专利名称：一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法
技术领域：
本发明属于二氧化硅材料的制备领域，特别涉及一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法。
背景技术：
我国每年石英尾砂排量约有1000万吨，排放如此大量的石英尾砂，直接造成严重的环境污染、耕地占用、河道水库淤塞等不良后果。为了保护环境和充分利用矿产资源，石英尾砂的综合利用成为必然趋势。石英尾砂成分主要为SiO2，进一步处理可制备硅微粉。硅微粉是一种超微细SiO2材料，分为无定型和结晶型两种，广泛应用于电子材料、高分子复合材料、塑料、涂料、橡胶、颜料、陶瓷、胶粘剂、玻璃钢、药物载体、化妆品及抗菌材料等领域。其中，无定型SiO2即叫白炭黑，其表面带有羟基，是超微细粉末，粒径通常为20 60nm，比表面积大，是目前世界上大规模工业化生产的产量最高的一种超细粉体材料。目前制备方法比较成熟，一般为干法和湿法两种，工艺复杂，需要特殊设备，生产成本高，还易带来环境污染。而且无定型SiO2表面羟基含量高，易团聚，分散性差，因此应用受到了局限。近年来，结晶型SiO2材料因其表面羟基含量低，分散性能优于无定型SiO2而越来越受到重视。与无定型二氧化硅相比，超细结晶型SiO2材料具有以下优势:①成本与无定型二氧化硅相比更低，生产条件更易控制，适合大规模生产；②粒度分布窄，容易控制，分散均匀，不易团聚；③含水量低，表面羟基少纯度高，杂质少，更易获得高纯度超细粉体。因此结晶型纳米SiO2已经成为无定型二氧化硅的升级新型材料。目前常规的物理方法制备的硅微粉一般都在微米级别，专利CN102070150A通过磨矿分级研磨石英砂，易于规模化生产，但石英粉粒度在2 m左右。微米以下级别的硅微粉在一般研磨的基础上加入后续的分离步骤，专利CN101659393通过湿法研磨，超声分散，超细粉碎，离心分离分级的工艺得到超细硅微粉，粒度均匀，但这种方法工艺复杂，而且在分级过程中，超细硅微粉所占比例小，成本高，效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法，该方法具有操作简单，成本低，重复性好，可大量生产的特点；本发明制备出优良的超细晶型二氧化硅，粒径接近纳米级别，含水量远小于白炭黑，具有良好的应用前景；本发明变废为宝，将石英尾砂加工成为硅微粉，减少了石英尾砂排放导致的环境污染问题。本发明的一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法，包括:( 1)将石英尾砂和去离子水混合均匀，搅拌，过滤，弃滤液；(2)在上述石英尾砂中加入助磨剂，进行湿法研磨，得研磨后浆料，然后洗涤，过滤，得到滤饼，干燥至恒重，即得超细结晶型二氧化硅。所述步骤(1)中石英尾砂和去离子水的质量比1:3，重复洗涤3-5次。所述步骤(1)中搅拌时间为60-120min。
所述步骤(2)中助磨剂为十二烷基磺酸钠或油酸钠，助磨剂的量为石英尾砂质量的 0.5-2%O所述步骤(2)中湿法研磨设备为高能纳米冲击磨。所述步骤(2)中湿法研磨时间为6_8h，处理量为500g。所述步骤(2)中的洗涤为酸溶液洗涤2-3次，然后去离子水洗涤3-4次。所述步骤(2)中酸溶液洗涤为0.lmol/L的盐酸溶液，与研磨后的石英粉混合，搅拌l_2h，去除废液。所述步骤(2)中的干燥温度为100_120°C。所述步骤(2)中所得的超细结晶型二氧化硅的平均粒度尺寸为200±30nm。有益.效果(I)本发明具有操作简单，成本低，重复性好，可大量生产的特点；(2)本发明制备出优良的超细晶型二氧化硅材料，粒度接近纳米级别，含水量远小于白炭黑，具有良好的应用前景；(3)本发明变废为宝，将石英尾砂加工成为硅微粉，减少了石英尾砂排放导致的环境污染问题。
图1是实施例1 的工艺流程图；图2是实施例1所得的超细结晶型二氧化硅的X射线衍射图；图3是实施例1所得的超细结晶型二氧化硅的TGA图；图4是实施例1所得的超细结晶型二氧化硅的N2吸附曲线图；图5是实施例1所得的超细结晶型二氧化硅的TEM图；图6是实施例1所得的超细结晶型二氧化硅的TEM图；图7是实施例1所得的超细结晶型二氧化硅的TEM图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1(I)石英尾砂预处理:取500g石英尾砂，按石英尾砂:去离子水质量比=1:3混合，机械搅拌洗漆60min,过滤,弃废液,按上述方法洗漆三次。(2)研磨:在洗涤完成的石英尾砂中加入质量分数为1%的十二烷基磺酸钠，用高能纳米冲击磨湿法研磨6h，得研磨后的料浆。(3)洗涤:将研磨后的料浆用0.lmol/L盐酸溶液洗涤两次，去离子水洗涤三次，过滤得滤饼。(4)干燥:将滤饼在鼓风干燥箱内110°C条件下干燥至恒重，即得超细晶型二氧化硅材料。
方案I制得的超细二氧化硅材料的透射电镜图片见图5，由图估算出粒子的平均粒径约为220nm。样品的X射线衍射图谱见图2，通过Scherrer公式计算所得的粒径大小与TEM图片所得大小相当。样品的TGA图见图3，失水率在1.5%以内。样品的N2吸附曲线图见图4，BET比表面积为15m2/g。实施例2(I)石英尾砂预处理:取500g石英尾砂，按石英尾砂:去离子水质量比=1:3混合，机械搅拌洗漆60min,过滤,弃废液,按上述方法洗漆三次。(2)研磨:在洗涤完成的石英尾砂中加入质量分数为1%的十二烷基磺酸钠，用高能纳米冲击磨湿法研磨7h，得研磨后的料浆。(3)洗涤:将研磨后的料浆用0.lmol/L盐酸溶液洗涤两次，去离子水洗涤三次，过滤得滤饼。(4)干燥:将滤饼在鼓风干燥箱内110°C条件下干燥至恒重，即得超细晶型二氧化硅材料。方案2制得的超细二氧化硅材料的透射电镜图片见图6，由图估算出粒子的平均粒径约为200nm。实施例3 (I)石英尾砂预处理:取500g石英尾砂，按石英尾砂:去离子水质量比=1:3混合，机械搅拌洗漆60min,过滤,弃废液,按上述方法洗漆三次。(2)研磨:在洗涤完成的石英尾砂中加入质量分数为1%的十二烷基磺酸钠，用高能纳米冲击磨湿法研磨8h，得研磨后的料浆。(3)洗涤:将研磨后的料浆用0.lmol/L盐酸溶液洗涤两次，去离子水洗涤三次，过滤得滤饼。(4)干燥:将滤饼在鼓风干燥箱内110°C条件下干燥至恒重，即得超细晶型二氧化硅材料。方案3制得的超细二氧化硅材料的透射电镜图片见图7，由图估算出粒子的平均粒径约为180nm。
权利要求
1.一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法，包括: (1)将石英尾砂和去离子水混合均匀，搅拌，过滤，弃滤液； (2)在上述石英尾砂中加入助磨剂，进行湿法研磨，得研磨后浆料，然后洗涤，过滤，得到滤饼，干燥至恒重，即得超细结晶型二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步骤(1)中石英尾砂和去离子水的质量比1:3，重复洗涤3-5次。
3.根据权利要求2所述的一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步骤(1)中搅拌时间为60-120min。
4.根据权利要求1所述的一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步骤(2)中助磨剂为十二烷基磺酸钠或油酸钠，助磨剂的量为石英尾砂质量的0.5-2%。
5.根据权利要求1所述的一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步骤(2)中湿法研磨设备为高能纳米冲击磨。
6.根据权利要求1所述的一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步骤(2)中湿法研磨时间为6-8h。
7.根据权利要求1所述的一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步骤(2)中的洗涤为酸溶液洗涤2-3次，然后去离子水洗涤3-4次。
8.根据权利要求7所述的一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步骤(2)中酸溶液洗涤为0.lmol/L的盐酸溶液，与研磨后的石英粉混合，搅拌l_2h，去除废液。
9.根据权利要求1所述的一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步骤(2)中的干燥温度为100-120°C。
10.根据权利要求1所述的一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步骤(2)中所得的超细结晶型二氧化硅的平均粒度尺寸为200±30nm。
全文摘要
本发明涉及一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法，包括(1)将石英尾砂和去离子水混合均匀，搅拌，过滤，弃滤液；(2)在上述石英尾砂中加入助磨剂，进行湿法研磨，得研磨后浆料，然后洗涤，过滤，得到滤饼，干燥至恒重，即得超细结晶型二氧化硅。该方法具有操作简单，成本低，重复性好，可大量生产的特点；本发明制备出优良的超细晶型二氧化硅，粒径接近纳米级别，含水量远小于白炭黑，具有良好的应用前景；本发明变废为宝，将石英尾砂加工成为硅微粉，减少了石英尾砂排放导致的环境污染问题。
文档编号C01B33/18GK103101919SQ20131006084
公开日2013年5月15日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者周兴平, 李申 申请人:东华大学