专利名称：以高岭土为原料制备超细白炭黑和纳米氧化铝的方法
技术领域：
本发明涉及一种以高岭土为原料制备超细白炭黑和纳米氧化铝的方法， 属于无机材料的制备、提纯及晶型控制技术领域. 背景技术高呤土是一种重要的非金属矿产资源，与云母、石英、碳酸钧并称为四大非金属矿.高岭土主要由小于2个微米的微小片状、管状、叠片状等晶型的高 峰石族矿物(高冷石、地开石、珍珠石、埃洛石等)组成，理想的化学式为 Al203-2Si02-2H20，其化学组成主要由大量的A1203、 SiO;j和少量的Fe203、 Ti02以及微量的K20、 Na20、 CaO和MgO等组成，纯的高岭土中含^02为 46.51%， Ah03为39.53%,一直以来，国内外在高岭土资源的开发应用上多^bi对原矿的直接使用， 或是对高岭土进行简单的去杂提纯，高岭土产品的附加值并没有得到很大程度 的提高。随着对高岭土的itJL开采和使用，原料的供应已出现一定的危机。鉴 于高岭土产品功能化开发深度不够、附加值低等突出问题，采用新技术、新工 艺、新设备生产高质量、高档次的深加工产品成为高岭土行业t艮的必然趋势.将高岭土中氧化硅、氧化铝分离制备硅或铝的产品从上个世纪八十年代开 始就有研究，其中有些指标较好。赵剑宇等人用微波催化从淇南高岭土中提取 活性白炭黑，产品纯度达95%以上，白度为93.88%。刘欣梅等A^行煤系高 冷土制取白炭黑的研究，所得白炭黑的比表面积为529.6 m2/g，纯度为96.2%。 但是这些工作仅限于对高岭土中硅或铝的单一提取，没能达到对资源的综合利 用.也有一些将硅、铝综合利用制备两种产物的报道，如用高呤土为原料制备 疏酸铝、白炭黑，或者氯化铝、白炭黑两种产品。授权公告号为CN1275874C 的中国发明专利公开了 一种聚合氯化铝净水剂的制备方法发明专利，该发明首 先对高岭土原矿进行干燥处理，然后进行败烧处理，欲烧温度650"C 700TC， 再加水配成浆液，经过一系列反应和分离处理，最后获得净水剂氯化铝和白炭黑。该方法将高岭土中含有的Si02和Al203进行了综合的利用，但是所得的聚合氯化铝净水剂和白炭黑的纯度不高从而影响到其应用范围。 发明内容本发明目的是提供一种以高岭土为原料制备超细白炭黑和纳米氧化铝的 方法，解决现有技术对高冷土的综合利用效率不高的问题。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是 一种以高岭土为原料制备 超细白炭黑和纳米氧化铝的方法，由下列工艺步骤依次组成将高呤土在6001C 6301C条件下敞烧使高岭土中含有的高呤石脱水生成 偏高岭石，其A^式为Al203.2Si02'2H20卄Al203Si02+H20;将欲烧后的高岭土加入到卯1C 98"C的盐酸溶液中，然后加入高岭土质 量0.8%~1.1%的六偏磷酸钠，并对其进行搅拌，使偏高呤石含有的化学成 分氧化铝与盐酸充分反应生成三氯化铝，其反应式为 A1203+6HC1=2A1C13+3H20， 二氣化>^偏高呤石中溶出；其中，盐酸溶液 的质量百分比浓度为18~23%，氧化铝与盐酸的摩尔数之比为1: 6.8~7.2;将浸提后的浸提液过滤，获得含有二氧化硅的滤饼；含有三氯化铝，阴 离子杂质偏硅酸根离子，硅酸溶胶，阳离子杂质钾离子、钠离子、钙离子、 镁离子、铁离子和钬离子的滤液； (4)后处理后处理由对步骤(3)获得的滤液和滤饼的处理两部分构成 对滤液处理的具体步骤为A、 向滤液中加入0.8~1.211101/1的氯化钡溶液，并对其搅^H吏钡离子与硅 酸溶胶和硫酸根离子充分M生成硅酸钡、硫酸钡沉淀，后对其过滤得澄清 滤液，其中滤液和氯化钡溶液的体积比为1: 3.5 ~ 4.5;B、 向A步骤获得的滤液内加入氢氧化钠溶液，然后将其加热至75~85 1C，在冷凝回流条件下使三氯化铝与氪氧化钠充分反应生成偏铝酸钠，其反 应式为AlCl3+4NaOH=NaA102+3NaCl+2H20，过滤后得偏铝酸钠滤液； C、 将B步骤得到的偏铝酸钠滤液加热至50 60X:形成胶体溶液，均匀滴 加盐酸使偏铝酸钠与盐酸充分反应生成三氯化铝，然后逐滴滴入碳酸氩氨至 完全生成碳酸铝氨皿；用去离子水对碳酸铝^IL皿进行至少一次洗涤^Mt 以去除杂质离子，所i兌的洗涤^Mt为将碳酸铝氨皿加去离子水搅拌均匀 后过滤获得含有碳酸铝氨凝胶的滤饼；D、 将洗涤后的碳酸铝氨亂欧滤饼用乙醇或丙酮脱水，脱7jc后于105X:-U51C真空干燥得干亂欧；E、 将干皿于HOOK ~ 12001C傲烧得纳米氧化铝粉体；(1)敞烧(2)浸提(3)过滤对含有二氣化硅的滤饼的处理具体步骤为a、 对含有二氧化硅的滤饼进行至少一次洗涤操作以去除杂质离子，所述 的洗涤IMt为将含有二氧化硅的滤饼与7m拌均匀后过滤获得二氣化硅滤 饼；b、 将a步骤得到的二氣化硅滤饼与氢氧化钠溶液混^^吏二氧化硅充分转 化为硅酸钠，其反应式为2NaOH+Si02=Na2Si03+H20，然后向该溶液内加 入盐酸使硅酸钠充分转化为硅酸剿欧，其反应式为Na2Si03 + 2HCl=H2Si03 4十2NaCl;c、 对硅酸皿进行至少一次洗涤操作以去除杂质，所述的洗涤IMt为 将硅酸皿与7咸拌均匀后过滤获得硅酸皿滤饼；d、 将硅酸剿欧滤饼在105"C 1151C干燥、然后研细；e、 研细后的硅酸^JW^5501C 600t:败烧脱水获得超细白炭黑粉体。 上述技术方案中的有关内容解#下1、 上述方案中，败烧(calcination)是指在适宜的气氛和低于高呤岩(土) 熔点的温度条件下进行的热加工，使高岭土组分发生物理化学变化的ii^。 这种媒烧过程是气-固界面多相化学反应，主要是以氣化还原反应为主。煅 烧的目的是要达到高白度、高化学活性、重结晶及高孔隙率等要求的产品. 高呤土的敞烧可使其晶体结构变化、化学活性变化；而这些变化是与煅烧温 度、结晶有序度、伴生组分的种类和歉烧气氛等有着密切的关系。对高岭土 进行败烧所起到的作用是脱水、M、除杂、析出新晶体等。而这些复杂 的物理化学变化对高岭土的败烧产品性质及质量等有着十分重要的影响.在 本发明中欲烧it^L生的主务化学反应具体为Al203.2Si022H20卄Al203.Si02+H20 (高呤石) (偏高呤石) Al203.2Si02'2H20 (高呤石)在6001C ~ 630t:条件下败烧生成偏高呤石 (Al203.Si02), 2、 上述方案中，AlCl3+3NaOH=Al(OH)4+3NaCl( NaOH不足量)，NaOH 过量会继续^[: NaOH+Al(OH)3=NaA102+2H20 ，因此总^L式为AlCl3+4NaOH=NaA102+3NaCl+2H20 因此三氯化铝溶液中滴加氢氧化钠溶液直至过量的现象为先有白色沉淀生 成，后沉淀逐渐溶解消失. 3、 上述方案中，白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、^二氧化硅、超细二氣化硅皿和气皿， 也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸鈣等.白炭黑是多孔性物质，其组成可用Si02.nH20表示，其中nH20是以表面鞋基的形式存在。能溶于苛'I^和氢 氟酸，不溶于水酸(氢氣酸除外).耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好 的电绝缘性.4、 上述方案中，纳米氧化铝(Nanometer Aluminium oxide,分子式 A1203，分子量101.96).纳米氧化铝是白色晶状粉末，已经证实氧化铝有 a、 p、 y、 S、 ii、 0、 K和x等十一种晶体。不同的制备方法及工艺M可获 得不同结构的纳米氧化铝.x、 P、 i]和y型纳米氧化铝，其特点是多孔性， 高分牧、高活性，属活性氧化铝。a-A1203,其比表面低，具有耐高温的惰 性，但不属于活性氧化铝，几乎没有催化活性.5、 上述方案中，所述的高呤土指的是高岭土原矿经分离纯化后获得的高 岭土精矿.由于上述技术方案运用，本发明与现有技^M目比具有下列优点和效果 1、本发明高岭土仅需在600TC 630TC煅烧即可达到工艺要求。改变了传 统工艺即高岭土分解法制备白炭黑通常需要在8001C以上高温敞烧的缺点。本 工艺燉烧活化高岭土时不需要加碱，从而减少了对设备的腐蚀和损害。2 、本发明和传统制备白炭黑工艺相比，只需酸浸处理一次，反应时间70 ~ 90min，无需多次酸浸， 一次酸浸后的白炭黑皿在常温下用NaOH溶液处 理一次，然后用15%-18%盐酸溶液滴定生成硅酸凝胶，将皿洗涤、过滤 干净，干,烧即可得成品，纯度达98.5%以上。三氯化铝溶液经纯化后用 碳酸氩氨滴定法所得氧化铝粒径达纳米级。3、本发明可以同时制得超细白炭黑和纳米氧化铝，从而达到了对高岭土 的综合运用，并且制得的两种产品指标好，产品附加值高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述实施例 一种以高呤土为原料制备超细白炭黑和纳米氧化铝的方法，由 下列工艺步骤依次组成(1) 欲烧将高呤土在610t:条件下败烧使高呤土中含有的高呤石脱水生成偏高冷 石，其^g^式为Al203.2Si022H20 — Al203.Si02+H20;(2) 浸提将欲烧后的高岭土加入到95C的盐酸溶液中，然后加入高岭土质量0.95 %的六偏磷酸钠，并对其进行搅拌，使偏高呤石含有的化学成分氣化铝与盐 酸充分反应生成三氯化铝，其反应式为A1203+6HC1=2A1C13+3H20,从而 使二氣化^偏高呤石中溶出成为无定型二氧化硅，所述的无定型二氧化硅 大部分呈胶态存在；其中，盐酸溶液的质量百分比浓度为20%,氧化铝与盐 酸的摩尔数之比为1 : 7;(3) 过滤将浸提后的浸提液过滤，获得含有二氣化硅的滤饼；含有三氯化铝，阴 离子杂质偏硅酸根离子，少量硅酸杂质，阳离子杂质钾离子、钠离子、钙离 子、镁离子、铁离子和钛离子的滤液；(4) 后处理后处理由对步骤(3)获得的滤液和滤饼的处理两部分构成，以获得白炭 黑和纳米氧化铝产品对滤液处理的具体步骤为A、 向滤液中加入1.0mol/l的氯化钡溶液，并对其搅^N吏钡离子与硅酸溶 胶和硫酸根离子充分反应生成硅酸钡、硫酸钡沉淀，后对其过滤得澄清滤液， 其中滤液和氯化钡溶液的体积比为1 : 4;B、 向A步骤获得的滤液内加入过量氢氧化钠溶液，然后将其加热至80 n，在冷凝回流4Hf下使三氯化铝与氢氧化钠充分反应生成偏铝酸钠，其反 应式为AlCl3+4NaOH=NaA102+3NaCl+2H20,同时有红色Fe(OH)3沉淀生'C、将B步骤得到的偏铝酸钠滤液加热至551C形成胶体溶液，均匀滴加 盐酸4吏偏铝酸钠与盐酸充分反应生成三氯化铝，然后逐滴滴入〃暖酸氩氨至完 全生成碳酸铝氨亂欧；用去离子水对破酸铝#1皿进行至少一次洗涤^|^作以 去除杂质离子，所说的洗涤操作为将碳酸铝氨皿加去离子水搅拌均匀后 过滤获得含有碳酸铝氨凝胶的滤饼；D、 将洗涤后的碳酸铝氨凝胶滤饼用乙醇或丙酮脱水，脱7jc后于ll0X:真 空干^l得干皿；E、 将干皿于11501C欲烧得纳米氧化铝粉体； 对含有二氧化硅的滤饼的处理具体步骤为a、对含有二氧化硅的滤饼进行至少一次洗涤操作以去除杂质离子，所述 的洗涤操作为将含有二氧化硅的滤饼与7m掉均匀后过滤获得二氧化硅滤饼；b、 将a步骤得到的二氧化硅滤饼与氬氧化钠溶液混^^吏二氧化硅充分转 化为硅酸钠，其M式为2NaOH+Si02=Na2Si03+H20，然后向该溶液内加 入盐酸使硅酸钠充分转化为硅酸舰，其M式为Na2Si03 + 2HCl=H2Si03 4十2NaCl;c、 对硅酸皿进行至少一次洗涂操作以去除杂质，所述的洗涤操作为 将硅酸皿与g拌均匀后过滤获得硅酸皿滤饼；d、 将硅酸皿滤饼在1101C干燥、然后研细；e、 研细后的硅酸:^4576"C败烧脱水获得超细白炭黑粉体。 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保 护范围.凡Wt本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明 的保护范围之内。
权利要求
1. 一种以高岭土为原料制备超细白炭黑和纳米氧化铝的方法，其特征在于由下列工艺步骤依次组成(1)煅烧将高岭土在600℃～630℃条件下煅烧使高岭土中含有的高岭石脱水生成偏高岭石，其反应式为Al2O3·2SiO2·2H2O→Al2O3·SiO2+H2O；(2)浸提将煅烧后的高岭土加入到90℃～98℃的盐酸溶液中，然后加入高岭土质量0.8％～1.1％的六偏磷酸钠，并对其进行搅拌，使偏高岭石含有的化学成分氧化铝与盐酸充分反应生成三氯化铝，其反应式为Al2O3+6HCl＝2AlCl3+3H2O，二氧化硅从偏高岭石中溶出；其中，盐酸溶液的质量百分比浓度为18～23％，氧化铝与盐酸的摩尔数之比为1∶6.8～7.2；(3)过滤将浸提后的浸提液过滤，获得含有二氧化硅的滤饼；含有三氯化铝，阴离子杂质偏硅酸根离子，硅酸溶胶，阳离子杂质钾离子、钠离子、钙离子、镁离子、铁离子和钛离子的滤液；(4)后处理后处理由对步骤(3)获得的滤液和滤饼的处理两部分构成对滤液处理的具体步骤为A、向滤液中加入0.8～1.2mol/l的氯化钡溶液，并对其搅拌使钡离子与硅酸溶胶和硫酸根离子充分反应生成硅酸钡、硫酸钡沉淀，后对其过滤得澄清滤液，其中滤液和氯化钡溶液的体积比为1∶3.5～4.5；B、向A步骤获得的滤液内加入氢氧化钠溶液，然后将其加热至75～85℃，在冷凝回流条件下使三氯化铝与氢氧化钠充分反应生成偏铝酸钠，其反应式为AlCl3+4NaOH＝NaAlO2+3NaCl+2H2O，过滤后得偏铝酸钠滤液；C、将B步骤得到的偏铝酸钠滤液加热至50～60℃形成胶体溶液，均匀滴加盐酸使偏铝酸钠与盐酸充分反应生成三氯化铝，然后逐滴滴入碳酸氢氨至完全生成碳酸铝氨凝胶；用去离子水对碳酸铝氨凝胶进行至少一次洗涤操作以去除杂质离子，所说的洗涤操作为将碳酸铝氨凝胶加去离子水搅拌均匀后过滤获得含有碳酸铝氨凝胶的滤饼；D、将洗涤后的碳酸铝氨凝胶滤饼用乙醇或丙酮脱水，脱水后于105℃～115℃真空干燥得干凝胶；E、将干凝胶于1100℃～1200℃煅烧得纳米氧化铝粉体；对含有二氧化硅的滤饼的处理具体步骤为a、对含有二氧化硅的滤饼进行至少一次洗涤操作以去除杂质离子，所述的洗涤操作为将含有二氧化硅的滤饼与水搅拌均匀后过滤获得二氧化硅滤饼；b、将a步骤得到的二氧化硅滤饼与氢氧化钠溶液混合使二氧化硅充分转化为硅酸钠，其反应式为2NaOH+SiO2＝Na2SiO3+H2O，然后向该溶液内加入盐酸使硅酸钠充分转化为硅酸凝胶，其反应式为Na2SiO3+2HCl＝H2SiO3↓+2NaCl；c、对硅酸凝胶进行至少一次洗涤操作以去除杂质，所述的洗涤操作为将硅酸凝胶与水搅拌均匀后过滤获得硅酸凝胶滤饼；d、将硅酸凝胶滤饼在105℃～115℃干燥、然后研细；e、研细后的硅酸凝胶在550℃～600℃煅烧脱水获得超细白炭黑粉体。
全文摘要
一种以高岭土为原料制备超细白炭黑和纳米氧化铝的方法。在该方法中，高岭土经过煅烧、浸提和过滤得到含有二氧化硅的滤液和含有三氯化铝的滤饼。最后通过对滤液和滤饼的除杂和后处理获得最终产品纳米氧化铝粉体和超细白炭黑粉体。本发明可以同时制得超细白炭黑和纳米氧化铝，从而达到了对高岭土的综合运用，并且制得的两种产品指标好，产品附加值高。
文档编号C01F7/00GK101249965SQ200810023208
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月2日 优先权日2008年4月2日
发明者琴 何, 杰 冯, 吴铭敏, 周竹发, 张忠飞, 朱明秀, 勇 李, 陈丽昆 申请人:中国高岭土公司