CN110371994A - 固相反应除铁转白杂色黏土矿物的方法 - Google Patents

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卢予沈
汪琴
许江
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Abstract

本发明提供了一种固相反应除铁转白杂色黏土矿物的方法，固相反应除铁转白杂色黏土矿物的方法，是将天然产出的富铁黏土矿物粉末与酸、还原剂、络合剂混合后球磨处理1~6h后经对辊处理压成厚度为1~3 mm的薄片，再在80~160℃条件下反应4~12h，然后经充分洗涤、分离、干燥、粉碎处理，得到白色纳米硅酸盐产品。本发明采用了简单、绿色环保、高效的固相反应工艺，将自然界中储量丰富但品位较低、色泽较深的杂色黏土矿物除铁转白，转白后得到产品的综合性能显著提升，在抗生素、霉菌毒素吸附富集或脱除以及涂料、塑料或橡胶补强剂等领域应用前景广阔。

Description

固相反应除铁转白杂色黏土矿物的方法
技术领域
本发明涉及一种将杂色黏土矿物转白的方法，尤其涉及一种固相反应除铁转白杂色黏土矿物的方法，属于非金属矿物深加工和纳米材料制备技术领域。
背景技术
黏土矿物多为含水富镁铝硅酸盐矿物，因其独特结构和优异的理化性能，在橡胶、造纸、陶瓷、化工、农业等诸多领域得到了广泛应用。但天然黏土矿物中通常含有致色元素铁，使得天然黏土矿物呈现砖红色、橙红色等多种颜色，制约了在很多工业领域中的应用。
将杂色黏土矿物转变为白色是提高杂色黏土矿物应用价值和拓展应用领域的有效途径。目前常用的增白方法有还原增白、氧化增白、焙烧增白、着色增白以及酸浸增白等。CN101602898A公开了一种水洗-漂白-煅烧多种方法联用用于水洗铁染高岭土的增白方法。首先水洗除杂，然后使用漂白剂将三价铁还原成二价铁，最后通氯气煅烧生成气态的氯化铁盐除去，达到除杂增白的目的。但该工艺流程复杂，能耗较高。酸处理方法可以有效地溶出黏土矿物中的杂质铁，从而使黏土矿物转白。但传统的酸处理方法多数是将黏土矿物浸渍到无机酸溶液中，由于无机酸对八面体金属离子溶出的选择性差，所以往往需要较高浓度的酸、反应较长时间才能除去致色离子，反应条件苛刻，而且过量酸的使用也会引起环境污染。CN105236433A公开了一种硅酸盐黏土矿物活化增白的方法，其先将无机酸溶液与硅酸盐黏土混合、常温浸渍、冷冻，然后再转移到反应釜中进行二次酸化反应，在对固体产物进行后处理得到活化增白的黏土矿物。但该方法涉及水热酸化的二次处理，酸用量较大，反应条件要求较高，不适宜大面积推广。因此急需开发一种成本低廉，工艺简单，高效增白的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种固相反应除铁转白杂色黏土矿物的方法。
本发明固相反应除铁转白杂色黏土矿物的方法，是将天然产出的富铁黏土矿物粉末与酸、还原剂、络合剂混合后球磨处理1~6h后经对辊处理压成厚度为1~3 mm的薄片，再在80~160℃条件下反应4~12h，然后经充分洗涤、分离、干燥、粉碎处理，得到白色纳米硅酸盐产品。
所述天然产出的富铁黏土矿物为绿脱石、绿泥石、伊利石、高岭石、云母、海泡石、埃洛石、硅藻土、滑石、伊蒙黏土中的一种，其中Fe2O3百分含量不低于5%（质量分数）。
所述酸为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、草酸、柠檬酸、酒石酸、植酸、氨基磺酸、丁二酸、马来酸中的至少一种，酸的用量为黏土矿物质量的40~74%。
所述还原剂为盐酸羟胺、连二亚硫酸钠、硼氢化钠、硼氢化钾、酒石酸、维生素C中的一种，还原剂的用量为黏土矿物质量的2~5%。
所述络合剂为柠檬酸钠、柠檬酸铵、邻苯二甲酸、草酸铵、草酸钠、草酸钾、甘氨酸、丙氨酸中的一种，络合剂的用量为黏土矿物质量的1~6%。
本发明相对现有技术具有以下优点：
1、本发明通过对配方和反应参数的精确控制，将还原转白和溶出转白工艺有效结合，一步固相反应即可将天然含铁杂色黏土矿物转变为白色，为拓展黏土矿物在功能材料领域的应用奠定了基础；
2、本发明固相反应可以在不使用溶剂的条件下完成反应，因此更加绿色环保；同时，固相反应酸的利用效率高，因而可以在更少酸用量的前提下达到增白目标，增白效率高；
3、本发明在达到相同除铁转白效果时，用酸量明显降低，不仅显著降低了成本，而且使整个工艺过程更加环境友好；
4、本发明工艺简单，转白效率高，产品质量稳定，过程易于控制，适宜于大规模工业化生产。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明固相反应除铁转白杂色黏土矿物的方法及结果做进一步说明。
实施例1
将100 kg绿脱石（Fe2O3百分含量10.21%）矿粉与40 kg草酸，2kg 连二亚硫酸钠、6 kg柠檬酸钠充分混合均匀，然后进行球磨处理6h，再经过对辊处理压成厚度为3 mm的薄片，然后置于反应器中，在140℃温度条件下反应6h，经充分洗涤、分离、干燥、粉碎处理，得到了白色的硅酸盐产品。黏土矿物原矿粉和白色硅酸盐纳米材料产品的CIE-L*, a*, b*色值见表1。
实施例2
将100 kg绿泥石（Fe2O3百分含量8.71%）矿粉与74 kg硫酸，5kg 盐酸羟胺、1 kg丙氨酸充分混合均匀，然后进行球磨处理1h，再经过对辊处理压成厚度为1 mm的薄片，然后置于反应器中，在160℃温度条件下反应4h，再经充分洗涤、分离、干燥、粉碎处理，得到了白色的硅酸盐产品。黏土矿物原矿粉和白色硅酸盐纳米材料产品的CIE-L*, a*, b*色值见表1。
实施例3
将100 kg伊利石（Fe2O3百分含量7.91%）矿粉与65 kg磷酸，3kg 酒石酸、2 kg草酸铵充分混合均匀，然后进行球磨处理5h，再经过对辊处理压成厚度为2 mm的薄片，然后置于反应器中，在80℃温度条件下反应12h，再经充分洗涤、分离、干燥、粉碎处理，得到了白色的硅酸盐产品。黏土矿物原矿粉和白色硅酸盐纳米材料产品的CIE-L*, a*, b*色值见表1。
实施例4
将100 kg伊蒙黏土（Fe2O3百分含量8.31%）矿粉与58 kg硫酸，2kg 维生素C、2 kg甘氨酸充分混合均匀，然后进行球磨处理4h，再经过对辊处理压成厚度为2 mm的薄片，然后置于反应器中，在120℃温度条件下反应10h，再经充分洗涤、分离、干燥、粉碎处理，得到了白色的硅酸盐产品。黏土矿物原矿粉和白色硅酸盐纳米材料产品的CIE-L*, a*, b*色值见表1。
实施例5
将100 kg硅藻土（Fe2O3百分含量9.01%）矿粉与45 kg盐酸，2kg 硼氢化钾、3 kg草酸钠充分混合均匀，然后进行球磨处理4h，再经过对辊处理压成厚度为3 mm的薄片，然后置于反应器中，在150℃温度条件下反应8h，再经充分洗涤、分离、干燥、粉碎处理，得到了白色的硅酸盐产品。黏土矿物原矿粉和白色硅酸盐纳米材料产品的CIE-L*, a*, b*色值见表1。

Claims (5)

1.固相反应除铁转白杂色黏土矿物的方法，是将天然产出的富铁黏土矿物粉末与酸、还原剂、络合剂混合后球磨处理1~6h后经对辊处理压成厚度为1~3 mm的薄片，再在80~160℃条件下反应4~12h，然后经充分洗涤、分离、干燥、粉碎处理，得到白色纳米硅酸盐产品。
2.根据权利要求1所述固相反应除铁转白杂色黏土矿物的方法，其特征在于：所述天然产出的富铁黏土矿物为绿脱石、绿泥石、伊利石、高岭石、云母、海泡石、埃洛石、硅藻土、滑石、伊蒙黏土中的一种，其中Fe2O3百分含量不低于5%。
3.根据权利要求1所述固相反应除铁转白杂色黏土矿物的方法，其特征在于：所述酸为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、草酸、柠檬酸、酒石酸、植酸、氨基磺酸、丁二酸、马来酸中的至少一种，酸的用量为黏土矿物质量的40~74%。
4.根据权利要求1所述固相反应除铁转白杂色黏土矿物的方法，其特征在于：所述还原剂为盐酸羟胺、连二亚硫酸钠、硼氢化钠、硼氢化钾、酒石酸、维生素C中的一种，还原剂的用量为黏土矿物质量的2~5%。
5.根据权利要求1所述固相反应除铁转白杂色黏土矿物的方法，其特征在于：所述络合剂为柠檬酸钠、柠檬酸铵、邻苯二甲酸、草酸铵、草酸钠、草酸钾、甘氨酸、丙氨酸中的一种，络合剂的用量为黏土矿物质量的1~6%。
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