专利名称：用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方法
技术领域：
本发明涉及非金属矿产资源深加工和无机化工技术。更具体说是一种用凹凸 棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方法。
背景技术：
二氧化硅是一种白色无定形微细粉末，质轻，其相对密度为2.319~2.653， 熔点1750°C，有好的化学稳定性，高的绝缘性，不溶于水和酸，溶于强碱和氢 氟酸。它在如橡胶、塑料、造纸、涂料、化妆品、油墨、牙膏及农药等化工、轻 工行业中应用广泛，它的最大用途是橡胶的补强填料，用量占总产量的75%以上。
常规制备二氧化硅的方法需要消耗大量纯碱和酸，并且生产工艺复杂，生产 成本较高；而利用非金属矿制取二氧化硅是一条在技术上可行且经济效益也非常 好的路线。目前已有许多研究者用蛇纹石、高岭石、海泡石、凹凸棒石、硅灰石、 煤矸石、膨润土、粉煤灰、蛋白土等来制备二氧化硅，但总的来看，利用非金属 矿制取二氧化硅的技术关键就是如何简化二氧化硅的生产工艺、降低能耗及成 本、提高产品性能，使其易大规模生产。
中国专利申请公开号CN1506305A公开了一种以凹凸棒石粘土为原料生产
纳米棒状活性二氧化硅的方法。该方法首先对凹凸棒进行选矿，然后进行烘干粉
碎，进而采用酸溶的方法得到棒状二氧化硅。虽然该方法与常规方法相比，省却
了高温碱熔过程，降低了生产成本，但由于其釆用酸溶一步法，酸溶后难以除杂，
因而制得的二氧化硅纯度相对不高；另外，该方法中的酸溶过程，难以破坏凹凸
棒石粘土的棒状结构，所以制得得棒状二氧化硅的活性相对较低。
中国专利申请公开号CN1994880A公开了一种用凹凸棒石粘土为原料制备
白炭黑的方法。该方法首先对凹凸棒进行选矿和粉碎，然后配制成悬浊液，加浓
酸溶解脱杂，接着过滤洗涤后碱溶制得水玻璃，最后加酸中和从而制得白炭黑粉
体。虽然该方法能得到纯度相对高的二氧化硅，但处理工艺复杂，而且需要二次
脱杂，要消耗大量的酸和碱，能耗及生产成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方法，降低原料消耗，提高产品质量。
本发明提供的用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方法包括以下 步骤
a. 以开采出的凹凸棒石粘土为原料，对该凹凸棒石粘土进行粗选并粉碎至 200目以下；
b. 把粉碎后的凹凸棒石粘土粉末通过超声搅拌，用去离子水配制成悬浮液， 悬浮液的重量百分比浓度为1 10%,通过离心沉降对其进行分级提纯，并烘干 粉碎，得到提纯的凹凸棒石粘土；
C.将上述提纯的凹凸棒石粘土与分解剂充分混合，分解剂包括硫酸铵、氯 化铵、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵、偏磷酸铵、硝酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、 甲酸铵、醋酸铵、草酸铵或混合铵盐，提纯的凹凸棒粘土与分解剂混合的质量比 为1: 0.1 10，混合方式为干法或湿法，混合物在马弗炉中煅烧，煅烧温度为 350 800°C，煅烧时间为1 5小时；
d. 将煅烧后的混合物加酸反应，反应所用的酸包括硫酸、盐酸、磷酸、硝 酸、甲酸、醋酸、碳酸、草酸或混合酸，酸溶液的浓度为5 50%，反应温度为 60 100°C;
e. 反应物进行压滤分离、分离得到的固体用去离子水洗涤至pl^7;
f. 将分离得到的固体物烘干，固体物的烘干温度为60 120'C，然后粉碎即 得到活性二氧化硅。
本发明所述的作为原料的凹凸棒石粘土中，凹凸棒石含量不低于50%。 本发明所述的用去离子水配制的悬浮液重量百分比浓度为1 5%。 本发明所述的分级提纯后的凹凸棒石粘土中石英、长石矿物的含量不高于2%。
本发明所述的与提纯的凹凸棒石粘土混合的分解剂为硫酸铵或氯化铵。 本发明所述的提纯的凹凸棒石粘土与分解剂混合的质量比为1: 0.5 5。 本发明所述的提纯的凹凸棒粘土与分解剂的混合方式为湿法混合。 本发明所述的提纯的凹凸棒粘土与分解剂混合的混合物在马弗炉中煅烧温 度为400 600°C，煅烧时间为1 3小时。
本发明所述的煅烧后的混合物加酸反应所用的酸为硫酸或盐酸。 本发明所述的煅烧后的混合物加酸反应，反应温度为S0 10(TC。本发明所述的将分离得到的固体物烘干，烘干温度为S0 10(TC。 本发明提供的用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方法与传统制
备二氧化硅方法相比，其实质性特点和有益效果在于有效利用了天然资源，生
产成本低，工艺流程简单，易大规模生产。产品二氧化硅的纯度在90%以上，粒
径在80 200nm，具有更好的物化性能。
图1是用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方法得到工艺流程示 意图。
图2是用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方法所制备的二氧化 硅粉末的XRD图，显示了其组成和晶形。
具体实施例方式
实施例1
实验室小试，取10克粉碎至200目以下的凹凸棒石粘土粉末，加入500毫 升去离子水，超声搅拌得到凹凸棒粘土悬浮液；对该悬浮液离心分级提纯，得到 提纯凹凸棒石粘土;取1克提纯凹凸棒粘土和3克硫酸铵通过干法充分混合均匀， 然后在560'C煅烧1小时；取出、冷却后磨碎，接着用200毫升5%硫酸溶液在 9(TC处理6小时；酸处理完毕后进行抽滤，并用去离子水洗涤至p1^7，最后在 IO(TC烘干，粉碎研磨即可得到粒径为150nm、纯度为92%的白色二氧化硅粉末。 该样品的XRD图见附图2。
实施例2
实验室小试，取10克粉碎至200目以下的凹凸棒石粘土粉末，加入500毫 升去离子水，超声搅拌得到凹凸棒粘土悬浮液；对该悬浮液离心分级提纯，得到 提纯凹凸棒粘土；取1克提纯凹凸棒粘土和5克硫酸铵通过干法充分混合均匀， 然后在56(TC煅烧2小时；取出、冷却后磨碎，接着用200毫升20%硫酸溶液在 10(TC处理6小时；酸处理完毕后进行抽滤，并用去离子水洗涤至p1^7，最后在 8(TC烘干，粉碎研磨即可得到粒径为85nm、纯度为98%的白色二氧化硅粉末。
实施例3
实验室小试，取10克粉碎至200目以下的凹凸棒石粘土粉末，加入200毫 升去离子水，超声搅拌得到凹凸棒粘土悬浮液；对该悬浮液离心分级提纯，得到提纯凹凸棒粘土；取1克提纯凹凸棒粘土和2克硫酸铵通过干法充分混合均匀， 然后在540'C煅烧1小时；取出、冷却后磨碎，接着用200毫升30%硫酸溶液在 10(TC处理12小时；酸处理完毕后进行抽滤，并用去离子水洗涤至p1^7，最后 在120'C烘干，粉碎研磨即可得到粒径为195nm、纯度为91%的白色二氧化硅粉 末。
实施例4
实验室小试，取10克粉碎至200目以下的凹凸棒石粘土粉末，加入500毫 升去离子水，超声搅拌得到凹凸棒粘土悬浮液；对该悬浮液离心分级提纯，得到 提纯凹凸棒粘土；取1克提纯凹凸棒粘土和3克硫酸铵通过湿法充分混合均匀， 然后在560'C煅烧1小时；取出、冷却后磨碎，接着用200毫升10%硫酸溶液在 9CTC处理6小时；酸处理完毕后进行抽滤，并用去离子水洗涤至p1^7，最后在 80。C烘干，粉碎研磨即可得到粒径为105nm、纯度为94%的白色二氧化硅粉末。
实施例5
实验室小试，取10克粉碎至200目以下的凹凸棒石粘土粉末，加入500毫 升去离子水，超声搅拌得到凹凸棒粘土悬浮液；对该悬浮液离心分级提纯，得到 提纯凹凸棒粘土；取1克場纯凹凸棒粘土和1克硫酸铵用湿法充分混合均匀，然 后在560'C煅烧1小时；取出、冷却后磨碎，接着用200毫升30%硫酸溶液在80 。C处理24小时；酸处理完毕后进行抽滤，并用去离子水洗涤至pH=7，最后在 IO(TC烘干，粉碎研磨即可得到粒径为80nm、纯度为92%的白色二氧化硅粉末。
实施例6
实验室小试，取10克粉碎至200目以下的凹凸棒石粘土粉末，加入200毫 升去离子水，超声搅拌得到凹凸棒粘土悬浮液；对该悬浮液离心分级提纯，得到 提纯凹凸棒粘土；取1克提纯凹凸棒粘土和0.5克硫酸铵用湿法充分混合均匀， 然后在560'C煅烧1小时；取出、冷却后磨碎，接着用200毫升30%硫酸溶液在 10(TC处理12小时；酸处理完毕后进行抽滤，并用去离子水洗涤至p1^7，最后 在12(TC烘干，研磨即可得到粒径为180nm、纯度为90%的白色二氧化硅粉末。
权利要求
1. 一种用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方法，其特征在于该方法包括以下步骤a. 以开采出的凹凸棒石粘土为原料，对该凹凸棒石粘土进行粗选并粉碎至200目以下；b. 把粉碎后的凹凸棒石粘土粉末通过超声搅拌，用去离子水配制成悬浮液，悬浮液的重量百分比浓度为1～10％，通过离心沉降对其进行分级提纯，并烘干粉碎，得到提纯的凹凸棒石粘土；c. 将上述提纯的凹凸棒石粘土与分解剂充分混合，分解剂包括硫酸铵、氯化铵、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵、偏磷酸铵、硝酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、甲酸铵、醋酸铵、草酸铵或混合铵盐，提纯的凹凸棒粘土与分解剂混合的质量比为10.1～10，混合方式为干法或湿法，混合物在马弗炉中煅烧，煅烧温度为350～800℃，煅烧时间为1～5小时；d. 将煅烧后的混合物加酸反应，反应所用的酸包括硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、甲酸、醋酸、碳酸、草酸或混合酸，酸溶液的浓度为5～50％，反应温度为60～100℃；e. 反应物进行压滤分离、分离得到的固体用去离子水洗涤至pH＝7；f. 将分离得到的固体物烘干，固体物的烘干温度为60～120℃，然后粉碎即得到活性二氧化硅。
2. 根据权利要求1所述的用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方 法，其特征在于所说的作为原料的凹凸棒石粘土中，凹凸棒石含量不低于50%。
3. 根据权利要求1所述的用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方 法，其特征在于所说的用去离子水配制的悬浮液重量百分比浓度为1 5%。
4. 根据权利要求1所述的用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方 法，其特征在于所说的分级提纯后的凹凸棒石粘土中石英、长石矿物的含量不 高于2%。
5. 根据权利要求1所述的用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方 法，其特征在于所说的与提纯的凹凸棒石粘土混合的分解剂为硫酸铵或氯化铵。
6. 根据权利要求5所述的用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方法，其特征在于所说的提纯的凹凸棒石粘土与分解剂混合的质量比为1:0.5 5。
7. 根据权利要求6所述的用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方 法，其特征在于所说的提纯的凹凸棒粘土与分解剂的混合方式为湿法混合。
8. 根据权利要求7所述的用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方 法，其特征在于所说的湿法混合混合物在马弗炉中煅烧温度为400 60(TC，煅 烧时间为1 3小时。
9. 根据权利要求1所述的用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方 法，其特征在于所说的煅烧后的混合物加酸反应所用的酸为硫酸或盐酸。
10. 根据权利要求9所述的用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方 法，其特征在于所说的煅烧后的混合物加酸反应，反应温度为80 100t:。
11. 根据权利要求1所述的用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方 法，其特征在于所说的将分离得到的固体物烘干，烘干温度为80 10(TC。
全文摘要
本发明公开了一种用凹凸棒石粘土制备纳米级无定形二氧化硅的方法。该方法可降低原料消耗，提高产品质量。本发明的特征是包括以下步骤原料粗选并粉碎；超声搅拌，配制成悬浮液，分级提纯，并烘干粉碎；与分解剂混合，混合物煅烧；加酸反应；反应物进行压滤分离，用去离子水洗涤；烘干、粉碎即得到活性二氧化硅。本发明有效利用了天然资源，生产成本低，工艺流程简单，易大规模生产。产品二氧化硅的纯度在90％以上，粒径在80～200nm，具有更好的物化性能。
文档编号C01B33/00GK101434393SQ200710158350
公开日2009年5月20日 申请日期2007年11月16日 优先权日2007年11月16日
发明者莉 岳, 薛晓茜, 赖仕全, 赵雪飞, 高丽娟 申请人:辽宁科技大学