CN109809422A - 一种提纯凹凸棒土的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提纯凹凸棒土的方法，属于凹凸棒提纯技术领域。该高比表面积的提纯凹土工艺流程包括以下步骤：将球磨筛分后的凹土原土加入到分散剂溶液中，随后离心洗涤加入盐酸溶液，在胶体磨中充分混合1小时离心分离加入氨水溶液，在磁力搅拌器中搅拌后离心，加入去离子水混合均匀后离心，取上清液喷雾干燥即可得到比表面积高达151.6m2/g的提纯凹土。该工艺方法操作简单、安全性高，原材料价格低廉、储量丰富极易适用工业扩大生产，有较大的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备高比表面积的提纯凹凸棒土的方法，属于凹凸棒提纯技术领域。
背景技术
凹凸棒土(下称凹土)是指以凹凸棒石为主要组分的一种粘土矿物，常含有蒙脱石、高岭土、海泡石、水云母、石英、蛋白石和碳酸盐等杂质矿物。凹凸棒石是具有层链状结构的含水镁铝硅酸盐晶体，棒状、纤维状，长500～5000nm，宽50～150nm。晶体内部存在大量沸石孔道，表面凹凸相间，布满沟槽，使其具有较大的比表面积和强大的吸附力，大部分阳离子、水分子和一定大小的有机分子均可直接被吸附进孔道中，而且电化学性能稳定，不易被电解质所絮凝。纤维状纳米晶粒较大的比表面使其具有良好的吸附、脱色、热稳定、抗盐及造浆等性能，广泛用于工业、环保业及农业。
由于凹土有较好的亲水性，储水性，控水性和吸附性。在20世纪30年代美国开采凹凸棒土主要应用于钻井泥浆、沥青混合材料等，随着对不同产品的开发，凹土逐渐应用于油脂的脱色、胶黏剂等，目前用于宠物垫、杀虫剂载体、液体饲料载体等高附加值的生物应用。我国凹土储量丰富，尤其以甘肃的矿藏极为丰富，然而含大量杂质的凹土很难直接应用于各个领域，如医药和化妆品行业对所使用的凹凸棒土的要求就很高，所以必须经过提纯处理才能得到应用。因此对甘肃的凹土矿藏开发利用，发挥凹凸棒石作为一种纳米材料的独特性能，提高凹土的比表面积使其具有更加优异的性能具有重大的实际意义。
目前已有较多学者研究提纯凹凸棒土粘土材料。研究者基本沿着湿法提纯材料这条主线进行实验，一般使用分散剂加超声装置，金叶玲等人[金叶玲,陈静,钱运华,et al.超声水热法制备高纯超细凹凸棒石黏土[J].非金属矿,2005,28(3):42-44.]研究了分散剂六偏磷酸钠协同超声水热法,能有效提纯和细化凹土，结果表明：在温度为40℃下超声，并添加3％六偏磷酸钠得到的产品纯度较高。同时齐治国等人[齐治国,史高峰,白利民,etal.甘肃凹凸棒矿石的分离与纯化研究[J].化工矿物与加工,2007,36(9):9-11.]未加分散剂的条件下超声后通过盐酸酸化分散凹凸棒土原土，得到纯度99％以上的产品。但是这些方法的不足之处在于：在工业化生产条件下，超声装置无法大规模普及生产，最后形成的提纯凹土材料纯度虽然提高，但是其比表面积并没有得到提高，提纯凹土无法得到有效利用。所以如何在提纯凹土前提下提高凹土性能，增加其比表面积，使之得到工业化的利用目前仍是一个挑战。
本发明将从提纯机理入手，尝试通过后处理改性的方式提高凹土的比表面积，同时保证高效的提纯效益。希望通过添加分散剂的方式，对凹土原土进行初步提纯。再引入酸化和氨化过程，酸化条件下去掉凹土中含有可溶性碳酸盐，氨化过程去掉凹土表面及孔隙中残留的酸性物质，最后进行高温喷雾干燥，提高比表面积又可以挥发掉氨回归中性。这样可以有效制备高比表面积的纯化凹土，同时满足大规模生产的要求，价格低廉，无环境污染。
发明内容
本发明提供了一种提纯凹凸棒土的方法，并可有效提高凹土的比表面积和吸附活性。
为实现上述目的，本发明高比表面积纯化凹凸棒土的制备方法，技术方案如下：
(1)将凹凸棒粘土原矿经球磨机球磨以及振动筛分之后得到粒径大小为3-10μm的粉末，随后加入到分散剂溶液中在胶体磨中均匀混合研磨至少1小时，将溶液离心洗涤，取出备用；
其中所述分散剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或两种，分散剂溶液的浓度为2-10wt％；
其中所述纯化机理是：分散剂的主要作用是极大地增强颗粒间的排斥作用能，有效的地改善凹凸棒土晶体在水中的分散性能。分散剂以化学吸附形式吸附在凹凸棒土表面，增大凹凸棒土表面电位的绝对值，这样通过位阻排斥作用能和水化排斥作用能有效分散凹凸棒土颗粒，从而有利于粉碎后的原矿土提纯达到纳米分散。此外与凹凸棒石原矿中所含的Fe3+等金属杂质离子发生化学反应，生成磷酸铁等沉淀，达到对凹凸棒土脱色和纯化的目的。
(2).将步骤(1)经过分散剂处理的凹土分散到酸性溶液，在胶体磨中充分研磨混合至少1小时，随后将酸化凹土离心分离后分散到碱性溶液中，搅拌至少30分钟后离心后，加入去离子水混合均匀后再离心，取上清液采用喷雾热处理即可得到提纯后的凹土。
其中所述酸性溶液为盐酸，溶液浓度为0.5-6mol/L。
其中所述碱性溶液为氨水，溶液浓度为0.5-6mol/L。
其中所述喷雾热处理干燥温度为250-300℃。
其中所述酸活化机理是：由于凹凸棒矿石中还含有可溶性碳酸盐，酸化对凹土能更好地提高其吸附性能和纯度。
对得到的产物进行表征。如图1其扫描电镜照片显示出制备的产物为球状，是由于喷雾干燥过程形成无数小液滴状的凹土溶液，在300℃下去除水分后将棒状的凹土团聚形成球状产物。图2为产物的X射线衍射图谱，图中显示出SiO2的特征峰完全消失，同时其余的特征峰符合凹土晶体结构，提纯度接近100％。图4为提纯凹凸棒土的吸附脱附曲线，对其比表面积进行测试发现可达151.6m2/g，同凹土原土的37m2/g数据相比有极大的提升。
综上，本发明的工艺方法经过提纯处理可以得到高比表面积的纯化凹土。原材料成本低廉，来源广泛，反应操作简单安全性高，后处理易行，极易适用工业扩大生产。
本发明的有益效果在于：(1)优化工艺流程，采用先加分散剂一次提纯，随后酸活化后氨化的二次提纯思路，有效的去除凹土的杂质。(2)溶液混合除杂过程都在胶体磨中进行，比超声设备更加廉价易得。(3)对除杂的凹土在300℃下喷雾干燥改性，挥发掉氨气回归中性的条件下有效提高凹土的比表面积达151.6m2/g。(4)凹土为天然矿物材料，储量丰富，从提纯到制备手段的整个流程的成本低廉，极适用于工业扩大生产。
附图说明
图1为实施例1中提纯凹凸棒土的扫描电镜图。
图2为实施例1中未提纯凹凸棒土的X射线衍射图谱。
图3为实施例1中提纯凹凸棒土的X射线衍射图谱。
图4为实施例1中提纯凹凸棒土的吸附脱附曲线。
图5为实施例2中提纯凹凸棒土的扫描电镜图。
图6为实施例2中提纯凹凸棒土的X射线衍射图谱。
具体实施方式
下面结合实施对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
A、凹凸棒土的一次提纯：
将凹凸棒石黏土原矿经球磨机球磨以及振动筛分之后得到粒径大小为5um左右的粉末称取10g原土粉末备用，称取0.3g六偏磷酸钠加入到1L溶液中配置成质量分数为3％的分散剂溶液，随后倒入胶体磨中和原土粉末均匀混合，使凹土原土在分散剂溶液中充分分散。一小时将混合溶液离心洗涤1次取出备用。
B、凹凸棒土的二次提纯：
将步骤A经过分散剂处理的凹土加入到200ml的1mol/L盐酸溶液中，在胶体磨中充分混合1小时后，随后将酸化凹土离心分离加入到200ml的1mol/L氨水溶液中，在磁力搅拌器中搅拌30分钟后离心备用。
C、凹凸棒土的加热改性：
对步骤B中的氨化凹土加入400ml去离子水后搅拌均匀以1500r/min的离心速率离心5min，取离心后的上清液喷雾干燥，操作温度为300℃，即可得到改性后的纯化凹土。
具体数据：扫描电镜照片参见图1，未提纯凹土X射线衍射图谱参见图2，提纯凹土X射线衍射图谱参见图3，提纯凹凸棒土的吸附脱附曲线见图4。
实施例2
称取0.8g焦磷酸钠加入到1L溶液中配置成质量分数为8％的分散剂溶液，随后倒入胶体磨中和原土粉末均匀混合，使凹土原土在分散剂溶液中充分分散。
其他同实施例1。
具体数据：扫描电镜照片参见图5，X射线衍射图谱参见图6。
Claims (6)
1.一种提纯凹凸棒土的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将凹凸棒粘土原矿经球磨机球磨以及振动筛分之后得到粒径大小为3-10μm的粉末，随后加入到分散剂溶液中在胶体磨中均匀混合研磨至少1小时，将溶液离心洗涤，取出备用；
(2).将步骤(2)经过分散剂处理的凹土分散到酸性溶液，在胶体磨中充分研磨混合至少1小时，随后将酸化凹土离心分离后分散到碱性溶液中，搅拌至少30分钟后离心后，加入去离子水混合均匀后再离心，取上清液采用喷雾热处理即可得到提纯后的凹土。
2.按照权利要求1所述的一种提纯凹凸棒土的方法，其特征在于，其中步骤(1)所述分散剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或两种，分散剂溶液的浓度为2-10wt％。
3.按照权利要求1所述的一种提纯凹凸棒土的方法，其特征在于，其中步骤(2)所述酸性溶液为盐酸，溶液浓度为0.5-6mol/L。
4.按照权利要求1所述的一种提纯凹凸棒土的方法，其特征在于，其中步骤(2)所述碱性溶液为氨水，溶液浓度为0.5-6mol/L。
5.按照权利要求1所述的一种提纯凹凸棒土的方法，其特征在于，其中步骤(2)所述喷雾热处理干燥温度为250-300℃。
6.按照权利要求1-5任一项所述的方法制备得到的凹凸棒。
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