[發明專利]從富含方英石鈣基膨潤土礦制取高純鈉基蒙脫石、白炭黑及尺寸可控的納米二氧化硅的方法

有效

• 申請號: 201110008437.6
• 申請日: 2011-01-17
• 公開（公告）號: CN102120587A
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發明（設計）人: 蘇海全;張兵兵;付曉娟
• 申請（專利權）人: 內蒙古大學
• 主分類號: C01B33/40
• 分類號: C01B33/40;C01B33/12;B82Y40/00
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技術領域

本發明屬于非金屬膨潤土礦物深加工技術。主要適用于將富含方英石的天然鈣基膨潤土經改型、除雜、堿法分離后分別提純為優質高純鈉基蒙脫石、高純白炭黑和尺寸可控的納米二氧化硅。

背景技術

膨潤土是以蒙脫石為主要成分的一種粘土礦物，又稱蒙脫土。國際粘土研究協會(AIPEA)將膨潤土定義為“是以蒙脫石類礦物為主要組分的巖石，是蒙脫石類礦物達到可利用含量的粘土或粘土巖”。

膨潤土的主要礦物成分是蒙脫石類礦物，含量從40％到90％不等；其次含有其它粘土礦物，包括高嶺石、地開石、埃洛石、綠泥石、水鋁英石、凸凹棒石等，以及二氧化硅質礦物(石英、方英石、鱗石英、蛋白石等)、長石(鉀長石、斜長石等)、沸石(斜發沸石、絲光沸石、片沸石、鈣沸石等)、碳酸鹽(方解石、文石、白云石等)、硫酸鹽(石膏、重晶石等)等非粘土類礦物。

蒙脫石晶體由兩層硅氧四面體中間夾一層鋁(鎂)氧(氫氧)八面體組成，屬2∶1型層狀硅鋁酸鹽，四面體中有少量的硅被鋁置換，八面體中有少量的鋁被鎂置換，使晶體層間產生永久性負電荷，因而在晶層間吸附大量可交換的陽離子。根據蒙脫石層間吸附的陽離子種類的不同可將膨潤土分為鈣基膨潤土、鈉基膨潤土、氫(鋁)基膨潤土、鎂基膨潤土等。我國膨潤土礦產資源豐富，分布廣泛，總儲量居世界前列，但90％為鈣基膨潤土，天然鈉基膨潤土很少。已知?交換性陽離子的種類與交換容量(CEC)有很大關系：高價陽離子(Ca²⁺、Mg²⁺等)水化膜薄，膨脹倍數低，CEC小；而低價陽離子(Na⁺、K⁺等)水化膜厚，膨脹倍數高，CEC大。鈉離子比鈣離子有更強的水合作用，鈉基膨潤土因此比鈣基膨潤土具有更優越的物化性能，如吸水率大、膨脹倍數高、陽離子交換容量大、潤滑性好、熱穩定性好并具有更強的可塑性和粘接性等。

鈣基膨潤土的鈉化改型作為提高膨潤土應用價值和經濟價值的有效途徑，一直以來都是膨潤土深加工研究及產業化的重點。由于膨潤土在成礦過程中在多種因素相互作用下伴生一些其它礦物如石英、長石、水云母、伊利石、綠泥石、褐鐵礦、碳酸巖屑等，其存在會嚴重影響膨潤土的各種性能，因此在實際應用中必須對膨潤土礦進行提純。膨潤土的提純除雜對于提高蒙脫土的粘度、吸附性、膨脹倍數、陽離子交換容量至關重要，因此膨潤土的提純和改型被認為是膨潤土深加工研究的重中之重。

目前，膨潤土的提純改型方法主要有干法和濕法兩種。干法主要應用于對蒙脫石含量大于80％的原礦的提純，它是根據天然膨潤土中雜質礦物的硬度和密度都比蒙脫石大的特點，通過逐級離心沉降將雜質分開，從而得到精制土。該法工藝流程簡便，處理量大，但產品質量不易控制。濕法適用于蒙脫石含量在30％～80％的中低品位膨潤土的提純。該法主要利用蒙脫石具有良好的親水性和蒙脫石晶胞細小且能在水介質中充分分散的原理，使雜質礦物與蒙脫石分離。

盡管濕法提純效果穩定、應用廣泛，但對于蒙脫石中存在的一些方英石、石英等結構、密度及粒度與蒙脫石十分接近的雜質礦物的提純效果卻非常不理想。由于這些礦物通常是與蒙脫石共生、鑲嵌在一起，傳統的濕法提純僅僅靠離心沉降將方英石分離出去是不可能的。同時考慮到蒙脫石中細小的方英石、?石英等雜質具有很強的致癌性，且會嚴重影響到蒙脫石的物理化學性能，因此膨潤土中方英石等雜質礦物的去除是制約膨潤土深加工的關鍵技術難點。

姜桂蘭等(姜桂蘭，張培萍，膨潤土加工與應用，化學工業出版社，2005.2)對吉林省劉房子膨潤土中的少量方英石的提純實驗結果認為，使用堿提取法可以除去膨潤土中的少量方石英，提純結果物相分析顯示，蒙脫石含量可達95％以上。

Marc?Pansu等(Marc?Pansu，Jacques?Gautheyrou，Handbook?of?SoilAnalysis，Springer，2006)與Daniela?Sauer(Daniela?Sauer，Biogeochemistry，2006，80，89)也發現堿性物質(如NaOH、Na₂CO₃)對蒙脫土中所含的少量SiO₂有不同程度的去除效果。