一种机械化学合成硅酸镁锂的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种机械化学合成硅酸镁锂的方法。
【背景技术】
[0002] 硅酸镁锂又称锂皂石、锂蒙脱石、水辉石、汉克脱石（Hectorite)，系三八面体层状 硅酸盐矿物，属蒙皂石族。在电子显微镜下观察，晶粒呈不规则片状，片长和宽约0. 3ym~ 2. 5ym，片厚约15nm~230nm，是典型的二维纳米矿物材料。因其特殊的晶体结构和化学组 成，在水中具有极大的成胶性能，能很快膨胀，在较低固含量下，即可形成包含大量水网络 结构的、高粘度、无色透明的触变性凝胶。具有非常优异的胶体分散性、增稠性、触变性、稳 定性、吸附性及悬浮性，广泛用于涂料、油漆、造纸、化妆品、日用化工品、锂电池、印染助剂、 医药等领域。
[0003] 但是由于矿化周期长，矿化条件苛刻等原因，天然锂皂石在自然界极为稀缺，世界 上拥有该矿产并能长期开采的只有美国加州的汉克托等少数地区；并且天然产出的锂皂石 杂质含量较高，难以提纯，不能满足特殊工业的要求。而人工合成的硅酸镁锂纯度高，组成 稳定，可以代替天然锂皂石。
[0004] 人工合成硅酸镁锂的传统方式是水热合成法。如专利US3586478和专利 W02004096708,均是先将各种物料按一定计算比例制成前体泥浆，再将其加入水热装置，温 度200°C，压力16个大气压下至少反应10到20小时，得到的产物具有硅酸镁锂的晶体结 构。传统水热反应合成硅酸镁锂能耗巨大且耗时长久，需要大容积的耐高压设备，投入成本 和运营成本巨大；另外，由于水热反应釜设备限制，只能进行间歇式生产；而且随着反应进 行，釜内物料粘度上升，造成搅拌均化困难，会导致产物质量不匀且产量低下。这些问题都 为硅酸镁锂的大规模生产带来了困难。
[0005] 在此基础上，日本专利JP06345419提出了一种连续水热反应的方法。该专利中是 利用一种内径14. 3毫米，长100米，装有搅拌叶片的管式反应器代替水热反应釜进行水热 反应。专利中制备好的前体泥浆通过高压装置被送入反应管内，在200~400°C的条件下经 过几到几十分钟时间通过反应管，所得产物即为硅酸镁锂。这种方法能解决传统水热反应 釜的间歇式生产和产品质量不均匀等问题，适合大批量生产。
[0006] 另一种合成方法是微波合成法。专利US20100098614通过功率为330W~3800W， 频率为2.45GHz的微波炉反应10~50分钟，合成了与Laponkc? (德克萨斯州南方粘土 公司）结构类似的产品。
【发明内容】
[0007] 本发明目的在于提供一种利用湿法超细设备合成硅酸镁锂的方法，其时间短、效 率高，便于实现连续生产和产业化。
[0008] 为达到上述目的，采用技术方案如下：
[0009] 一种机械化学合成硅酸镁锂的方法，包括以下步骤：
[0010] 1)合成硅酸镁锂前驱体，并将前驱体的温度控制在30°C -99°c ;
[0011] 2)将前驱体输入湿法超细设备，在物料温度为90°C-99°C的条件下，研磨5min至 90min，所得浆液烘干得到目标产物硅酸镁锂；所述湿法超细设备采用的研磨介质球的直径 为0. 1mm至5mm;研磨介质球线速度为8m/s-20m/s。
[0012] 按上述方案，所述硅酸镁锂前驱体制备原料的各离子配比满足以下比例要求：
[0013] {Si8 (Mg6_x_yLixNay) 020 [ (OH)4_ZFJ(x+y)_ ? (x+y)M+
[0014] 上式中x，y，z的值满足：0彡x彡2,0彡y彡2,0<x+y< 2,0彡z< 4。M+是碱 金属离子或季铵盐阳离子。
[0015] 按上述方案，所述前驱体输入湿法超细设备后，在物料温度为90°C-99°C的条件 下，研磨20min至50min。
[0016] 按上述方案，所述超细设备为振动磨、搅拌磨、剥片机、纳米球磨机、纳米砂磨机或 纳米冲击磨。
[0017] 按上述方案，所述湿法超细设备采用的研磨介质球的直径为0. 3mm至1_。
[0018] 按上述方案，所述湿法超细设备中的研磨介质球，其制造材质是氧化锆、铈稳定氧 化锆、钇稳定氧化锆或硅酸锆。
[0019] 本发明相对于现有技术，有益效果如下：
[0020] 1、本发明通过湿法超细设备内部研磨介质的高速运动，介质与介质之间发生剧烈 碰撞和高速旋转，产生强大的剪切力和挤压力，并在碰撞的瞬间释放大量的热能，使研磨介 质间形成高温高压。无数个研磨介质产生的这种高温高压连续作用于反应物料，使合成反 应得以进行，强大的剪切力和挤压力使前驱体粒径变小，提高了反应程度和反应效率。此 外，由于超细设备中研磨介质的不断运动，保证了反应物料的均匀性，避免了传统的高温高 压水热合成时，因釜内物料粘度上升，造成搅拌均化困难，从而导致的产物质量不均匀问 题。因此本发明所述方法合成硅酸镁锂，反应时间大大缩短，生产效率大幅提高。
[0021] 2、本发明所述方法，因超细设备特有结构，能够进行连续式生产，可以解决传统水 热反应釜间歇式生产的问题，适合大规模生产。
[0022] 3、本发明所述方法通过研磨介质瞬间产生的高温高压合成硅酸镁锂，对设备耐高 温高压要求低，与传统水热合成相比成本更低，更安全，易于实现产业化。
【附图说明】
[0023] 图1 :实施例1所得样品与市售Laponilc? RD的X射线衍射图谱；
[0024] 图2 :实施例2所得样品与市售Laponke? RD的X射线衍射图谱。
【具体实施方式】
[0025] 以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
[0026] 本发明硅酸镁锂的合成过程如下：
[0027] 1)合成硅酸镁锂前驱体，并将前驱体的温度控制在30°C-99°C;
[0028] 2)将前驱体输入湿法超细设备，在物料温度为90°C-99°C的条件下，研磨5min至 90min，得到目标产物硅酸镁锂；所述湿法超细设备采用的研磨介质球的直径为0. 1mm至 5mm;研磨介质球线速度为8m/s_20m/s。
[0029]合成原料包括：含硅物质；可溶性酸；可溶性镁盐；可溶性碱；可溶性锂盐；
[0030] 其中，硅酸镁锂前驱体制备原料的各离子配比满足以下比例要求：
[0031 ] {Si8 (Mg6_x_yLixNay) 020 [ (OH)4_ZFJ(x+y)_ ? (x+y)M+
[0032] 上式中x，y，z的值满足：0彡x彡2, 0彡y彡2, 0 <x+y< 2, 0彡z< 4。M+是碱 金属离子或季铵盐阳离子。
[0033] 优化的实施方案，所述前驱体输入湿法超细设备后，在物料温度为90°C-99°C的 条件下，研磨20min至50min。
[0034] 按上述方案，所述湿法超细设备为振动磨、搅拌磨、剥片机、纳米球磨机、纳米砂磨 机或纳米冲击磨。
[0035] 优化的实施方案，所述湿法超细设备采用的研磨介质球的直径为0. 3mm至1mm。
[0036] 优化的实施方案，所述湿法超细设备中的研磨介质球，其制造材质是氧化锆、铈稳 定氧化锆、钇稳定氧化锆或硅酸锆。
[0037] 实施例1
[0038] 前驱体制备：
[0039] (1)将860g水玻璃（Si0228wt%，Na209wt%，模数3.22)在4L水中溶解，再边搅 拌边快速加入162gH2S04;
[0040] (2) 560gMgCl2 ? 6H20 溶于 1L水中；
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