CN111204774A - 一种提高伊利石分散程度制备亚微米级伊利石干粉颗粒的方法 - Google Patents

一种提高伊利石分散程度制备亚微米级伊利石干粉颗粒的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高伊利石分散程度制备亚微米级伊利石干粉颗粒的方法，属于以伊利石为原料制备亚微米级伊利石干粉颗粒技术领域，包括步骤一，将天然伊利石矿石经球磨粉碎至80目，并将伊利石粉与水配置不同浓度的伊利石浆体；将配置的伊利石浆体搅拌均匀，按一定的质量比投入分散剂，再经高速搅拌后静置沉降；步骤三，去除静置液中的上清液和最下层固体浊液层，将剩余的伊利石浆液经喷雾干燥即可快速、高收率的得到粒径均一的亚微米级(中位粒径小于0.7μm)伊利石颗粒物料。本发明旨在为高附加值利用伊利石资源而提供一种低成本、高收率、无污染的方法用以提高伊利石分散程度并制备尺寸均一的亚微米级伊利石干粉颗粒。

Description

一种提高伊利石分散程度制备亚微米级伊利石干粉颗粒的 方法
技术领域
本发明涉及以伊利石为原料制备亚微米级伊利石干粉颗粒技术领域，特别涉及一种提高伊利石分散程度并制备亚微米级伊利石干粉颗粒的方法。
背景技术
伊利石又名水白云母，是一种典型的2:1型(两个硅氧四面体夹着一个铝氧八面体)的层状硅酸盐云母类黏土矿物，也是地表沉积岩中最具有代表性的黏土矿物之一。伊利石属于单斜晶系，常见于泥质沉积岩以及一些低品位的变质岩中，无膨胀性和可塑性。近年来，由于伊利石具有富钾、高铝、低铁及光滑、明亮、细腻、耐热等优越的化学、物理性能以及价格低廉，来源广泛等特点，关于伊利石资源的高附加值应用开发备受瞩目。
通过文献查明，如能将亚微米级别的伊利石颗粒用于纳米复合材料中，将极大的改善复合材料的热稳定性、气体渗透性以及增加复合材料的机械强度和提高紫外线屏蔽效果。目前，关于提高伊利石分散程度的方法报道极少，绝大多数黏土矿物的颗粒细化手段是采用球磨、超声空化等方式对黏土的颗粒和结构进行细化和破坏。如吉林大学的董志强采用球磨和超声空化的方法对伊利石进行了分散细化实验，结果表明当球磨5h后，伊利石的中位径由原来的3.693μm减小至1.809μm，超声实验结果显示，超声14h后，伊利石的中位径由原来的3.693μm减小至2.798μm。虽然，上述技术在一定程度上达到了伊利石粒径细化降低的目的，但仍存在技术所需能量高、反应周期长以及收率低等问题，具有一定的技术局限性，不适合工业上大规模制备亚微米级伊利石干粉颗粒的方法。
发明内容
本发明旨在低成本、高价值地开发利用伊利石资源，为解决现有技术存在的问题而提供一种提高伊利石分散程度，并制备亚微米级伊利石颗粒的方法。具体所要解决的技术问题是克服现有伊利石分散细化过程中所需能量高，反应周期长，所获产物粒径不均以及产率低等问题，提供一种工业上大规模制备亚微米级伊利石干粉颗粒的可行方法。
本发明以储量丰富、价格低廉的伊利石为原料，通过球磨预处理，将天然伊利石黏土粉碎。在添加少量分散剂的情况下，利用喷雾干燥工艺高收率的直接制备高度均匀、中位粒径不超过0.7μm的亚微米级伊利石干粉颗粒。可将其用于填料，高档涂料、吸附剂等方面，将对在工业上大规模的实现伊利石高附加值利用化具有极大的现实意义。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高伊利石分散程度制备亚微米级伊利石干粉颗粒的方法，具体步骤如下：
(1)、将天然伊利石通过球磨预处理为小于80目的伊利石粉；
(2)、将步骤1的伊利石粉与水混合，其中，按伊利石粉与水质量比计算，伊利石的质量浓度为10％-25％；使用搅拌器将混合后的浆料混合均匀，搅拌器转速为1000～5000转/分钟，搅拌2-5h；
(3)、向混合均匀的伊利石水溶液中添加分散剂；其中，伊利石粉与分散剂的质量比为1:0.01～0.05，然后采用搅拌器在转速2000～4000转/分钟，搅拌1～2h，使伊利石混合液搅拌均匀后，静止2h；
(4)、将步骤(3)所得静止后的混合溶液中上层清液以及下层固体浊液抽离，取中层油状伊利石浆液，通过喷雾干燥机将其制成固体粉末。
进一步地，步骤(1)所述的天然伊利石球磨至80目的具体工艺条件为转速300转/分钟，球磨时间5分钟后，再通过80目筛筛选。
进一步地，步骤(3)所述分散剂，具体是指无机分散剂或有机分散剂的任意一种或两种混合；所述无机分散剂为六偏磷酸钠、氯化钠或碳酸钠；有机分散剂为十二烷基苯磺酸钠或十六烷基溴化铵。
进一步地，步骤(4)所述的通过喷雾干燥机将其制成粉末状干粉的反应条件为：进料速度5-10ml/s，进口温度为110-150℃，进口风压力为0.2MPa。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明与现有技术相比，工艺过程简单、产物收率高、易实施、无污染等优点，具有良好的环境效益和较好的推广前景。本发明在提高伊利石的分散程度、颗粒均一程度以及产物收率等方面与现有技术的实验结果相比有极大提高。总之，采用本发明的方法，可在工业上高收率、大规模的制备粒径均一，中位粒径低于0.7μm的亚微米级伊利石干粉颗粒，以此颗粒为原料可进一步制备高档涂料、吸附剂等工业产品。本发明是对伊利石矿石资源的合理开发与高附加值利用技术的补充。
附图说明
图1为伊利石预处理至80目后的伊利石粉的X射线衍射(XRD)谱图；
由图可见，谱图中特征峰经归峰后可以确认为伊利石(JCPDS.No.02-0056)，同时含有一定量的石英峰(2θ＝20.8°、26.6°)，由于谱图中特征峰细尖，因此可以确认原料为结晶度较高的伊利石；
图2为预处理至80目后的伊利石粉的电子扫描电镜(SEM)图；
由图可见，经预处理后的伊利石为片层结构状，堆叠紧密，表面光滑；
图3为伊利石预处理至80目后的粒径分布图；
由图可见，其中位径(D50＝2.2μm)，粒径范围小于6μm的高达82％；
图4为实施案例1中分散后的亚微米级伊利石X射线衍射(XRD)谱图；
由图可见，谱图中特征峰与原料相比峰位相同，经归峰(JCPDS.No.02-0056)，可确认分散过程未对伊利石结构产生明显破坏；
图5为实施案例1中分散后的亚微米级伊利石的粒径分布图；
由图可见，其中位径(D50＝0.46)，粒径范围小于0.75μm的高达98.03％；
图6为实施案例1中分散后的亚微米级伊利石粉的电子扫描电镜(SEM)图
由图可见，伊利石片层结构堆叠紧密度下降，片层与片层之间结构被打开，伊利石表面光滑，无碎裂；说明经分散试验后，伊利石除片层的粘连处被打开外，未发生其他变化。
附图说明
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案及优点更加的清楚与明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用与局限发明。此外，本发明中原料为来自吉林省朝鲜族自治州安图县伊利石黏土矿，原料的结构以及形貌由附图给出。
实施例1
一种提高伊利石分散程度制备亚微米级伊利石干粉颗粒的方法，其特征在于，具体步骤如下:
S1、将天然伊利石通过球磨预处理得到小于80目的伊利石粉；
S2、将伊利石粉与水混合，按伊利石粉与水质量比计算，伊利石的质量浓度为10％；
S3、使用搅拌器将混合后的浆料混合均匀，搅拌器转速为2000转/分钟，搅拌2h；
S4、将混合均匀的伊利石水溶液取出，添加分散剂六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠，质量比例1:0.2)；其中，伊利石与分散剂的质量比为1:0.05。
进一步地，采用搅拌器在转速2000转/分钟，搅拌1h，使伊利石混合液搅拌均匀后，静止2h。
S5、将S4所得静止后的混合溶液中上层清液以及最下层固体浊液抽离，取中层油状伊利石浆液，通过喷雾干燥机直接将其制成粉末状伊利石颗粒。喷雾干燥机直接将其制成粉末状干粉的反应条件为：进料速度5ml/s，进口温度为110℃，进口风压力0.2MPa。
实施例2：实施过程与实施1相同，具体参数详见实施案例参数图，分散剂选用六偏磷酸钠与十六烷基溴化铵。
实施例3：实施过程与实施1相同，具体参数详见实施案例参数图，分散剂选用六偏磷酸钠。
实施例4：实施过程与实施1相同，具体参数详见实施案例参数图，分散剂选用十六烷基溴化铵。
实施例5：实施过程与实施1相同，具体参数详见实施案例参数图，分散剂选用氯化钠。
实施例6：实施过程与实施1相同，具体参数详见实施案例参数图，分散剂选用碳酸钠。
实施例7：实施过程与实施1相同，具体参数详见实施案例参数图，分散剂选用十二烷基苯磺酸钠。
实施例8：实施过程与实施1相同，具体参数详见实施案例参数图，分散剂选用十六烷基溴化铵与十二烷基苯磺酸钠。
实施案例参数图：
Figure BDA0002374541210000051
表注：各实施例具体参数及各实施例中所获亚微米级伊利石颗粒的平均粒度及产物收率。(产物收率＝最终喷雾干燥干粉质量/伊利石原料质量*100％)
由上表可见，本发明相关参数(如使用的分散剂量，伊利石溶液浓度，搅拌转速以及喷雾干燥参数)都会对伊利石的分散程度(中位粒径)以及产物收率造成影响。综合来看，分散剂的用量越高，搅拌转速越快，伊利石的分散程度越好；伊利石浓度越高，喷雾干燥温度越高，进料速度越低，所得的产物收率比也越高。换言之，分散剂在溶液中与伊利石接触的越充分，伊利石在溶液中的分散程度越好。结合实施案例1中的附图可见，本发明是利用分散剂在伊利石溶液中将伊利石片层之间起到分散效果(图6)，而非破坏伊利石固有的层状结构(XRD)从而起到令伊利石的分散度有大幅度的提高(图5)；利用喷雾干燥技术取代传统的恒温干燥工艺的目的在于，通过瞬间喷雾干燥有效地避免在恒温干燥中伊利石之间的重新粘连而导致分散效果再次变差的结果,并大幅度的提高了产物的收率。
本发明的技术方案不限于上述具体的实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种提高伊利石分散程度制备亚微米级伊利石干粉颗粒的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)、将天然伊利石通过球磨预处理为小于80目的伊利石粉；
(2)、将步骤1的伊利石粉与水混合，其中，按伊利石粉与水质量比计算，伊利石的质量浓度为10％-25％；使用搅拌器将混合后的浆料混合均匀，搅拌器转速为1000～5000转/分钟，搅拌2-5h；
(3)、向混合均匀的伊利石水溶液中添加分散剂；其中，伊利石粉与分散剂的质量比为1:0.01～0.05，然后采用搅拌器在转速2000～4000转/分钟，搅拌1～2h，使伊利石混合液搅拌均匀后，静止2h；
(4)、将步骤(3)所得静止后的混合溶液中上层清液以及下层固体浊液抽离，取中层油状伊利石浆液，通过喷雾干燥机将其制成固体粉末。
2.如权利要求1所述的一种提高伊利石分散程度制备亚微米级伊利石干粉颗粒的方法，其特征在于，步骤(1)所述的天然伊利石球磨至80目的具体工艺条件为转速300转/分钟，球磨时间5分钟后，再通过80目筛筛选。
3.如权利要求1所述的一种提高伊利石分散程度制备亚微米级伊利石干粉颗粒的方法，其特征在于，步骤(3)所述分散剂，具体是指无机分散剂或有机分散剂的任意一种或两种混合；所述无机分散剂为六偏磷酸钠、氯化钠或碳酸钠；有机分散剂为十二烷基苯磺酸钠或十六烷基溴化铵。
4.如权利要求1所述的一种提高伊利石分散程度制备亚微米级伊利石干粉颗粒的方法，其特征在于，步骤(4)所述的通过喷雾干燥机将其制成粉末状干粉的反应条件为：进料速度5-10ml/s，进口温度为110-150℃，进口风压力为0.2MPa。
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