专利名称：一种螺杆挤出型捏合机半连续化干式制备有机粘土的方法
技术领域：
本发明涉及一种螺杆挤出型捏合机半连续化干式制备有机粘土的方法，具体说， 是涉及以螺杆挤出型捏合机为主反应器在加少量水甚至不加水的条件下制备出性能优良的有机粘土的方法，属于有机粘土技术领域。
背景技术：
蒙皂石为2 1型可膨胀含水层状铝硅酸盐粘土矿物的族名。包括二八面体和三八面体亚族。本族中典型的矿物包括膨润土、皂石、累托石、汉克托石等。其中以膨润土矿物储量为最大，加工技术最成熟，应用也最广泛。有机粘土产品是目前蒙皂石族矿产资源利用中附加值、技术含量最高，最具经济价值的一类产品，其售价是传统粘土制品的20-50倍，也是粘土矿物资源开发利用中需要深化发展的一个领域。就有机粘土生产技术而言，主要根据产品用途分为湿法和干法两种生产方法。如油漆油墨等日用化工和聚合改性等领域的有机膨润土要求蒙脱石含量高，分散性好，则用湿法生产，即把膨润土分散于水中，分级，除去杂质，蒙脱石含量提高至95%或更高，再有机化处理，制成有机膨润土。尽管这种湿法工艺比较成熟且制备的有机膨润土品质较好，但其存在如下缺点一是耗水，据统计用湿法生产一吨有机粘土平均约耗水15吨，且过程中排放大量含酸和表面活性剂的污水，对环境构成威胁。这对于矿产储量丰富而水资源相对匮乏的的西北、东北地区发展蒙皂石深加工无疑产生了制约。二是资源利用率低，主要体现在一般国内生产一吨有机膨润土需要2. 5-3. 5吨膨润土原矿，品位低一些的膨润土原矿则消耗更多。而美国怀俄明天然钠基膨润土，生产一吨有机膨润土仅需1.5吨左右原矿，这主要是由我国的膨润土资源类型的客观条件决定的。三是耗能，有机粘土产品的水分含量一般要求<3%，因此湿法制备过程中脱水环节如离心、压滤、烘干等需要消耗大量的能源。四是工艺复杂效率低，湿法工艺包括选矿，粉矿，造浆，除砂除杂，有机改性，浓缩脱水，干燥，磨粉等等步骤，不仅设备繁多，工艺复杂，反应时间长，反应条件苛刻，而且投资高，生产效率低。但是目前我国有机土生产线却基本上都是以湿法工艺在生产。用于石油钻井泥浆、环境修复治理、铸造等领域的有机粘土，重在使用性能，一般不要求高纯度，因此可采用半干法生产(由于生产过程仅需少量水分，有时也称为干法生产)，即选择适用的蒙皂石矿经干法选矿、去除脉石、粉碎，原矿粉直接在反应器中用有机铵插层制成有机膨润土。这种生产工艺的特点就是膨润土资源利用率高，用水少且无污水排放，生产周期短，效率高，能耗低，成本低，竞争力强。这些都与国家正在提倡的低碳环保概念不谋而合。为了解决上述湿法工艺存在的问题，中国专利CN1446845A公开了一种干法生产有机膨润土的方法，它首先用两倍于膨润土的水将膨润土打浆，以去除沙石，然后再在混炼机中用纯碱溶液将钙基膨润土钠化改型，改型完成后，再加活化剂活化，最后加有机覆盖齐U，混合反应完成后，再转移到螺旋挤出机上挤出条状有机膨润土。它虽然较传统湿法工艺略有简化，但依然存在耗水量大，工艺复杂，反应条件苛刻，使用设备繁琐，生产连续性差， 工艺适应面狭窄的弊病。
发明内容
本发明为了解决现有技术中湿法有机粘土生产成本高，工艺流程复杂，资源、能源消耗严重的问题难题，提供一种螺杆挤出型捏合机半连续化干式制备有机粘土的方法，以填补现有技术的空白。本发明提供的一种螺杆挤出型捏合机半连续化干式制备有机粘土的方法，包括(1)将蒙皂石粘土原矿粉投入到螺杆挤出型捏合机反应缸内，加钠盐改型剂，混合捏合1 lOmin，分若干次加入水，捏合5 IOmin ；(2)向上述反应缸内加入有机覆盖剂，将料温升至60 80°C，盖严反应缸盖，保持温度恒定，继续捏合30 90min ；之后用酸调节pH至3 5后，继续捏合10 30min，挤出颗粒状有机粘土，干燥即得；上述原料的质量份分别为，蒙皂石粘土原矿粉100份，钠盐改型剂O 4份，水 20 40份，有机覆盖剂20 60份。上述干燥后的有机粘土经过粉碎，分级机除砂，即可包装。所述步骤(1)中的蒙皂石粘土既可以是二八面体的蒙脱石(即膨润土)、累托石类粘土矿物，也可是三八面的皂石、汉克托石等可膨胀含水2 1型层状铝硅酸盐粘土矿物。 其纯度为不低于60%的原矿粉或经筛选、除砂、除杂提纯的钠基、钙基、镁基或混合型高品质蒙皂石粘土矿物。优选钙基膨润土原矿粉、钙基累托石原矿粉、钙基皂石原矿粉或怀俄明天然钠基膨润土。所述步骤(1)中的螺杆挤出型捏合机为集成了捏合、搅拌、加热、保温、抽真空、螺旋绞龙挤出造粒等多种功能为一体的机械设备，螺杆的长径比不小于12且绞龙出口加开孔直径为Φ 4mm Φ IOmm的模板。所述步骤(1)中的钠盐改型剂为碳酸钠、氟化钠、磷酸钠中的一种或几种的混合物。所述步骤⑵中的有机覆盖剂为单或双长碳链且碳原子数为12 18的烷基季铵
盐或季鳞盐，其结构表达式分别为
权利要求
1.一种螺杆挤出型捏合机半连续化干式制备有机粘土的方法，包括(1)将蒙皂石粘土原矿粉投入到螺杆挤出型捏合机反应缸内，加钠盐改型剂，混合捏合 1 lOmin，分次加入水，捏合5 IOmin ；(2)向上述反应缸内加入有机覆盖剂，将料温升至60 80°C，盖严反应缸盖，保持温度恒定，继续捏合30 90min ；之后用酸调节pH至3 5后，继续捏合10 30min，挤出颗粒状有机粘土，干燥即得；上述原料的质量份分别为，蒙皂石粘土原矿粉100份，钠盐改型剂O 4份，水20 40 份，有机覆盖剂20 60份。
2.根据权利要求1所述的一种螺杆挤出型捏合机半连续化干式制备有机粘土的方法， 其特征在于所述步骤(1)中的蒙皂石粘土为二八面体的蒙脱石、累托石类粘土矿物、三八面的皂石或汉克托石；其纯度为不低于60%的原矿粉或经筛选、除砂、除杂提纯的钠基、钙基、镁基或混合型蒙皂石粘土矿物。
3.根据权利要求1或2所述的一种螺杆挤出型捏合机半连续化干式制备有机粘土的方法，其特征在于所述的蒙皂石粘土原矿粉为钙基膨润土原矿粉、钙基累托石原矿粉、钙基皂石原矿粉或怀俄明天然钠基膨润土。
4.根据权利要求1所述的一种螺杆挤出型捏合机半连续化干式制备有机粘土的方法， 其特征在于所述步骤(1)中的螺杆挤出型捏合机为集成了捏合、搅拌、加热、保温、抽真空、螺旋绞龙挤出造粒为一体的机械设备，螺杆的长径比不小于12且绞龙出口加开孔直径为Φ 4mm Φ IOmm的模板。
5.根据权利要求1所述的一种螺杆挤出型捏合机半连续化干式制备有机粘土的方法， 其特征在于所述步骤(1)中的钠盐改型剂为碳酸钠、氟化钠、磷酸钠中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种螺杆挤出型捏合机半连续化干式制备有机粘土的方法， 其特征在于所述步骤(2)中的有机覆盖剂需预先加温融化成液体。
7.根据权利要求1所述的一种螺杆挤出型捏合机半连续化干式制备有机粘土的方法，其特征在于所述步骤(2)中的有机覆盖剂为单或双长碳链且碳原子数为12 18的烷基季铵盐或季鳞盐，其结构表达式分别为
8.根据权利要求1或6或7所述的一种螺杆挤出型捏合机半连续化干式制备有机粘土的方法，其特征在于所述步骤(2)中的有机覆盖剂为十六/十八烷基三甲基铵盐、十六 /十八烷基二甲基苄基铵盐、十六/十八烷基二甲基异辛基铵盐、十六/十八烷基二甲基丙烯基铵盐、十六/十八烷基二甲基羟乙基铵盐、双十二烷基二甲基铵盐、双十八烷基二甲基铵盐中的一种或几种的混合物。
9.根据权利要求1或6或7所述的一种螺杆挤出型捏合机半连续化干式制备有机粘土的方法，其特征在于所述步骤(2)中的有机覆盖剂为碳原子数为12-18的长链烷基三丁基季鳞盐或三苯基季鳞盐中的一种或二者的混合物。
10.根据权利要求1所述的一种螺杆挤出型捏合机半连续化干式制备有机粘土的方法，其特征在于所述步骤(3)中的酸为硫酸、磷酸、乙酸、草酸中的一种或几种的混合溶液。
11.根据权利要求1所述的一种螺杆挤出型捏合机半连续化干式制备有机粘土的方法，其特征在于所述步骤(3)所得的有机粘土应用于石油钻井、铸造醇基涂料、环境治理和修复、或油漆涂料领域。
全文摘要
本发明公开了一种螺杆挤出型捏合机半连续化干式制备有机粘土的方法，包括将蒙皂石粘土原矿粉投入到螺杆挤出型捏合机反应缸内，加钠盐改型剂，混合捏合1～10min，分次加入水，捏合；向上述反应缸内加入有机覆盖剂，将料温升至60～80℃，保持温度恒定，继续捏合；之后用酸调节pH至3～5后，继续捏合，挤出颗粒状有机粘土，干燥即得。本发明具有流程简单、耗时短、投资少、连续生产效率高的特点；是节约矿产资源、节水、节能、无污水排放的清洁生产方法；制备所得的有机粘土性能优良。
文档编号B28C1/10GK102241068SQ20111018948
公开日2011年11月16日 申请日期2011年7月7日 优先权日2011年7月7日
发明者叶秋杉, 夏露, 宋海明, 廖永明, 李静静, 林鸿福, 王晨伟 申请人:浙江丰虹新材料股份有限公司