一种低温制备高岭土的方法
【专利摘要】本发明属于天然矿物的人工合成【技术领域】，尤其涉及物相纯、比表面较大高岭土的合成方法。其特征在于技术方案包括以下步骤：4.73g九水合硝酸铝，溶于70mL蒸馏水中，加入2mol·L-1的氨水，调节溶液pH为9.0，所得凝胶离心洗涤5次以后，然后将凝胶转移加入到三口烧瓶中，加入2.58g正硅酸四乙酯和2mL浓度范围在0~1mol·L-1的氨水，加入一定量的蒸馏水维持悬浮液体积为70mL，90℃油浴条件下混合搅拌2天。然后将悬浮液密封在容积为90mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，220℃恒温反应5~7天，经测量反应液的pH范围在5.0~7.8之间，产物经水洗、乙醇洗、离心分离和干燥得到高岭土。
【专利说明】—种低温制备高岭土的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于天然矿物的人工合成【技术领域】，尤其涉及高岭土的合成方法。
【背景技术】 [0002]高岭土是一种以氧化铝和氧化硅为主要成分，质软，有滑腻感的细粒黏土。作为一种重要的矿产资源，高岭土具有良好的耐酸性、低的阳离子交换性、较好的耐火耐热性能、可塑性以及优良的电绝缘性等突出特点。因此高岭土已经成为造纸、陶瓷、橡胶、化工、医药、塑料等行业所必需的原料。在油漆涂料中还可代替立德粉和部分钛白粉等昂贵材料。
[0003]我国高岭土资源分布比较分散，难以大规模开采且大多数为煤系高岭土，品位不高。在实际工业应用化过程中，需要经过进行煅烧或者改性处理。一般高岭土原矿中含有蒙脱石、伊利石、水铝英石、以及石英、云母、含铁矿物、有机质等杂质，所以需要对矿石经过复杂的手选精制加工后才能应用到工业生产中。鉴于上述局限性，人工合成高岭土成为一种可能的途径。
[0004]关于高岭土的合成，已有专利和文章报道，专利US5843861和欧洲地球化学(CHEMICAL GEOLOGY 1999, 156，171-190)报道利用水热法人工制备高岭土。该方法过程复杂，需要高温煅烧和强酸强碱环境，耗能较大，同时仪器设备的腐蚀会比较严重。因此需要针对这些缺点进行改进，探索一种能在温和条件下得到纯度高、比表面大、颗粒小的高岭土的合成方法。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的缺陷，本发明提供一种利用水热反应，通过控制加入氨水的量可以制备比表面大、粒度小的高岭土的方法，同时可以实现调控反应液的pH在中性范围内，以解决国内现有高岭土原生矿物资源短缺、难于开采、纯度不高的现状。
[0006]本发明是一种比表面大、粒度小高岭土的合成方法，其特征在于，4.73 g九水合硝酸铝，溶于70 mL蒸馏水中，加入2 mol 的氨水，调节溶液pH为9.0，所得凝胶离心洗涤5次以后，然后将凝胶转移加入到三口烧瓶中，充分搅拌条件下加入2.58 g正硅酸四乙酯和2 mL浓度范围为(Tl mol.I/1的氨水，加入一定量的蒸馏水维持悬浮液液体积为70mL,90 °C油浴条件下混合搅拌2天。然后将悬浮液密封在容积为90 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，220 1:恒温反应5~7天，经测量反应液的pH在5.0-7.8之间，产物经水洗、乙醇洗、离心分离和干燥得到高岭土。
[0007]与现有技术相比，本发明制备高岭土的方法，所得产物物相单纯，反应简单易控；该方法是低温反应，反应条件温和，能通过控制加入氨水的量制备出高岭土，避免使用强酸强碱同时能实现控制反应液的PH在中性范围内，有效降低反应液对仪器设备的腐蚀和损害。所制备的高岭土比表面较大、粒径较小。
【专利附图】
【附图说明】[0008]图1为本发明实施实例1-4产物的XRD图谱
其中(a)为高岭土的标准XRD图谱(JCPDS card n0.75-1593) ； (b)为实施例1的XRD图谱；(c)为实施例2的XRD图谱；(d)为实施例3的XRD图谱；(e)为实施例4的XRD图谱。 [0009]图2为本发明实施例5和例6产物的XRD图谱
其中(a)为实施例5的XRD图谱；(b)为实施例6的XRD图谱。
[0010]图3为本发明实施例3和6产物的扫描电镜照片
其中(a)为实施例3的扫描电镜照片；(b)为实施例6的扫描电镜照片
【具体实施方式】
[0011]实施例1:
称取4.73 g九水合硝酸铝，溶于70 mL蒸馏水当中，加入2 mol -1-1的氨水，调节溶液PH为9.0，所得凝胶离心洗涤5次以后，然后将凝胶转移加入到三口烧瓶中，充分搅拌条件下加入2.58 g正硅酸四乙酯和2 mL H2O,加入一定量的蒸馏水维持悬浮液体积为70 mL,90°C油浴条件下混合搅拌2天，然后将悬浮液密封在容积为90 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中。220°C恒温反应5天，将釜中产物倾出，经测量反应液的pH为5.1，离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，80°C条件下干燥12 h，即获得高岭土，产物的比表面积为 59.9 m2.g 1 ο
[0012]实施例2:
制备步骤同实例1，不同之处是:加入2 mL 0.25 mol.1-1氨水，然后将悬浮液密封在容积为90 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在220 °〇温度下恒温反应7天，将釜内产物倾出，经测量反应液的pH为5.8，离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，80 V条件下干燥12 h，即获得高岭土，产物的比表面积为40.2 m2.g'
[0013]实施例3:
制备步骤同实例1，不同之处是:加入2 mL 0.5 mol -T1氨水，然后将悬浮液密封在容积为90 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在220 °〇温度下恒温反应5天，将釜内产物倾出，经测量反应液的pH为6.7，离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，80 °〇条件下干燥12 h，即获得高岭土，产物的比表面积为58.2 m2.g'
[0014]实施例4:
制备步骤同实例1，不同之处是:加入2 mL I mol 4-1氨水，然后将悬浮液密封在容积为90 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在220 °〇温度下恒温反应5天，将釜内产物倾出，经测量反应液的pH为7.8，离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，80°C条件下干燥12 h，即获得高岭土，产物的比表面积为50.5 m2.g'
[0015]实施例5:
制备步骤同实例1，不同之处是:加入2 mL 2 mol·1-1氨水，然后将悬浮液密封在容积为90 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在220 °〇温度下恒温反应5天，将釜内产物倾出，经测量反应液的pH为8.6，离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，80 °C条件下干燥12 ho
[0016]实施例6:制备步骤同实例1，不同之处是:加入2 mL 4 mol .l-1氨水，然后将悬浮液密封在容积为90 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在220°C温度下恒温反应5天，将釜内产物倾出，经测量反应液的PH为9.2，离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，80 °C条件下干燥12 ho
[0017]步骤中所述的恒温反应是将反应釜置于能精确控温的烘箱，或者将反应釜置于能精确控温的电阻炉中。
[0018]产物物相用X-射线粉末衍射(XRD)进行测试，仪器型号为Bruker D8 X-射线衍射仪，X-射线源为Cu-Ka辐射(λ=1.5418Α)，扫描角度范围2Θ为10°~80°之间。
[0019]图1中(b广(e)分别为本发明实施例1-4的X-射线粉末衍射谱图。产品衍射峰均与高岭土(JCPDS card n0.75-1593)完全吻合。
[0020]图2中(a)和(b)分别为本发明实施例5和6的X-射线粉末衍射谱图，证明由于氨水用量的增加，所得产品不是高岭土。
[0021]图3中(a)为本发明实施例3的扫描电子显微镜照片，证明高岭土具有典型的无规则薄片状结构，图3中(b)为本发明实施例6的扫描电子显微镜照片，证明产品结构呈弯曲薄片状。所得产品不是高岭土。
[0022]以上分析证实了通过控制加入氨水的量可以控制高岭土的生成。
【权利要求】
1.一种低温条件下制备高岭土矿物的方法，其特征在于技术方案包括以下步骤: (1)4.73 g九水合硝酸铝，溶于70 mL蒸馏水中，加入2 mol.1^的氨水，调节溶液pH为9.0，所得凝胶离心洗涤5次； (2)将步骤(1)中的凝胶加入到三口烧瓶中，在充分搅拌下加入2.58 g正硅酸四乙酯和2 mL浓度分别为0-l mol.0-1的氨水，加入一定量的蒸馏水维持悬浮液体积为70 mL,90 °C油浴条件下混合搅拌2天； (3)将悬浮液密封在容积为90mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，220 °C恒温反应5~7天，产物经水洗、乙醇洗、离心分离和干燥即获得高岭土。
2.本发明所述步骤中的反应原料为九水合硝酸铝和正硅酸四乙酯。
3.本发明所述步骤⑴中的pH调节剂为2mol.L—1的氨水。
4.本发明所述步骤(2)中的pH调节剂为2mL 0-l mol.1/1之间的氨水。
5.本发明所述步骤⑴中体系的pH值为9。
6.本发明所述步骤(2)中体系的pH值在5.0-7.8之间。
7.本发明所述步骤(2)中反应温度为90°C。
8.本发明所述步骤(3)中的水热温度为220°C，保温时间为5~7天。
【文档编号】C01B33/40GK103570033SQ201210474519
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年11月21日 优先权日:2012年11月21日
【发明者】孙中溪, 齐长林, 范迎菊, 张卫民, 葛东来 申请人:济南大学