CN116253343A - 一种黑滑石的利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及黑滑石的多样化利用技术领域，具体涉及一种黑滑石的利用方法，本发明的方法包括如下步骤：在反应釜中，将黑滑石粉与硫酸的水溶液在温度160~220℃下充分反应，所述硫酸的水溶液中硫酸的浓度为40~60%。本发明实现了从黑滑石矿中高效提取镁，并进一步制备白炭黑，从而可实现黑滑石的高值化利用。而且本发明的方法流程短，工艺简单、操作简便、易于进行大规模地推广应用。

Description

一种黑滑石的利用方法

技术领域

本发明涉及黑滑石的多样化利用技术领域，具体涉及一种黑滑石的利用方法。

背景技术

黑滑石是对黑色、灰黑色滑石的统称，内含有机质是其致黑的主要原因。黑滑石中的主要矿物为滑石，其含量为92%以上，此外含有5%左右的石英及2%左右的有机质。我国的滑石储量巨大，分布广泛，但大部分的滑石呈现黑色、灰黑色，白度低。黑滑石是一种富镁硅酸盐类矿物，晶体呈假六方菱形板状或柱状，常见-片状、鳞片状和致密块状，玻璃光泽，解理面上呈珍珠光泽，硬度为1.0～1.5，具滑感，比重小。由于黑滑石白度低，不能得到广泛应用，仅能在陶瓷、橡胶等到行业中得到应用。高白度的滑石市场需求大，为扩大黑滑石的应用领域，必须采取适当措施提高黑滑石的白度。优质的高白度滑石细粉广泛应用于造纸、涂料、陶瓷、化妆品、润滑剂、防腐剂等行业，并可部分代替钛白粉等，使其价格倍增。因此，对黑滑石进行增白改性，可以大大提高黑滑石的市场价值。

黑滑石资源利用率低、附加值和市场需求也低，没有充分实现其价值。目前，黑滑石更多的用途是经过增白处理加工为滑石粉作为填料来使用。提高黑滑石白度的主要加工方法是煅烧增白，煅烧的目的主要是除去黑滑石成分中所含有机碳，使之白度达到工业使用要求，扩大其工业应用领域。但在实际生产中，由于生产工艺或设备的限制，物料添加方式、堆层厚度不同等客观原因，黑滑石的煅烧加工并不能达到实验的理想结果。此外，煅烧的工艺流程复杂，加工成本高，属于高能耗行业。在目前节能减排的大背景下，产能受限。而且考虑到滑石市场有限，因此需要进一步开发一种规模化的黑滑石的利用方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种可规模化利用黑滑石的方法，包括如下步骤：

在反应釜中，将黑滑石粉与硫酸的水溶液在温度160~220℃下充分反应，所述硫酸的水溶液中硫酸的浓度为40~60%。

黑滑石中的主要成分为SiO₂55~56%、Al₂O₃0.2~0.4%、Fe₂O₃0.1~0.2%、CaO 4.3~4.4%、MgO 27.2~27.5%，也就是说其中含有丰富的镁，但是黑滑石的性质非常稳定，难以与酸或碱发生反应，因此镁的利用难度非常大。本发明发现，将黑滑石粉碎后将其与浓度40~60%的硫酸在上述温度下反应，可使镁的溶出率达到90%以上，可实现对黑滑石中镁的充分提取。

作为优选的操作方式，处理的过程中通过对反应釜适当加压使反应温度达到160~220℃。

优选的，所述黑滑石粉与所述硫酸的水溶液的质量比为1：3~5。在上述相对用量下进行反应，既可实现硫酸用量充分而反应完全，还不会因硫酸的添加量太多而导致硫酸浪费。

优选的，所述黑滑石粉的粒度为小于50目。将黑滑石粉碎后可与硫酸溶液接触更充分，反应更完全，而且由于硫酸的浓度和温度选择恰当，对黑滑石进行上述目数的粉碎即可进行充分反应，不需进行进一步地粉碎，可大大地减少工业生产中的粉碎成本。

作为优选的操作方式，所述黑滑石粉的粒度为50~100目。

作为优选的操作方式，与硫酸的水溶液充分反应的时间为1.5~3h。

优选的，所述黑滑石粉与所述硫酸的水溶液充分反应后还包括如下步骤：

向充分反应后的混合液中加水，搅拌，得硫酸镁的混悬液，向上述硫酸镁的混悬液中添加轻烧氧化镁，至混合液的pH为5~7，然后向其中添加双氧水，搅拌过滤后得硫酸镁溶液和废渣。

黑滑石与硫酸充分反应后，溶出的液体中通常还含有Al₂(SO₄)₃Fe₂(SO₄)₃和CaSO₄等杂质，因此需要将MgSO₄与上述杂质进行分离，通过添加水，可使硫酸镁全部溶解；通过添加镁化镁，控制pH 5~7，既可以使铁、铝、钙沉淀，又可以保证镁不沉淀（镁沉没的pH约为9），通过添加双氧水可进一步将亚铁离子进行氧化，生成Fe(OH)₃沉淀。

优选的，所述水的添加量为所述黑滑石质量的3~6倍。补加上述用量的水后可使溶液中硫酸镁处于不饱和状态，便于后续加入氧化镁的反应，加快pH上升速度。

优选的，所述双氧水的添加量为所述黑滑石质量的0.5~5%。在上述相对用量下进行反应，既可实现铁的充分氧化，还不会因双氧水的添加量太多而导致浪费。

作为优选的操作方式，所述双氧水溶液的浓度为20~40%。

优选的，向反应后的混合液中加水后，对所述混合液搅拌5~15min，得所述硫酸镁的混悬液。

优选的，将搅拌过滤后得到的硫酸镁溶液蒸发结晶得七水硫酸镁。

作为优选的操作方式，包括如下操作步骤：

1）在反应釜中，将黑滑石粉与硫酸的水溶液在温度160~220℃下充分反应，所述硫酸的水溶液中硫酸的浓度为40~60%，所述黑滑石粉与所述硫酸的水溶液的质量体积比为1：3~5；

2）向步骤1）反应后的混合液中加入所述黑滑石质量的3~6倍的水，得混悬液，向上述混悬液中添加轻烧氧化镁，至混合液的pH为5~7，然后向其中添加双氧水，搅拌过滤后得硫酸镁溶液和废渣。

通过控制上述硫酸的水溶液和水等的相对用量，可实现硫酸镁的理想溶出和分离，有利于得到纯度较高的硫酸镁。

优选的，对于过滤后分离得到的废渣还包括如下处理步骤：

向所述废渣中加入盐酸，充分搅拌反应，过滤，得黑滑石滤渣，将所述黑滑石滤渣用去离子水清洗，清洗后的黑滑石滤渣在600~800℃焙烧，得到白炭黑。

过滤后的废渣中含有硫酸钙、氢氧化钙、氢氧化铁、氢氧化铝等杂质，通过盐酸浸取可以去除这些杂质；将得到的渣进行焙烧去除黑滑石中的炭即可得到高纯的白炭黑。

优选的，以浓度30%的盐酸计，所述盐酸与废渣的体积质量比为1:0.2~0.6。在上述相对用量下进行反应，既可实现杂质的溶解去除，还不会因盐酸的添加量太多而导致浪费。

优选的，盐酸的浓度为2-31%。

优选的，向滤渣中加盐酸后，对所述混合液搅拌时间为30~90min。

作为优选的操作方式，本发明的方法包括如下步骤：

1）在反应釜中，将黑滑石粉与硫酸的水溶液在温度160~220℃下充分反应，所述硫酸的水溶液中硫酸的浓度为40~60%，所述黑滑石粉与所述硫酸的水溶液的质量体积比为1：3~5；

2）向步骤1）反应后的混合液中加入所述黑滑石质量的3~6倍的水，得混悬液，向上述混悬液中添加轻烧氧化镁，至混合液的pH为5~7，然后向其中添加双氧水，搅拌过滤后得硫酸镁溶液和废渣；

3）向所述废渣中加入盐酸，充分搅拌反应，过滤，得黑滑石滤渣，将所述黑滑石滤渣用去离子水清洗，清洗后的黑滑石滤渣在600~800℃焙烧，得到白炭黑；以浓度30%的盐酸计，所述盐酸与废渣的体积质量比为1:0.2~0.6。

本发明所涉及的黑滑石的组成中包括SiO₂55~56%、AI₂O₃0.2~0.4%、Fe₂O₃0.1~0.2%、CaO 4.3~4.4%、MgO 27.2~27.5%、LOI 11~12%。

本发明具有如下有益效果：

1）本发明实现了从黑滑石矿中高效提取镁，从而可实现黑滑石的高值化利用。

2）本发明进一步优化了浸出液中镁的分离纯化方法，最终得到高纯度的硫酸镁。

3）本发明对废渣做了进一步处理，得到了高纯的白炭黑。

总之，本发明采用短流程除杂，工艺简单、流程短、操作简便、容易实现。本发明从黑滑石中提镁和硅的方法，拓展了黑滑石的应用领域，为黑滑石矿的综合利用提供了极为有效且经济实用的途径。

附图说明

附图1为白炭黑实物照片

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例中涉及的黑滑石来自于江西上饶广丰区，黑滑石主要化学成分(%)为：SiO₂55.84、AI₂O₃0.34、Fe₂O₃0.13、CaO 4.34、MgO 27.36、LOI 11.14。

实施例1

本实施例涉及一种黑滑石的利用方法，即从中提取镁，包括如下步骤：

1）将黑滑石粉碎过100目筛制得黑滑石粉，向100g黑滑石粉末中加入50%的硫酸水溶液400g，于200℃反应2h，之后降至室温；

2）向反应容器中补水400g，搅拌10分钟，得到硫酸镁悬浊液，向悬浊液中缓慢加入轻烧氧化镁，继续搅拌直至溶液pH为6，加入30%双氧水3g，搅匀后静置30分钟后过滤后得到硫酸镁溶液和滤渣；将硫酸镁溶液蒸发结晶得到七水硫酸镁产品。

经测定调pH前的酸浸液中的镁，可知滑石中镁浸出率为92.8%，最终测定七水硫酸镁产品的纯度为99.84%，符合HGT 2680-2017《工业硫酸镁》中I类一等品的要求。

实施例2

本实施例涉及一种黑滑石的利用方法，即从中提取镁，包括如下步骤：

1）将黑滑石粉碎过100目筛制得黑滑石粉，向100g黑滑石粉末中加入60%的硫酸水溶液400g，于180℃反应2h，之后降至室温；

2）向反应容器中补水500g，搅拌20分钟，得到硫酸镁悬浊液，向悬浊液中缓慢加入轻烧氧化镁，继续搅拌直至溶液pH为5，加入30%双氧水3g，搅匀后静置30分钟后过滤后得到硫酸镁溶液和滤渣；将硫酸镁溶液蒸发结晶得到七水硫酸镁产品。

经测定调pH前的酸浸液中的镁，可知滑石中镁浸出率为86.5%，最终测定七水硫酸镁产品的纯度为99.82%，符合HGT 2680-2017《工业硫酸镁》中I类一等品的要求。

实施例3

本实施例涉及一种黑滑石的利用方法，即从中提取镁，包括如下步骤：

1）将黑滑石粉碎过100目筛制得黑滑石粉，向100g黑滑石粉末中加入40%的硫酸水溶液600g，于160℃反应2.5h，之后降至室温；

2）向反应容器中补水300g，搅拌20分钟，得到硫酸镁悬浊液，向悬浊液中缓慢加入轻烧氧化镁，继续搅拌直至溶液pH为5，加入30%双氧水3g，搅匀后静置30分钟后过滤后得到硫酸镁溶液和滤渣；将硫酸镁溶液蒸发结晶得到七水硫酸镁产品。

经测定调pH前的酸浸液中的镁，可知滑石中镁浸出率为84.3%，最终测定七水硫酸镁产品的纯度为99.86，符合HGT 2680-2017《工业硫酸镁》中I类一等品的要求

实施例4

与实施例1相比，所述步骤2）中向反应器中补水的量不同，具体包括如下步骤：

本实施例涉及一种黑滑石的利用方法，即从中提取镁，包括如下步骤：

1）将黑滑石粉碎过100目筛制得黑滑石粉，向100g黑滑石粉末中加入50%的硫酸水溶液400g，于200℃反应2h，之后降至室温；

2）向反应容器中补水200g，搅拌10分钟，得到硫酸镁悬浊液，向悬浊液中缓慢加入轻烧氧化镁，继续搅拌直至溶液pH为6，加入30%双氧水3g，搅匀后静置30分钟后过滤后得到硫酸镁溶液和滤渣；将硫酸镁溶液蒸发结晶得到七水硫酸镁产品。

经测定调pH前的酸浸液中的镁，可知滑石中镁浸出率为86.7%，七水硫酸镁产品中含有大量杂质，纯度不符合HGT 2680-2017《工业硫酸镁》中I类一等品的要求。

实施例5

将实施例1中得到滤渣50g，向所述滤渣50g中加入30%的盐酸20g，并充分搅拌反应1h后过滤，之后将盐酸浸渣用去离子水清洗3次。清洗后的滑石渣在600-800℃焙烧，得到白炭黑（其实物图如图1）。处理前后的渣如表1所示，二氧化硅含量达到了96.4%。

表1

元素	SiO2	Na2O	MgO	Al2O3	SO3	CaO
							处理前	56.3	0.12	2.35	0.82	17.48	9.56
处理后	96.397	0.115	2.131	0.725	0.6	0.032

对比例1

本实施例涉及一种黑滑石中镁的浸出方法，与实施例1相比，所述步骤1）中的具体操作为：

将黑滑石粉碎过100目筛制得黑滑石粉，向100g黑滑石粉末中加入50%的硫酸水溶液400g，于100℃反应2h，之后降至室温。经测定，滑石中镁浸出率仅为25.07%。

对比例2

本实施例涉及一种黑滑石中镁的浸出方法，与实施例1相比，所述步骤1）中的具体操作为：

将黑滑石粉碎过100目筛制得黑滑石粉，向100g黑滑石粉末中加入50%的硫酸水溶液400g，于120℃反应2h，之后降至室温。经测定，滑石中镁浸出率仅为47.80%。

对比例3

本实施例涉及一种黑滑石中镁的浸出方法，与实施例1相比，所述步骤1）中的具体操作为：

将黑滑石粉碎过100目筛制得黑滑石粉，向100g黑滑石粉末中加入50%的硫酸水溶液400g，于150℃反应2h，之后降至室温。经测定，滑石中镁浸出率仅为65.3%。

对比例4

本实施例涉及一种黑滑石中镁的浸出方法，与实施例1相比，所述步骤1）中的具体操作为：

将黑滑石粉碎过2000目筛制得黑滑石粉，向100g黑滑石粉末中加入50%的硫酸水溶液400g，于60℃反应2h，之后降至室温。经测定，滑石中镁浸出率仅为15.6%。

对比例5

本实施例涉及一种黑滑石中镁的浸出方法，与实施例1相比，所述步骤1）中的具体操作为：

将黑滑石粉碎过100目筛制得黑滑石粉，向100g黑滑石粉末中加入30%的硫酸水溶液400g，于200℃反应2h，之后降至室温。经测定，滑石中镁浸出率仅为63.2%。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种黑滑石的利用方法，其特征在于，包括如下步骤：

在反应釜中，将黑滑石粉与硫酸的水溶液在温度160~220℃下充分反应，所述硫酸的水溶液中硫酸的浓度为40~60%。

2.根据权利要求1所述的利用方法，其特征在于，所述黑滑石粉与所述硫酸的水溶液的质量比为1：3~5。

3.根据权利要求1所述的利用方法，其特征在于，所述黑滑石粉的粒度为50~100目。

4.根据权利要求1所述的利用方法，其特征在于，所述黑滑石粉与所述硫酸的水溶液充分反应后还包括如下步骤：

向充分反应后的混合液中加水，搅拌，得硫酸镁的混悬液，向上述硫酸镁的混悬液中添加轻烧氧化镁，至混合液的pH为5~7，然后向其中添加双氧水，搅拌过滤后得硫酸镁溶液和废渣。

5.根据权利要求4所述的利用方法，其特征在于，所述水的添加量为所述黑滑石质量的3~6倍。

6.根据权利要求4所述的利用方法，其特征在于，所述双氧水的添加量为所述黑滑石质量的0.5~5%。

7.根据权利要求4所述的利用方法，其特征在于，将搅拌过滤后得到的硫酸镁溶液蒸发结晶得七水硫酸镁。

8.根据权利要求4所述的利用方法，其特征在于，所述废渣还包括如下处理步骤：

向所述废渣中加入盐酸，充分搅拌反应，过滤，得黑滑石滤渣，将所述黑滑石滤渣用去离子水清洗，清洗后的黑滑石滤渣在600~800℃焙烧，得到白炭黑。

9.根据权利要求8所述的利用方法，其特征在于，以浓度30%的盐酸计，所述盐酸与废渣的体积质量比为1:0.2~0.6。

10.根据权利要求1所述的利用方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）在反应釜中，将黑滑石粉与硫酸的水溶液在温度160~220℃下充分反应，所述硫酸的水溶液中硫酸的浓度为40~60%，所述黑滑石粉与所述硫酸的水溶液的质量体积比为1：3~5；

2）向步骤1）反应后的混合液中加入所述黑滑石质量的3~6倍的水，得混悬液，向上述混悬液中添加轻烧氧化镁，至混合液的pH为5~7，然后向其中添加双氧水，搅拌过滤后得硫酸镁溶液和废渣；

3）向所述废渣中加入盐酸，充分搅拌反应，过滤，得黑滑石滤渣，将所述黑滑石滤渣用去离子水清洗，清洗后的黑滑石滤渣在600~800℃焙烧，得到白炭黑；以浓度30%的盐酸计，所述盐酸与废渣的体积质量比为1:0.2~0.6。

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