一种利用钾霞石粉体制备硝酸钾和纳米高岭石的方法与流程

本发明属于精细化工材料制备技术领域，具体涉及一种利用钾霞石粉体合成纳米高岭石副产硝酸钾的方法。

背景技术：
高岭石属1∶1型层状硅酸盐，纳米高岭石可作为橡胶、塑料的增容填料和阻燃增效剂，既可提高材料的抗拉强度，又可提高材料的气体阻隔性能；在陶瓷领域，纳米高岭石制陶瓷具有高硬度、高韧性和较好的延展性；在涂料方面，纳米高岭石可使涂料的吸附性、稳定性、耐脏性和耐褪色性显著加强，还可表现出一些特殊的光学效应等。由于纳米高岭石具有表面效应，小尺寸效应，量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，且其新特性及应用领域不断扩大，已引起国内外研究者的广泛关注。高岭土超细加工的方法主要有：机械粉碎法、分级法、插层-剥片法及化学合成法。机械粉碎法主要利用了矿物层状结构的特点，在外力作用下，破坏层与层之间的作用力，从而达到超细化目的，但能耗较大，长时间处理容易破坏高岭石的晶型，且无法达到纳米级尺度。分级法主要根据斯托克斯法则将高岭土在液体中沉降得到超微细高岭土，但成本高，产出率低。插层-剥片法主要利用插层作用使高岭土中矿物层间膨胀，键合力大为减弱，除去插层客体后，原来堆垛的片状高岭石就自然分解成小片状的高岭石，达到自然剥离的目的。该方法插层率和效果参差不齐，所得插层产物的粒度和形貌变化较大，昂贵的插层有机物回收较为繁琐困难，因而使得这种方法制备的纳米高岭石的成本很高。化学合成法一般以铝硅酸盐矿物或铝硅凝胶为原料采用水热法得到超微细合成高岭石，其产品纯度高、悬浮稳定性好、光散射性好，同时其成本低廉。硝酸钾是一种重要的无机化工产品和氮、钾二元高品质复合肥料，主要用于茶叶、水果、烟草、蔬菜等高附加值农作物。自然界中天然硝酸钾资源极少，目前，我国的硝酸钾基本由氯化钾、硝酸钠或硝酸铵为原料进行生成，主要方法有吸收法、萃取法、离子交换法和复分解法等，主要存在问题有氯化钾价格昂贵、生产工艺复杂、硝酸铵属于危险易爆物品等。

技术实现要素：
本发明的目的是提供了一种利用钾霞石粉体合成纳米高岭石副产硝酸钾的方法。该方法以钾霞石粉体和硝酸为原料，采用水热法合成纳米高岭石，副产硝酸钾产品。该方法工艺简单易行，资源利用率高，无三废排放，附加值较高，具有良好的经济效益。为了实现上述目的，该工艺通过以下步骤实现：1)将钾霞石粉体、水和硝酸按质量比为1∶6-8∶0.2-0.3混合均匀成浆料，其中硝酸的质量浓度为65～68wt％；2)将步骤1中混合均匀的浆料置于带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在210～260℃下进行反应，反应时间12～36小时；3)将步骤2的反应釜置于冷水中快速冷却，得到的浆料进行固液分离，得到滤液和滤饼；4)将步骤3的滤液在110～120℃条件下进行蒸发结晶制得硝酸钾产品；5)将步骤3的滤饼洗涤至洗液pH值为9-10，滤饼在95～105℃条件下干燥6～12h制得纳米高岭石。所述的钾霞石粉体为六方晶型，钾霞石的质量分数大于90wt％，粒度-200目＞95％。所述的方法步骤1中为更好的控制钾霞石在硝酸中的分解速率，钾霞石粉体、水和硝酸混合方式为：先将质量分数为65～68wt％的硝酸用水稀释到质量分数为5～20wt％，再将剩余的水与钾霞石混合搅拌均匀，最后将稀释后的硝酸缓慢加入到钾霞石和水的混合浆料中。所述的方法中，钾霞石粉体在水热反应过程中，氧化钾溶出率大于85％。所述的方法步骤5中，洗涤后洗液可作为后续洗液循环使用。所述的方法步骤5中，得到的纳米高岭石为片状晶体，厚度为15～30nm，片径为400～500nm。本发明采用的钾霞石粉体可以用钾长石粉体为原料经水热处理获得，该工艺已向国家知识产权局专利局提出发明专利申请：“利用钾长石粉体水热合成六方钾霞石的方法”(申请号：201010543249.9)，申请人为：中国地质大学(北京)。其钾长石原料来源广泛，生产成本低廉。该以钾长石粉体为原料水热合成六方钾霞石的方法的具体技术方案是：将钾长石矿石经破碎和粉磨后，制得钾长石粉体，钾长石粉体的粒度为-200目＞95wt％；将氢氧化钾与氢氧化钠配成的碱液与钾长石粉体混合，在220～280℃的条件下水热反应2～8h，经过滤、洗涤和干燥，制得六方钾霞石粉体；其中，碱液的浓度为8～12M，碱液中NaOH与KOH的摩尔比为7/3～0/10；其中，NaOH与KOH的摩尔比为0/10时，此该碱液中的NaOH为0；在碱液与钾长石粉体的质量比为2～8，并在水热反应过程中进行搅拌，搅拌速率为100～200转/分。所制得的六方钾霞石粉体在“一种利用钾霞石粉体制取农用硫酸钾的工艺”(申请号为：201110064828.X)中可以作为原料直接使用。在所制得的六方钾霞石粉体中的氧化钾的含量在26.0wt％以上；氧化钠的含量在1.2wt％以下，也符合“一种利用钾霞石粉体制取农用硫酸钾的工艺”(申请号为：201110064828.X)所使用的钾霞石中的对氧化钾的含量和氧化钠的含量的要求(即氧化钾的含量在26.0wt％以上；氧化钠的含量在1.2wt％以下)，同时，所制得六方钾霞石粉体的粒度小于328目(即48μm)，也符合“一种利用钾霞石粉体制取农用硫酸钾的工艺”(申请号为：201110064828.X)所使用的钾霞石中的对粒度的要求。因此，发明专利申请名为“利用钾长石粉体水热合成六方钾霞石的方法”(发明专利申请号：201010543249.9)所制得的钾霞石粉体可以直接使用。本专利采用水热法，反应结束后固液分离，得到滤液经蒸发结晶可得硝酸钾产品，突破了以氯化钾为原料制备硝酸钾的局限；得到的滤饼经洗涤、干燥可得到纳米高岭石，具有良好的应用前景。本专利充分利用了钾霞石中的钾、铝、硅组分，在合成纳米高岭石的同时，副产硝酸钾产品，资源利用率高，无三废排放，且工艺简单，反应条件温和，成本低廉，具有良好的经济效益。附图说明图1为本发明的钾霞石原料的X射线粉末衍射图。图2为本发明的制成的纳米高岭石的X射线粉末衍射图。图3为本发明的制成的纳米高岭石的扫描电镜照片。。具体实施方式实施例(1)本专利所用钾霞石粉体是以钾长石粉体为原料经水热处理获得，化学成分分析结果如表1，经计算钾霞石质量百分含量为91.36wt％，X射线粉晶衍射图分析如图1。对原料X射线粉晶衍射数据进行指标化计算，其品格常数与标准的JCPDS卡片(卡片号85-1413)中六方钾霞石的标准值基本一致(表2)。表1六方钾霞石粉体(S-01)的化学成分分析结果(WB％)表2六方钾霞石粉体(S-01)的晶格常数与JCPDS标准卡片对比(2)准确称取钾霞石粉体7.5g(化学成分分析结果见表1)，蒸馏水55.4g，硝酸(质量分数为66％)4.6g，将4.6g的硝酸加入20g蒸馏水中稀释，将7.5g钾霞石粉体和35.4g蒸馏水混合搅拌均匀，再将稀释后的硝酸溶液缓慢加入到钾霞石粉体和蒸馏水的混合浆料中，充分搅拌后装入带聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在250℃的条件下水热反应24h，立即取出反应釜放入冷水中快速冷却，开釜后进行固液分离，滤液在110～120℃下蒸发结晶得到硝酸钾产品。采用四苯硼钠重量法测得氧化钾溶出率为87.5％。滤饼用蒸馏水洗涤至滤液pH值为9-10，最后在95～105℃下干燥6h即得纳米高岭石。本发明的实施例所制成的纳米高岭石的X射线粉末衍射图如图2所示。采用该法合成的高岭石为片状晶体(见图3)。利用X射线粉晶衍射数据采用谢乐公式计算合成的高岭石厚度为20nm，由扫描电镜图可知，片径为400～500nm。对高岭石的X射线衍射数据进行指标化计算，其晶格常数与标准的JCPDS卡片(卡片号79-1570)中高岭石的标准值基本一致(见表3)。表3合成纳米高岭石的晶格常数与JCPDS卡片标准值对比