[發明專利]利用富鐵低品位黏土礦物制備多種結構納米材料的方法

有效

• 申請號: 201910231693.8
• 申請日: 2019-03-26
• 公開（公告）號: CN109911908B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 王文波;王愛勤;董文凱;汪琴;宗莉;牟斌;朱永峰;康玉茹;惠愛平
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C01B33/20
• 分類號: C01B33/20;C01B33/24;B82Y30/00;H01F1/00;H01F1/03;H01F41/02
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201
• 代理人: 張英荷

本發明提供了一種利用富鐵低品位黏土礦物制備多種結構納米材料的方法，是用酸將黏土礦物中的八面體金屬離子溶出，得到高純度SiO₂和富含金屬離子的水溶液，再通過SiO₂和不同金屬離子在水熱條件下的原位轉化?結晶反應，得到不同形貌的金屬硅酸鹽納米材料；通過酸溶蝕得到富含金屬離子溶液的原位堿沉淀?結晶反應，得到二維層狀氫氧化物，再經過煅燒處理，將其中的含鐵組分轉變為磁性氧化鐵，得到磁性的層狀納米材料。本發明采用對富鐵低品位黏土礦物中的各種礦物進行八面體和四面體“拆分?重組”策略，解決全組分轉化利用硅酸鹽黏土礦物精準、高效、經濟合成納米材料的技術瓶頸問題，實現了低品位黏土礦物中全部組分的綜合高效利用。

技術領域

本發明涉及一種利用富鐵低品位黏土礦物制備多種結構納米材料的方法，屬于非金屬礦物深加工及納米材料制備技術領域。

背景技術

黏土礦物是由地球上最為豐富的O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K和Mg等元素通過硅氧四面體（SiO₄）和Mg、Al或Fe氧八面體（MO₆）組合而成的含水富鎂鋁硅酸鹽礦物，由于具有特殊的天然納米結構和形貌（如納米棒、納米管、納米層、納米纖維），作為重要的基礎材料已在化工、環保、農業、建材、新材料等領域得到了廣泛應用。

黏土礦物在自然界中儲量極為豐富，但由于構成不同黏土礦物的基本結構單元“基因”相近，所以在黏土礦物的自然形成過程中多種礦物（如蒙脫石、伊利石、白云母、石英、長石等）通常同時伴生形成，導致天然產出的黏土礦物的組成復雜，伴生礦物較多。此外，在漫長的地質形成過程中，黏土礦物會發生類質同象取代現象，八面體層中的Mg(II)或Al(III)等離子被Fe(III)或其它致色金屬離子取代，導致黏土礦物的色澤較深，制約了在工業領域中的應用。由于現有技術不能對低品位黏土礦物中雜礦進行高效綜合利用，因此低品位礦被作為尾礦處理，造成了資源的嚴重浪費。

為了實現伴生礦組成復雜的低品位黏土礦物的高值化利用，研究者分別從不同的視角、采用不同的方法進行了黏土礦物結構調控與性能優化的研究。CN103708483A公開了一種凹凸棒石原位晶型轉變制備凹-蒙石的方法，利用凹凸棒石結構的演變和重組顯著提升了吸附性能；CN104445240A公開了一種凹凸棒石原位制備有機化混維納米材料的方法，通過凹凸棒石原位晶型轉變和重組，獲得了性能優異的吸附材料；CN105731486A公開了一種利用低質黏土尾礦制備球形方沸石介孔材料的方法，通過黏土礦物結構轉變為方沸石提升了吸附性能。

相比于傳統的提純或表面改性方法，將低品位黏土礦物轉變成新型的納米材料是實現其高值化利用最為有效的途徑之一。CN104261421A公開了一種利用水熱改性來提高低品位凹凸棒石色品的方法，將低品位紅色凹凸棒石通過添加硫化物以及有機酸，經過水熱反應后，使八面體中致色離子Fe(III)被有效刻蝕，進而使紅色凹凸棒石成功轉化為色品更高的米白色黏土礦物。CN107055565A公開了一種用蛋白石凹凸棒石黏土制備沸石分子篩的方法，將SiO₂含量大于70%含蛋白石凹凸棒石黏土中的蛋白石分離出來，然后用酸處理后，最后把所得蛋白石粉體與鋁化合物、氫氧化鈉和水按比例混合，在水熱反應釜中80~130℃反應3~10h，得到沸石分子篩。在用黏土礦物合成材料方面，主要集中在合成沸石方面，對用黏土礦物合成其它納米材料的關注較少。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用富鐵低品位黏土礦物制備多種結構納米材料的方法。

本發明利用富鐵低品位黏土礦物制備多種結構納米材料的方法，包括以下步驟：

（1）將富鐵低品位黏土礦物粉碎成粒徑小于200目的粉末，然后按固液質量比1:8~1:10分散到混酸水溶液中，于100~120℃微波水熱處理20~30分鐘，離心分離，收集離心上清液；固體經干燥、粉碎得到白色粉末。