间凹土悬浮层。
(2)将步骤(1)中得到的中间凹土悬浮层加入酸液,然后在60-80℃的条件下酸化处理,静置6-10h,用移液器取中间悬浮层,得到酸化凹土浆液。
(3)向步骤(2)中得到的酸化凹土浆液中添加适量氢氧化钠进行碱化处理,用水洗至pH值到中性,静置6-10h,用移液器取中间悬浮层,得到碱化凹土浆液。
(4)向步骤(3)中碱化凹土浆液加入乙二胺四乙酸二钠和碳酸钠并混匀,并使凹土悬浮液中的杂质与多价金属离子络合成稳定的水溶性络合物,离心、过滤、在100-120℃下烘干,然后研磨过120目筛,得到初凹土。
(5)将步骤(4)中得到的初凹土配制成矿浆并加入还原剂,在60-80℃水浴中搅拌的条件下反应,反应后经离心、过滤、烘干,得到白色的所述凹土。
步骤(1)中,破碎研磨后的原凹土矿物需过120目筛,优选在600℃焙烧活化1h,按照原凹土与水的质量比为1:0.8-1的比例加入水,优选原凹土与水质量比1:0.8,六偏磷酸钠和聚丙烯酸添加量为凹土质量的2-5%。
步骤(2)中,酸液与中间凹土悬浮层的质量比为0.5-1:1,酸液的体积浓度为5-10%,优选10%,优选由硫酸和磷酸混合组成的酸液。
步骤(3)中,采用向酸化凹土浆液中加入NaOH溶液的方式来调整pH至6-8。乙二胺四乙酸二钠和碳酸钠的添加量是酸化凹土浆液质量的百分之2-5%
步骤(4)中,采用吸附和电化学作用使凹土悬浮液中的杂质分离,所述还原剂为三氯化钛和草酸一种或两种。其中,还原剂加入的量为初凹土的质量浓度的10-15%。
综上所述,凹土的提纯方法具体包括以下步骤:
(1)粉末初选:将原凹土矿物粉破碎研磨,过120目筛,送入高温马沸炉中在550-650℃焙烧活化1h得到原凹土,按照原凹土与水的质量比为1:0.8-1的比例加入水,加入原凹土质量的2-5%的六偏磷酸钠和2-5%的聚丙烯酸加入球磨机中以100转/分低速进行研磨2-4h处理,取出凹土浆液。静置24h,凹土浆液分成上层澄清层,中间凹土悬浮层以及下层沉降层,通过移液器取到中间凹土悬浮层。
(2)酸化处理:将中间凹土悬浮层加入体积比浓度5-10%的混酸液,依酸和凹土浆液质量比0.5-1:1加入,混酸液由硫酸和磷酸按照1:1混合组成,在80-100℃的水浴中用十字搅刀搅拌器以500r/min搅拌2-4h,酸化处理1-3h,得到酸化凹土浆液;
(3)碱化处理:将酸化凹土浆液加入5-8%质量浓度的NaOH溶液,调整悬浮液的pH值至6-8,再用十字搅刀搅拌器以500r/min搅拌2-4h,静置10h后,分离凹凸棒粘土悬浮液和沉积杂质层,得到碱化凹土浆液。
(4)络合处理:将碱化凹土浆液添加质量浓度5-8%的乙二胺四乙酸二钠和质量浓度5-8%的碳酸钠,用十字搅刀搅拌器以500r/min搅拌2-4h,通过吸附和电化学作用使得凹土棒粘土粉末中的白云石、石英等杂质分离,且与铁、铜、钙、镁等多价离子络合成稳定的水溶性络合物,离心并进行过滤,在100-120℃下烘干,然后研磨过120目筛,得到初凹土;
(5)漂白:将初凹土配成矿浆,放入三口烧瓶中,加入初凹土质量2-5%还原剂三氯化钛和草酸,放入60-80℃水浴中搅拌3h反应。反应后经离心、过滤,在100-120℃下烘干,得到白色凹土。
首先利用马沸炉中在600℃焙烧处理,提高凹土活性,疏松凹土结构,通过研磨超声等处理破坏凹土结构,将凹土矿附着泥沙等杂质充分分离,在48h静置后取上层凹土浆料,达到初步提纯效果。
再利用活性剂作为分散剂,进入凹凸棒粘土晶面之间,使晶体层间结合力变弱,晶体叠层松解,利用乙二胺四乙酸二钠作为提纯剂,施加适当的机械作用,通过吸附和电化学作用使得凹凸棒粘土与伴生矿如白云石、铁矿石、石英等杂质分离,通过碳酸钠与铁、铜、钙、镁等多价离子螯合成稳定的水溶性络合物,利用其络合作用来防止由金属引起的变色,从而达到改善凹土棒粘土粉末颜色的目的,获得性能优良的凹凸棒粘土。
本发明采用在水溶液中利用活性剂与凹土棒粘土进行充分反应,再利用无机盐与凹土棒粘土粉末中的杂质的电化学作用达到除杂提纯的效果。
本发明的主要特征在于首先利用活性剂吸附在凹土棒粘土表面,使得凹土棒粘土粉末在水中充分分散,再利用乙二胺四乙酸二钠盐可与钙、镁离子形成络合物促使碳酸盐溶解以去除碳酸盐,而不改变凹凸棒石的性质和结构;在凹土棒粘土粉末中加入碳酸钠,利用碳酸钠中Na离子和分散均匀的凹土棒粘土悬浮液中的Ca离子进行交换,产生碳酸钙沉淀,将凹土棒粘土悬浮液中的Ca离子去除;通过离心作用去除密度较大的石英和过滤最终悬浮液,通过干燥作用获得高纯的凹土棒粘土粉末,通过三氯化钛和草酸粉末的还原处理对凹土粉末进行漂白处理。
有益效果:1、本发明具有工艺简单,易操作等特点,且能够在不影响凹凸棒石粘土原有性能的前提下,提高粉末的纯度;2、通过XRD、TEM进行能谱分析,测算其主要化合物的百分含量,得到凹土的纯度高达98.5%,通过白度仪,得到凹土白度达到95%;3、为凹土棒粘土粉末的应用和发展具有非常重要的作用。
附图说明
图1是本发明中实施例1中提纯前后凹土的XRD对比图谱;
图2是本发明中实施例1中提纯前后凹土的SEM图,未提纯凹土(a)和提纯凹土(b)。
具体实施方式
实施例1
凹土的提纯方法,包括以下步骤:
(1)粉末初选:将原凹土矿物粉破碎研磨,过120目筛,送入高温马沸炉中在550℃焙烧活化1h得到原凹土,按照原凹土与水的质量比为1:0.8的比例加入水,加入原凹土质量的2%的六偏磷酸钠和2%的聚丙烯酸加入球磨机中以100转/分低速进行研磨2h处理,取出凹土浆液,静置24h,凹土浆液分成上层澄清层,中间凹土悬浮层以及下层沉降层,通过移液器取到中间凹土悬浮层。
(2)酸化处理:将中间凹土悬浮层加入体积比浓度5%的混酸液,依酸和凹土浆液质量比0.5:1加入,混酸液由硫酸和磷酸按照1:1混合组成,在80℃的水浴中用十字搅刀搅拌器以500r/min搅拌2h,酸化处理1h,得到酸化凹土浆液;
(3)碱化处理:将酸化凹土浆液加入5%质量浓度的NaOH溶液,调整悬浮液的pH值至6,再用十字搅刀搅拌器以500r/min搅拌2h,静置10h后,分离凹凸棒粘土悬浮液和沉积杂质层,得到碱化凹土浆液。
(4)络合处理:将碱化凹土浆液添加质量浓度5%的乙二胺四乙酸二钠和质量浓度5%的碳酸钠,用十字搅刀搅拌器以500r/min搅拌2h,通过吸附和电化学作用使得凹土棒粘土粉末中的白云石、石英等杂质分离,且与铁、铜、钙、镁等多价离子络合成稳定的水溶性络合物,离心并进行过滤,在100℃下烘干,然后研磨过120目筛,得到初凹土;
(5)漂白:将初凹土配成矿浆,放入三口烧瓶中,加入初凹土质量2%三氯化钛和2%草酸,放入60℃水浴中搅拌3h反应。反应后经离心、过滤,在10℃下烘干,得到白色凹土。
实施例2
凹土的提纯方法,包括以下步骤:
(1)粉末初选:将原凹土矿物粉破碎研磨,过120目筛,送入高温马沸炉中在650℃焙烧活化1h得到原凹土,按照原凹土与水的质量比为1:1的比例加入水,加入原凹土质量的5%的六偏磷酸钠和5%的聚丙烯酸加入球磨机中以100转/分低速进行研磨4h处理,取出凹土浆液。静置24h,凹土浆液分成上层澄清层,中间凹土悬浮层以及下层沉降层,通过移液器取到中间凹土悬浮层。
(2)酸化处理:将中间凹土悬浮层加入体积比浓度10%的混酸液,依酸和凹土浆液质量比1:1加入,混酸液由硫酸和磷酸按照1:1混合组成,在100℃的水浴中用十字搅刀搅拌器以500r/min搅拌4h,酸化处理3h,得到酸化凹土浆液;
(3)碱化处理:将酸化凹土浆液加入8%质量浓度的NaOH溶液,调整悬浮液的pH值至8,再用十字搅刀搅拌器以500r/min搅拌4h,静置10h后,分离凹凸棒粘土悬浮液和沉积杂质层,得到碱化凹土浆液。
(4)络合处理:将碱化凹土浆液添加质量浓度8%的乙二胺四乙酸二钠和质量浓度8%的碳酸钠,用十字搅刀搅拌器以500r/min搅拌4h,通过吸附和电化学作用使得凹土棒粘土粉末中的白云石、石英等杂质分离,且与铁、铜、钙、镁等多价离子络合成稳定的水溶性络合物,离心并进行过滤,在120℃下烘干,然后研磨过120目筛,得到初凹土;
(5)漂白:将初凹土配成矿浆,放入三口烧瓶中,加入初凹土质量5%三氯化钛和5%草酸,放入80℃水浴中搅拌3h反应。反应后经离心、过滤,在120℃下烘干,得到白色凹土。
按照实施例1中的操作工艺对盱眙欧柏特生产的200目凹凸棒石黏土粉末进行提纯操作,原粉末主要物相含有凹凸棒石和石英,如图1所示:对比提纯后矿物XRD图谱,可以看出提纯后石英的衍射峰基本消失,杂质相基本被去除,纯度可达到98%。采用扫描电子显微镜(SEM)对提纯前后的矿物的形貌进行分析,如图2所示:原粉末大量的棒状晶束团聚而成,中间夹杂了大量的颗粒状杂质。经提纯后,棒状凹凸棒石晶束分散性得到了很大的提高,晶束间基本上没有杂质存在。

Claims (7)

1.一种凹土的提纯方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将破碎研磨后的原凹土矿物在550-650℃下焙烧活化得到原凹土,然后向原凹土中加水并球磨,得到凹土浆液,最后向凹土浆液中加入水、六偏磷酸钠和聚丙烯酸并混匀,静置,得到上层凹土浆液;
(2)将步骤(1)中得到的上层凹土浆液加入酸液,然后在80-100℃的条件下活化处理,最后离心并过滤洗至中性,得到酸化凹土浆液;
(3)将步骤(2)中得到的酸化凹土浆液pH调整至6-8,混匀、静置,去上层得到凹土悬浮液;
(4)向步骤(3)中得到的凹土悬浮液中添加乙二胺四乙酸二钠和碳酸钠并混匀,并使凹土悬浮液中的杂质与多价金属离子络合成稳定的水溶性络合物,离心、过滤、烘干,然后研磨过筛,得到初凹土;
(5)将步骤(4)中得到的初凹土配制成矿浆并加入还原剂,在60-80℃、超声搅拌的条件下反应,反应后经离心、过滤、烘干,得到白色的所述凹土。
2.根据权利要求1所述的提纯方法,其特征在于:步骤(1)中,所述六偏磷酸钠和聚丙烯酸的质量浓度均为2-5%。
3.根据权利要求1所述的提纯方法,其特征在于:步骤(2)中,酸液与上层凹土浆液的质量比为0.5-1:1。
4.根据权利要求1所述的提纯方法,其特征在于:酸液的体积浓度为5-10%。
5.根据权利要求1所述的提纯方法,其特征在于:步骤(3)中,采用向酸化凹土浆液中加入加入NaOH溶液的方式来调整pH至6-8。
6.根据权利要求1所述的提纯方法,其特征在于:步骤(4)中,采用吸附和电化学作用使凹土悬浮液中的杂质分离并与多价金属离子络合成稳定的水溶性络合物。
7.根据权利要求1所述的提纯方法,其特征在于:步骤(5)中,所述还原剂为三氯化钛和草酸一种或两种。
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