CN113353944A - 一种凹凸棒石精制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种凹凸棒石精制方法,该方法将低品位凹凸棒石原矿用球磨机研磨，过200目筛,得到低品位凹凸棒石原矿粉；配制分散剂溶液，并将低品位凹凸棒石原矿粉加入所述配制好的分散剂溶液，机械分散后得到凹凸棒石浆液；使用微区间强剪切反应器处理所述凹凸棒石浆液；施加外场超声波对所述凹凸棒石浆液进行超声处理；静置所述凹凸棒石浆液，除去其底部的杂质；利用分级离心技术，再次除去其下层的杂质，得到离心精制凹凸棒石；对所述离心精制凹凸棒石进行干燥处理，将其研磨至200目，得到精制凹凸棒石粉。本方法工艺简单，具有环保、高效的特点，根据本方法所精制的凹凸棒石比表面积大，纯度高。

Description

一种凹凸棒石精制方法
技术领域
本发明属于凹凸棒石精制技术领域，特别是涉及对于低品位凹凸棒石的精制方法。
背景技术
甘肃省凹凸棒石属世界稀缺重要非金属矿种，化学式Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O，单根纤维晶的直径在20～70nm左右，长度约为0.5～5μm，是一种天然的纳米材料。具有优良的吸附、胶体、载体和增韧补强等性能。因为独特的结构使其应用于农业、环保、化工、建材、造纸、医药、食品和国防等诸多领域。甘肃省的凹凸棒石是海相沉积岩形成。具有独特的棒晶形貌和孔道结构，含有14种微量元素，位于白银市和张掖市，矿产储量丰富，探明储量居世界首位。
国外，以美国为代表的发达国家将凹凸棒石产业列为战略性新兴产业。国内的资源主要在江苏省盱眙县、安徽省明光县、甘肃省白银市和张掖市。主要生产脱色剂、干燥剂、动物饲料添加剂和抗菌剂等传统产品。相比较，甘肃省凹凸棒石原矿品味略低且铁含量高，导致其开发应用严重滞后。目前甘肃省凹凸棒石产业化发展尚未完善,缺乏市场拓展,开发利用水平低,生产的凹凸棒土产品仅限于原矿外运或有机肥等初级产品,中高级产品几乎没有,导致资源利用效率低下、对地方经济的带动作用不显著。因此,利用甘肃省凸棒石资源,研制开发出附加值高、应用领域广、需求量大的产品,对于这种矿产资源的开发研究及经济发展具有重大意义。
专利CN 111762793A公开了一种凹凸棒粘土纯化改性工艺，包括以下步骤：取料预处理，一级高温梯度焙烧活化处理，制浆磨选、初级酸化处理，二级高温梯度煅烧活化处理，二级酸化处理，以及表面活性处理，使处理后的凹凸棒石粘土纯度及吸附性能大提升。但该工艺二级高温梯度煅烧温度过高，容易导致凹凸棒石晶型转变从而降低其纯度，而且洗涤过程也需要排放大量的含酸废水，环境治理后处理成本高。专利CN 108516562A提供了一种凹凸棒石粘土的提纯工艺，先将低品位凹凸棒石粘土原矿破碎至2cm以下，然后进行捣浆、筛分，并将筛分后的粗颗粒抛尾，细颗粒进行高压均质分散，再进行分级提纯，最后将分级提纯后的细粒级产物进行冷冻干燥，得到精矿产品。该方法可以获得高品位精矿，且使产品中的凹凸棒石充分分离。但该方法所采用原矿的品位在40％左右，对原矿的品位和伴生矿种类要求较高。文献：齐治国,史高峰,白利民,孙浩冉,甘肃凹凸棒矿石的分离与纯化研究,化工矿物与加工,2007,9,9-11，对甘肃临泽出产的凹凸棒矿石进行了纯化、分离实验，确定了高速剪切结合超声波分散的提纯方案，提纯率可达99％以上，且矿浆的悬浮性能大幅提高。然而，此种方法还采用了4％稀盐酸进行酸活化处理，产生大量的洗涤废水，对环境造成安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对于低品位的凹凸棒石进行精制的方法，实现拓宽低品位凹凸棒石的高价值应用前景。
为达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：将低品位凹凸棒石原矿用球磨机研磨，过200目筛,得到低品位凹凸棒石原矿粉；配制分散剂溶液，并将低品位凹凸棒石原矿粉加入所述配制好的分散剂溶液，机械分散后得到凹凸棒石浆液；使用微区间强剪切反应器处理所述凹凸棒石浆液；施加外场超声波对所述凹凸棒石浆液进行超声处理；静置所述凹凸棒石浆液，除去其底部的杂质；利用分级离心技术，再次除去其下层的杂质，得到离心精制凹凸棒石；对所述离心精制凹凸棒石进行干燥处理，将其研磨至200目，得到精制凹凸棒石粉。
进一步地，所述的低品位凹凸棒石原矿至少包括以下杂质：石英、长石、白云石、云母、方解石、伊利石；其中，所述的低品位凹凸棒石原矿中凹凸棒石含量在10％－60％之间，其Zeta电势为-12－-20mV，比表面积为30－60m2/g。
进一步地，所述的分散剂为正磷酸钠、焦磷酸钠、多偏磷酸钠、硅酸钠和聚丙烯酸钠中的一种，其质量占所述凹凸棒石原矿粉质量的1％－9％；所述凹凸棒石浆液中，凹凸棒石原矿粉与分散剂溶液的质量比为1:99－3:7。
进一步地，采用旋片式或震荡式的大型高速分散机进行分散处理，分散速度为500－3000rpm，时间为0.5－2h。
进一步地，所述的微区间强剪切反应器剪切速度为500－5000r/min，微区间隙为0.1－0.5mm，剪切时间10－30min。
进一步地，所述的超声处理包括：采用超声波细胞粉碎机进行超声处理，超声功率为200－500W，超声时间0.5－2h。
进一步地，所述的分级离心技术包括：采用高速离心机，其转速范围为0－12000rpm。
进一步地，所述的分级离心技术至少包括第一次离心和第二次离心处理，其中，第一次离心转速为500－1500rpm，离心时间为1－10min；第二次离心转速为10000rpm，离心时间为5－30min。
进一步地，对所述凹凸棒石浆液进行干燥处理，包括：采用80℃以下鼓风干燥、80℃以下真空干燥、-20℃以下冷冻干燥或者晒干中的一种或多种。
进一步地，静置所述凹凸棒石浆液的静置时间为12－24h。
本发明针对甘肃白银凹凸棒石品位低、伴生矿种类多的特点，利用分散剂分散去除低品位凹凸棒石原矿粉中的石英、长石、方解石等杂质，利用微区间强剪切反应器将反应液充分混合并解离凹凸棒与云母等伴生矿杂质，通过超声波细胞粉碎仪进行大功率探头内置超声使凹凸棒棒晶解离，得到纯度较高、比表面积大的精制凹凸棒石。该方法不仅能有效去除低品位凹凸棒石中的石英、长石、方解石等杂质，而且不破坏原晶体结构，工艺简单，环保无污染，便于工业化生产，有效提高了甘肃白银凹凸棒石资源的利用率，能够积极带动地方经济的快速发展。
附图说明
图1为本发明实施例中甘肃白银凹凸棒石原矿的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图2为本发明实施例中甘肃白银凹凸棒石原矿经精制后的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图3为本发明实施例中甘肃白银凹凸棒石原矿精制前后的X射线衍射(XRD)图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整的描述，但本发明不限于以下实例。
本发明所指的纯度测定方法为：按照XRD内标法测定，结果取三次测定结果的平均值；Zeta电势测定方法为：取过200目筛的样品，配制质量分数为0.5％的水溶液，超声10min后测试，结果取三次测定结果的平均值；比表面积测定方法为：按GB/T 19587进行测定。
图1是实施例中甘肃白银凹凸棒石原矿(低品位凹凸棒石原矿)的扫描电子显微镜(SEM)照片。由图中可见，该凹凸棒石整体呈棒状，且整体呈现出聚集体的状态，分散度极差，附着在云母片上，宽度只有几十个纳米，长度约为几百个纳米到几个微米不等。
实施例1
将甘肃白银凹凸棒石原矿(低品位凹凸棒石原矿，凹凸棒石含量为20％)用球磨机研磨、过200目筛后，得到低品位凹凸棒石原矿粉。配制焦磷酸钠溶液，将该低品位凹凸棒石原矿粉按照1％固液比(低品位凹凸棒石原矿粉与焦磷酸钠溶液的质量比为1:99)加入焦磷酸钠溶液中，其中焦磷酸钠质量为凹凸棒石原矿粉质量的1％。采用旋片式或震荡式的大型高速分散机在500rpm(转/分钟)转速下机械分散制浆0.5h(小时)，得到凹凸棒石浆液。制浆完成后，利用微区间隙为0.1mm的微区间强剪切反应器在剪切速度为4000rpm下处理凹凸棒石浆液10min(分钟)。然后施加超声功率为300W的外场超声波对上述浆液进行超声处理0.5h。静置上述凹凸棒石浆液12h后弃去底部杂质。后将该浆液在800rpm的转速下第一次离心10min(分钟)，离心后再次去除下层杂质，再将该浆液在10000rpm的转速下第二次离心5min，固液分离后得到离心精制凹凸棒石。然后使用80℃鼓风干燥箱对其进行干燥，干燥完成后研磨至200目，得到精制凹凸棒石粉，测定其纯度为82％，Zeta电势为-52.4mV，比表面积为198m2/g。
实施例2
将甘肃白银凹凸棒石原矿(凹凸棒石含量为10％)用球磨机研磨、过200目筛后，得到低品位凹凸棒石原矿粉。配制正磷酸钠溶液，将该低品位凹凸棒石原矿粉按照10％固液比(低品位凹凸棒石原矿粉与正磷酸钠溶液的质量比为1:9)加入正磷酸钠溶液中，其中正磷酸钠质量为凹凸棒石原矿粉质量的5％。采用旋片式或震荡式的大型高速分散机在1000rpm转速下机械分散制浆1h，得到凹凸棒石浆液；制浆完成后，利用微区间隙为0.2mm的微区间强剪切反应器在剪切速度为3000r/min下处理凹凸棒石浆液30min。后施加超声功率为500W的外场超声波对上述浆液进行超声处理1h。静置上述凹凸棒石浆液24h后去除底部杂质。后将该浆液在1200rpm的转速下第一次离心5min，离心后再次去除下层杂质，再将该浆液在10000rpm的转速下第二次离心10min，固液分离后得到离心精制凹凸棒石。后使用80℃真空干燥箱对其进行干燥，干燥完成后研磨至200目，得到精制凹凸棒石粉，测定其纯度为80％，Zeta电势为-48.3mV，比表面积为187m2/g。
实施例3
将甘肃白银凹凸棒石原矿(凹凸棒石含量为35％)用球磨机研磨、过200目筛后，得到低品位凹凸棒石原矿粉。配制多偏磷酸钠溶液，将该低品位凹凸棒石原矿粉按照30％固液比(低品位凹凸棒石原矿粉与多偏磷酸钠溶液的质量比为3:7)加入多偏磷酸钠溶液中，其中多偏磷酸钠质量为凹凸棒石原矿粉质量的9％。采用旋片式或震荡式的大型高速分散机在3000rpm转速下机械分散制浆2h得到凹凸棒石浆液。制浆完成后，利用微区间隙为0.5mm的微区间强剪切反应器在剪切速度为1000r/min下处理凹凸棒石矿浆20min。后施加超声功率为200W的外场超声波对上述浆液进行超声处理2h。静置上述凹凸棒石浆液18h后弃去底部杂质。后将该浆液在1500rpm的转速下第一次离心10min，离心后再次去除下层杂质，再将该浆液在10000rpm的转速下第二次离心30min，固液分离后得到离心精制凹凸棒石。后对其使用-20℃冷冻干燥，干燥完成后研磨至200目，得到精制凹凸棒石粉，测定其纯度为87％，Zeta电势为-55.2mV，比表面积为218m2/g。
图2是本发明实施例中甘肃白银凹凸棒石原矿经精制后的扫描电子显微镜(SEM)照片。由图可见，精制以后的凹凸棒石粉(精制粉)的杂质明显减少，且棒晶分离程度较大，单个棒晶明显，棒晶呈不规则排列。
图3是本发明实施例中甘肃白银凹凸棒石原矿粉精制前后的X射线衍射(XRD)图。由图可以看出，经过精制之后，石英、长石、方解石等杂质衍射峰明显减弱甚至消失，精制凹凸棒石粉(精制粉)的(2Theta＝8.495°)特征衍射峰强度增加显著，峰型较窄且更加尖锐。
本发明提供的凹凸棒石精制方法工艺简单，具有环保、高效的特点，根据本方法所精制的凹凸棒石粉比表面积大，纯度高。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种凹凸棒石精制方法，其特征在于，包括：
将低品位凹凸棒石原矿用球磨机研磨，过200目筛,得到低品位凹凸棒石原矿粉；
配制分散剂溶液，并将所述低品位凹凸棒石原矿粉加入所述配制好的分散剂溶液，机械分散后得到凹凸棒石浆液；
使用微区间强剪切反应器处理所述凹凸棒石浆液；
施加外场超声波对所述凹凸棒石浆液进行超声处理；
静置所述凹凸棒石浆液，除去其底部的杂质；
利用分级离心技术，再次除去其下层的杂质，得到离心精制凹凸棒石；
对所述离心精制凹凸棒石进行干燥处理，将其研磨至200目，得到精制凹凸棒石粉。
2.根据权利要求1所述凹凸棒石精制方法，其特征在于，
所述的低品位凹凸棒石原矿至少包括以下杂质：石英、长石、白云石、云母、方解石、伊利石；
其中，所述的低品位凹凸棒石原矿中凹凸棒石含量在10％－60％之间，其Zeta电势为-12－-20mV，比表面积为30－60m2/g。
3.根据权利要求1所述凹凸棒石精制方法，其特征在于，
所述的分散剂为正磷酸钠、焦磷酸钠、多偏磷酸钠、硅酸钠和聚丙烯酸钠中的一种，其质量为所述凹凸棒石原矿粉质量的1％－9％；
在所述凹凸棒石浆液中，所述低品位凹凸棒石原矿粉与分散剂溶液的质量比为1:99－3:7。
4.根据权利要求1所述凹凸棒石精制方法，其特征在于，所述机械分散包括：
采用旋片式或震荡式的大型高速分散机进行分散处理，分散速度为500－3000rpm，时间为0.5－2h。
5.根据权利要求1所述凹凸棒石精制方法，其特征在于，
所述的微区间强剪切反应器剪切速度为500－5000r/min，微区间隙为0.1－0.5mm，剪切时间10－30min。
6.根据权利要求1所述凹凸棒石精制方法，其特征在于，所述的超声处理包括：
采用超声波细胞粉碎机进行超声处理，超声功率为200－500W，超声时间0.5－2h。
7.根据权利要求1所述凹凸棒石精制方法，其特征在于，所述的分级离心技术包括：
采用高速离心机，其转速范围为0－12000rpm。
8.根据权利要求7所述凹凸棒石精制方法，其特征在于，所述的分级离心技术至少包括第一次离心和第二次离心处理，其中，
第一次离心转速为500－1500rpm，离心时间为1－10min；第二次离心转速为10000rpm，离心时间为5－30min。
9.根据权利要求1所述凹凸棒石精制方法，其特征在于，对所述凹凸棒石浆液进行干燥处理，包括：
采用80℃以下鼓风干燥、80℃以下真空干燥、-20℃以下冷冻干燥或者晒干中的一种。
10.根据权利要求1所述凹凸棒石精制方法，其特征在于，静置所述凹凸棒石浆液的静置时间为12－24h。
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