一种溶胶-凝胶法包覆增白高岭土的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无机非金属材料技术领域，尤其涉及一种增加高岭土白度的方法。
【背景技术】
[0002] 高岭土作为一种重要的无机非金属原料，广泛应用于涂料、造纸和陶瓷等行业。但 由于高岭土所含杂质的种类及其含量对产品性能以及应用范围影响较大，因此去除杂质增 加高岭土的白度一直是高岭土业内研宄的重点。
[0003] 依据杂质产出的状态和性质，高岭土所含杂质可大致分为以下三类：一是和高岭 土一起沉积的有机碳，其以机械混入或者包裹在晶格中的形式存在，使得矿物呈现灰黑色； 二是具有染色能力的铁、钛等元素；三是暗色矿物，如黑云母、绿泥石等。其中，铁、钛和有机 碳是影响高岭土白度的主要因素，由于铁的含量影响高岭土煅烧后的呈色和白度，因而铁 杂质是陶瓷生产中最主要的有害物质。铁元素在高岭土中主要以自由铁（以独立的铁矿物 形式）和结构铁（存在于晶格当中）的形式存在。自由铁容易通过物理、化学和生物的方 法去除，现有技术常用的方法有：高温氯化法（煅烧法）、酸处理法、浮选法、微生物氧化法、 磁选法和还原法。但这些方法对于结构铁却无法去除，目前也尚未见到关于去除高岭土中 结构铁的任何报道。为此，如能解决结构铁对高岭土白度所带来的影响，将对提高高岭土的 白度和应用价值起到重大作用。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种溶胶-凝胶法包覆增白高岭土 的方法，通过在高岭土颗粒表面形成包覆层，以对不能去除的结构铁等杂质起到遮蔽作用， 从而达到明显提尚尚岭土白度的效果。
[0005] 本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
[0006] 本发明提供的一种溶胶-凝胶法包覆增白高岭土的方法，包括以下步骤：
[0007] (1)将高岭土原矿和分散剂加入水中，超声波分散均匀形成浓度为4?20wt%的 高岭土矿浆；
[0008] (2)将所述高岭土矿浆加入无水乙醇搅拌，然后加入氨水和正硅酸乙酯搅拌反应 1?3h ;其中，所述正娃酸乙醋的用量为高岭土原矿的10?50wt %，按照摩尔比正娃酸乙 酯：氨水：乙醇=1 : 2?10 : 4?25 ;反应完毕经过滤、洗涤、干燥，得到增白的高岭土 产品。
[0009] 本发明采用正硅酸乙酯在碱性条件下水解形成溶胶凝胶包覆在高岭土颗粒的表 面，对尚岭土中的结构铁等杂质起到遮蔽作用。尚岭土主要矿物为尚岭石，尚岭石是一种 层状的硅铝酸盐晶体，其单位晶胞由一个四面体硅氧片和一个八面体铝氧片组成高岭石 I : 1型片状硅酸盐，沿001层面解理，通常有底面（001面）和侧面（010或110面），高岭 石底面电荷由于其晶格中阳离子被低价位的阳离子类质同象替换而带恒定的负电荷；侧面 电荷为断裂的硅氧键形成的羟基化合物的两性解理而产生，在酸性介质中带正电荷，碱性 介质中带负电荷。通过加入分散剂后，分散剂吸附在高岭土颗粒表面，改善了高岭土颗粒表 面的电荷分布，使颗粒之间的斥力增加，絮凝结构难以形成。通过氨水调节PH值，并促进正 硅酸乙酯的水解，使浆液在碱性环境中，高岭石带负电荷，且高岭石颗粒表面存在大量的羟 基，高岭石表面羟基和正硅酸乙酯水解产生的Si-OH基缩合沉积在高岭石表面形成致密的 网络包覆膜，对高岭土中的铁致色杂质进行覆遮，从而达到增白高岭土的目的。
[0010] 进一步地，本发明所述步骤（1)中分散剂的用量为高岭土原矿的0. 05?0. 3wt%。 所述分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或聚合硫酸铝。所述步骤（2)中搅拌速度为700? 900 转 /min〇
[0011] 本发明具有以下有益效果：
[0012] (1)本发明利用溶胶-凝胶包覆的方法，采用正硅酸乙酯作为硅源对高岭土进行 包覆，达到增白高岭土目的的同时，不会对高岭土原料引入新的杂质，经过包覆增白的高岭 土产品白度可增加4?6%，拓宽了高岭土的应用范围，可作为造纸填料和陶瓷原料等使 用。
[0013] (2)本发明工艺简单，设备要求低，操作方便，能耗低，产品性能稳定。对于不能通 过物理、化学和生物方法去除铁杂质或者除铁增白效果不明显的高岭土均能起到显著的增 白作用，有利于大规模的推广和使用。
【附图说明】
[0014] 下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：
[0015] 图1是本发明实例一包覆前高岭土原矿和经溶胶-凝胶包覆增白后高岭土产品的 X射线衍射图谱（XRD);
[0016] 图2是本发明实例一包覆前高岭土原矿的扫描电镜照片（SEM);
[0017] 图3是本发明实例一经溶胶-凝胶包覆增白后高岭土产品的扫描电镜照片（SEM)。
【具体实施方式】
[0018] 实施例一：
[0019] 本实施例一种溶胶-凝胶法包覆增白高岭土的方法，其步骤如下：
[0020] (1)将20g高岭土原矿和0. 02g六偏磷酸钠分散剂加入400mL水中，超声波分散成 均匀的高岭土矿浆；
[0021] (2)将高岭土矿浆在缓慢搅拌下加入20mL无水乙醇，然后缓慢滴加8mL氨水和 IOmL正硅酸乙酯，在700转/min速度下搅拌反应Ih ;反应完毕经过滤、洗涤、干燥，得到增 白的尚岭土广品。
[0022] 如图1所不，包覆如的尚岭土原矿和包覆增白后尚岭土广品，主晶相均为尚岭土 和少量的石英，包覆前后XRD图主晶相并没有太大的变化，主要是因为包覆的SiO 2成无定 形态存在，表明高岭土表面被包覆。
[0023] 如图2所示，包覆前的高岭土原矿表面比较光滑，呈片状结构。
[0024] 如图3所不，包覆增白后尚岭土广品的表面明显紧凑，这是因为在正娃酸乙醋水 解、缩合的过程中逐步在高岭土表面形成二氧化硅膜，表面含有大量的硅羟基，其聚合后相 邻的硅羟基发生缩聚反应，形成Si-O-Si键连接，最终形成二氧化硅胶粒子膜，具有小尺寸 效应和表面界面效应，将分散的高岭土粒子黏结在一起，说明高岭土表面已被包覆。
[0025] 实施例二：
[0026] 本实施例一种溶胶-凝胶法包覆增白高岭土的方法，其步骤如下：
[0027] (1)将30g高岭土原矿和0. 03g三聚磷酸钠分散剂加入400mL水中，超声波分散成 均匀的高岭土矿浆；
[0028] (2)将高岭土矿浆在缓慢搅拌下加入30mL无水乙醇，然后缓慢滴加 IOmL氨水和 12mL正硅酸乙酯，在800转/min速度下搅拌反应2h ;反应完毕经过滤、洗涤、干燥，得到增 白的尚岭土广品。
[0029] 实施例三：
[0030] 本实施例一种溶胶-凝胶法包覆增白高岭土的方法，其步骤如下：
[0031] (1)将40g高岭土原矿和0. 04g聚合硫酸铝分散剂加入400mL水中，超声波分散成 均匀的高岭土矿浆；
[0032] (2)将高岭土矿浆在缓慢搅拌下加入40mL无水乙醇，然后缓慢滴加 12mL氨水和 HmL正硅酸乙酯，在900转/min速度下搅拌反应I. 5h ;反应完毕经过滤、洗涤、干燥，得到 增白的高岭土产品。
[0033] 白度测试：
[0034] 以R457白度作为白度测量方法标准，采用WSD-3C型全自动白度计测定包覆前高 岭土原矿和本发明各实施例增白的高岭土产品的煅烧后蓝光白度。测试结果如表1所示。
[0035] 表1本发明各实施例包覆前后高岭土白度的测试结果
[0036]
【主权项】
1. 一种溶胶-凝胶法包覆增白高岭土的方法，其特征在于包括以下步骤： (1) 将高岭土原矿和分散剂加入水中，超声波分散均匀形成浓度为4?20wt%的高岭 土矿衆； (2) 将所述高岭土矿浆加入无水乙醇搅拌，然后加入氨水和正硅酸乙酯搅拌反应1? 3h ;其中，所述正娃酸乙醋的用量为高岭土原矿的10?50wt%，按照摩尔比正娃酸乙醋： 氨水：乙醇=1 : 2?10 : 4?25;反应完毕经过滤、洗涤、干燥，得到增白的高岭土产品。
2. 根据权利要求1所述的溶胶-凝胶法包覆增白高岭土的方法，其特征在于：所述步 骤（1)中分散剂的用量为高岭土原矿的〇. 05?0. 3wt%。
3. 根据权利要求1或2所述的溶胶-凝胶法包覆增白高岭土的方法，其特征在于：所 述分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或聚合硫酸铝。
4. 根据权利要求1所述的溶胶-凝胶法包覆增白高岭土的方法，其特征在于：所述步 骤⑵中搅拌速度为700?900转/min。
【专利摘要】本发明公开了一种溶胶-凝胶法包覆增白高岭土的方法，将高岭土原矿分散于水中配制成高岭土矿浆，然后加入无水乙醇、氨水和正硅酸乙酯，使得正硅酸乙酯水解胶凝包覆在高岭土的表面而得到增白的高岭土产品。本发明对高岭土中的铁钛等致色杂质可起到有效的遮覆作用，从而明显提高高岭土产品的白度，且不会对高岭土原料引入新的杂质，拓宽了高岭土的应用范围。本发明工艺简单，设备要求低，操作方便，能耗低，产品性能稳定，有利于大规模的推广和使用。
【IPC分类】C01B33-40
【公开号】CN104528750
【申请号】CN201410765759
【发明人】苏小丽, 陈云霞, 邹发华, 曾涛, 段金华
【申请人】景德镇陶瓷学院
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月12日