[發明專利]一種高性能鋰基膨潤土的制備方法

有效

• 申請號: 202210333377.3
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114853026B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 梅娟;諶剛;郭志毅;張光新
• 申請（專利權）人: 哈工大機器人集團（杭州灣）國際創新研究院
• 主分類號: C01B33/40
• 分類號: C01B33/40
• 代理公司: 義烏市宏創專利代理事務所(普通合伙) 33320
• 代理人: 汪奇

本發明涉及膨潤土深加工領域，具體關于一種高性能鋰基膨潤土的制備方法；本發明先加酸使膨潤土漿液pH為酸性，再用銨鹽對膨潤土進行預處理，將膨潤土層間可交換性陽離子如Ca2+、Mg2+、Fe2+等離子全部置換進入膨潤土漿液中，并使膨潤土原料轉型為銨基土；水洗去除這些雜質離子后，再加入鋰鹽鋰化，鋰離子置換銨離子進入膨潤土層間，NH4+在堿性條件下轉化成氨氣揮發，得到的鋰基膨潤土層間基本只含鋰離子，成分與天然鋰基膨潤土類似；經偶聯劑表面接枝改性，增加了膨潤土表面的疏水親有機性能，可以進一步提高鋰基膨潤土在醇水混合物中的分散性和懸浮性。

技術領域

本發明涉及膨潤土深加工領域，尤其是一種高性能鋰基膨潤土的制備方法。

背景技術

膨潤土的主要礦物組成為蒙脫石，蒙脫石是一種兩層硅氧四面體片之間夾一層鋁氧八面體片的層狀硅酸鹽礦物，由于結構單元層中高價陽離子易被低價陽離子取代，如四面體中的Si4+可被Al3+取代，八面體中的Al3+可被?Fe2+、Mg2+等取代，在層間會產生強弱不同的永久性負電荷，為了維持自身電荷的平衡，過剩的負電荷將通過層間吸附的陽離子Na+、K+、Ca2+和Mg2+?等來補償，且只要所處介質中有其他陽離子濃度高于層間已吸附的陽離子濃度，層間域中的陽離子就會不同程度的被交換出來，這就是蒙脫石的層間陽離子交換特性。膨潤土因層間可交換性離子種類及含量的不同，分為鈣基膨潤土、鈉基膨潤土、鋰基膨潤土、鎂基膨潤土、氫基膨潤土等類型。我國膨潤土礦產資源十分豐富，分布廣泛，總儲量居世界第一，但以鈣基膨潤土為主，天然鈉基膨潤土僅占約10％，而天然鋰基膨潤土僅新疆托克遜有報道發現。

膨潤土良好的理化性能與其吸附于層間的陽離子種類和數量有很大關系。膨潤土與層間的水化陽離子以靜電形式吸附，遵守庫倫定律，即高價離子比低價離子的電荷量多，故所產生的靜電力和相互吸引力較強。不同的交換性陽離子，可使膨潤土具有不同的水化性質，一般一價交換性陽離子比二價或三價交換性陽離子的水化性能好。這也是層間吸附Li+的鋰基膨潤土以及吸附Na+的鈉基膨潤土較吸附Ca2+的鈣基膨潤土膨脹性、膠體性好的原因。與鈣基膨潤土相比，鋰基膨潤土和鈉基膨潤土相比具有更好的膨脹性、陽離子交換性、水分散性、膠質價、粘結性、潤滑性，因而具有更廣泛的用途。而鋰基膨潤土比鈉基膨潤土具有更優異的增稠流變性能，在醇水混合體系中性能優異。

鋰基膨潤土用于水性工業漆增稠流變劑具有十分廣闊的市場前景。在全球環保、科技的大趨勢下，水性涂料具有成本低、安全環保、懸浮觸變性好等優點，替代溶劑型涂料是發展必然。2020年我國涂料年產量突破2400萬噸，其中水性工業涂料占比不超過20％，在國外，水性工業涂料的開發占其全部涂料的50％以上。水性工業涂料的應用領域包括車輛、橋梁、鋼構、工程機械、集裝箱、卷材等，涉及范圍廣。我國工業漆的水性化進程慢、占比小的主要原因是性能通常達不到油性涂料的要求，尤其是以水做介質存在干燥揮發慢、烘干能耗高、生產周期長等問題，所以一般會加入一定量的水溶性小分子醇醚類溶劑，來提高涂料的干燥速度，具有易揮發、點火即燃、快干的優點，能耗低、生產效率高，更適宜流水線作業。因此水性工業漆用的懸浮劑很多情況下要求在水和醇醚類溶劑中都有良好的懸浮、觸變、增稠性能。

現有技術中，鋰基膨潤土是采用鈣基膨潤土礦經選礦提純、活化、改性、干燥、磨粉等系列工藝加工而成。盧國斌在“鋰基膨潤土改性技術與生產實踐”中將膨潤土經人工清除雜質后干燥粉碎至小于200目，按膨潤土粉、改性劑、水溶液計量后添加到攪拌機中充分攪拌擠壓經老化后干燥粉碎得到鋰基膨潤土。

人工鋰基膨潤土與天然的鋰基膨潤土與相比產品性能和穩定性耐久性上有很大差異，主要原因是因為天然鋰基膨潤土經過數千年的轉化，鋰化充分，且鈣鎂鐵等可交換離子含量低。要獲得高性能的人工鋰基膨潤土必須解決鋰離子交換的充分性問題和鋰基膨潤土中的鈣鎂鐵離子以及方解石、白云石等雜質礦物在復雜的酸堿鹽使用環境對產品穩定性的影響問題。