专利名称：一种提高膨润土纯度的提纯方法
技术领域：
本发明属于材料领域，特别涉及一种提高膨润土纯度的提纯方法。
背景技术：
膨润土是以其产地“Fort Benton”而得名。它是以蒙脱石(也称微晶高岭土)为主要成分的2:1型层状硅酸盐粘土矿物，在两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体的结构。化学式为Al2O3 *4Si02.3Η20。我国膨润土资源丰富，据统计目前已探明储量近80亿吨，品种多，分布广泛，是我国一个具有潜在优势的矿产资源，开发利用前景非常广泛。膨润土作为优良的粘结剂、吸附剂、催化剂、增稠剂、触变剂、脱色剂等广泛应用于各行各业，例如冶金、石油、化工、制药、造纸等领域。随着国民经济的快速增长和循环经济体系的建立，市场对高品位膨润土需求上升趋势明显，对低品位膨润土的提纯及深加工的应用研究迫在眉睫。天然膨润土中除含蒙脱石外还有一定量的石英、长石、云母等脉石矿物，从而影响了膨润土的性能，因此应用时常对其进行提纯优化。显然，提纯后的蒙脱石含量越高，其膨润土就越纯，各种理化性能就越好，但是，现有的许多提纯工艺有的太过繁琐，有的蒙脱石含量提高幅度太小以及还有一些工艺不够精确导致最后达不到目标，既浪费了时间又浪费了金钱，最后效果还不好。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点，在总结传统膨润土提纯的方法基础上，提出一种快速、简便、高效的提高膨润土纯度的提纯方法，从而在生产应用中增加膨润土的利用率,降低生产成本。为达到上述目的，本发明的提高膨润土纯度的提纯方法包括以下步骤:将膨润土加入到蒸馏水中配成矿浆，再加入分散剂，在恒温水浴锅中搅拌15 40min后，静置，倒出上层泥浆，将上层泥浆离心，再将离心后得到的上清液过滤，将滤饼烘干，即得到提纯后的膨润土 ；其中加入的分散剂的质量为加入的膨润土质量的0.2 0.7%。所述的矿浆的液固比为6 14。所述的分散剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠或硅酸钠。所述的水浴温度为20 100°C。所述的静置时间为15 30min。所述的离心转速为1000 3000r/min。所述的离心时间为3 llmin。所述的矿浆的液固比为12，分散剂为六偏磷酸钠，且加入的分散剂的质量为加入的膨润土质量的0.5%，水浴搅拌时间为30min，水浴温度为60°C，静置时间为20min，离心转速为2500r/min,离心时间为9min。相对于现有技术，本发明的有益效果为:本发明在总结传统膨润土提纯的方法基础上，采用湿法提纯的方法，利用膨润土良好的分散性以及蒙脱石粒径较小的特点来达到提纯的目的，本发明选择简便的离子交换方法来改变蒙脱石层间可交换阳离子的种类，即提高膨润土中蒙脱石含量又改善了其物化性能，提纯后的膨润土的PH值基本不变，但其膨胀容、胶质价、吸蓝量和阳离子交换量都有明显提高。本发明提供的提纯方法能够快速、简便、高效的提纯蒙脱石含量较低的低品位膨润土，从而在生产应用中增加了膨润土的利用率，降低了生产成本。进一步的，本发明还提出了膨润土的最佳提纯条件，即选用六偏磷酸钠为分散齐U，其加入量为加入的膨润土中质量的0.5%，液固比为12、离心时间为9min、离心转速为2500r/min、水浴温度为60°C。在该条件下提纯后的膨润土中蒙脱石的质量分数从74%上升至92%，膨胀容从10.36mL/g提高到44.56mL/g,胶质价从19.26mL/(3g)提高到42.65mL/(3g)、吸蓝量从37.64g/100g提高到56.42g/100g、阳离子交换量从64.53mmol/100g提高到78.68mmol/100g。
图1膨润土提纯前后的的XRD图，其中(a)为提纯前膨润土的XRD图，(b)为提纯后膨润土的XRD图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。本发明的实施例中用以提纯的膨润土的产地为辽宁省，膨润土中蒙脱石的质量分数为74%，该膨润土的膨胀容为10.36mL/g、pH值为8.6、胶质价为19.26mL/(3g)、吸蓝量为37.64g/100g、阳离子交换量为 64.53mmol/100g。本发明中的液固比为液体质量除以固体质量所得的比值。实施例1将膨润土加入到蒸馏水中配成液固比为12矿浆，再加入质量为加入的膨润土质量的0.5%的六偏磷酸钠，在60°C的恒温水浴锅中搅拌30min后，静置20min，倒出上层泥浆，将上层泥浆在2500r/min的转速下离心9min，再将离心后得到的上清液过滤，将滤饼烘干后研磨过200目，即得到提纯后的膨润土，用吸蓝量法测定提纯后的膨润土中蒙脱石的质量分数为92%。经实施例1提纯后的膨润土，其膨胀容为44.56mL/g、pH值为8.7、胶质价为42.65mL/(3g)、吸蓝量为 56.42g/100g、78.68mmol/100g。实施例2将膨润土加入到蒸馏水中配成液固比为12矿浆，再加入质量为加入的膨润土质量的0.5%的焦磷酸钠，在60°C的恒温水浴锅中搅拌30min后，静置20min，倒出上层泥浆，将上层泥浆在2500r/min的转速下离心9min，再将离心后得到的上清液过滤，将滤饼烘干后研磨过200目，即得到提纯后的膨润土，用吸蓝量法测定提纯后的膨润土中蒙脱石的质量分数为86%。经实施例2提纯后的膨润土 ，其膨胀容为31.26mL/g、pH值为8.1、胶质价为32.59mL/(3g)、吸蓝量为 38.01g/100g、阳离子交换量为 63.24mmol/100g。实施例3
将膨润土加入到蒸馏水中配成液固比为12矿浆，再加入质量为加入的膨润土质量的0.5%的硅酸钠，在60°C的恒温水浴锅中搅拌30min后，静置20min，倒出上层泥浆，将上层泥浆在2500r/min的转速下离心9min，再将离心后得到的上清液过滤，将滤饼烘干后研磨过200目，即得到提纯后的膨润土，用吸蓝量法测定提纯后的膨润土中蒙脱石的质量分数为83%。经实施例3提纯后的膨润土，其膨胀容为29.64mL/g、pH值为8.3、胶质价为
30.54mL/(3g)、吸蓝量为 36.68g/100g、阳离子交换量为 61.16mmol/100g。实施例4将膨润土加入到蒸馏水中配成液固比为10矿浆，再加入质量为加入的膨润土质量的0.5%的六偏磷酸钠，在60°C的恒温水浴锅中搅拌30min后，静置20min，倒出上层泥浆，将上层泥浆在2500r/min的转速下离心9min，再将离心后得到的上清液过滤，将滤饼烘干后研磨过200目，即得到提纯后的膨润土，用吸蓝量法测定提纯后的膨润土中蒙脱石的质量分数为87%。经实施例4提纯后的膨润土，其膨胀容为33.45mL/g、pH值为8.5、胶质价为
33.65mL/(3g)、吸蓝量为 38.45g/100g、阳离子交换量为 2.36mmol/100g。实施例5将膨润土加入到蒸馏水中配成液固比为12矿浆，再加入质量为加入的膨润土质量的0.3%的六偏磷酸钠，在60°C的恒温水浴锅中搅拌30min后，静置20min，倒出上层泥浆，将上层泥浆在2500r/min的转速下离心9min，再将离心后得到的上清液过滤，将滤饼烘干后研磨过200目， 即得到提纯后的膨润土，用吸蓝量法测定提纯后的膨润土中蒙脱石的质量分数为82%。经实施例5提纯后的膨润土，其膨胀容为30.26mL/g、pH值为8.3、胶质价为
31.24mL/(3g)、吸蓝量为 36.24g/100g、阳离子交换量 68.23mmol/100g。实施例6将膨润土加入到蒸馏水中配成液固比为12矿浆，再加入质量为加入的膨润土质量的0.5%的六偏磷酸钠，在60°C的恒温水浴锅中搅拌30min后，静置20min，倒出上层泥浆，将上层泥浆在2000r/min的转速下离心9min，再将离心后得到的上清液过滤，将滤饼烘干后研磨过200目，即得到提纯后的膨润土，用吸蓝量法测定提纯后的膨润土中蒙脱石的质量分数为86%。经实施例6提纯后的膨润土，其膨胀容为33.26mL/g、pH值为8.3、胶质价为
34.26mL/(3g)、吸蓝量为 38.01g/100g、阳离子交换量 71.38mmol/100g。实施例7将膨润土加入到蒸馏水中配成液固比为12矿浆，再加入质量为加入的膨润土质量的0.5%的六偏磷酸钠，在60°C的恒温水浴锅中搅拌30min后，静置20min，倒出上层泥浆，将上层泥浆在2500r/min的转速下离心7min，再将离心后得到的上清液过滤，将滤饼烘干后研磨过200目，即得到提纯后的膨润土，用吸蓝量法测定提纯后的膨润土中蒙脱石的质量分数为84%。经实施例7提纯后的膨润土，其膨胀容为31.24mL/g、pH值为8.3、胶质价为33.29mL/(3g)、吸蓝量为 37.13g/100g、阳离子交换量 69.34mmol/100g。
实施例8将膨润土加入到蒸馏水中配成液固比为6矿浆，再加入质量为加入的膨润土质量的0.4%的六偏磷酸钠，在20°C的恒温水浴锅中搅拌40min后，静置15min，倒出上层泥浆，将上层泥浆在3000r/min的转速下离心3min，再将离心后得到的上清液过滤，将滤饼烘干后研磨过200目，即得到提纯后的膨润土，用吸蓝量法测定提纯后的膨润土中蒙脱石的质量分数为85%。实施例9将膨润土加入到蒸馏水中配成液固比为14矿浆，再加入质量为加入的膨润土质量的0.7%的硅酸钠，在80°C的恒温水浴锅中搅拌20min后，静置30min，倒出上层泥浆，将上层泥浆在lOOOr/min的转速下离心llmin，再将离心后得到的上清液过滤，将滤饼烘干后研磨过200目，即得到提纯后的膨润土，用吸蓝量法测定提纯后的膨润土中蒙脱石的质量分数为83%。实施例10将膨润土加入到蒸馏水中配成液固比为8矿浆，再加入质量为加入的膨润土质量的0.2%的焦磷酸钠，在100°C的恒温水浴锅中搅拌15min后，静置25min，倒出上层泥浆，将上层泥浆在1500r/min的转速下离心5min，再将离心后得到的上清液过滤，将滤饼烘干后研磨过200目，即得到提纯后的膨润土，用吸蓝量法测定提纯后的膨润土中蒙脱石的质量分数为81%。本发明采用湿法提纯的方法，其原理是根据斯托克斯定律，利用膨润土具有良好的分散性以及蒙脱石的粒径较小来达到提纯的目的。本发明选择简便的离子交换方法来改变蒙脱石层间可交换阳离子的种类，达到了提高膨润土中蒙脱石含量并改善其物化性能的目的，对于原膨润土中蒙脱 石的含量较低的低品位膨润土具有良好的提纯效果。经本发明提纯后的膨润土中蒙脱石的质量分数为81% 92%，且提纯后的膨润土的pH值为8.1 8.7，膨胀容为 29.64mL/g 44.56mL/g,胶质价为 30.54mL/ (3g) 42.65mL/ (3g)，吸蓝量为 36.24g/100g 56.42g/100g,阳离子交换量为 61.16mmol/100g 78.68mmol/100g。对利用本发明的提纯方法提纯出的膨润土进行XRD表征，并与提纯前的天然膨润土的XRD图谱进行比较，如图1所示，其中(a)为提纯前膨润土的XRD图，(b)为提纯后膨润土的XRD图，提纯后膨润土的蒙脱石的d(001)层间距由1.58253nm降到了 1.46694nm,同时峰形由瘦高变成了矮胖，说明膨润土晶体结构和晶粒大小发生了变化，从而使得蒙脱石的结晶度变差，晶粒变小。跟提纯前的天然膨润土相比较，提纯后膨润土在6 10°与20 30°处的杂质矿物特征衍射射峰明显减少且强度低，说明提纯后膨润土中蒙脱石的含量得到了提高，表明本发明的提纯方法具有较好的提纯效果。进一步的，本发明还对影响提纯效果的实验操作条件做了分析。在其他实验条件不变的情况下，随着分散剂用量的增加，提纯后的膨润土中的蒙脱石的质量分数会先增加后减小，这是因为过量的分散剂电离出大量的Na+，使部分膨润土发生螯合作用从而影响提纯效果，分散剂的最佳加入量为膨润土质量的5%，且分散剂为六偏磷酸钠时提纯效果较好。在其他实验条件不变的情况下，随着液固比的增大，提纯后的膨润土中的蒙脱石的质量分数会先增加后减小，这是因为较多的水分条件下，蒙脱石比较容易分散成细小的颗粒，有利于将包裹在膨润土卡片式房屋结构中的细小杂质进一步分离，从而达到较好的提纯效果，但水分过多时增加了固液分离的难度，液固比的最佳值为12。在其他实验条件不变的情况下，随着离心转速的增大，提纯后的膨润土中的蒙脱石的质量分数会增加，因为较快的转速能够将密度大于膨润土的颗粒有效分离，但是速度过高会使能耗增加，所以2500r/min的转速较为合适。在其他实验条件不变的情况下，随着离心时间的增加，提纯后的膨润土中的蒙脱石的质量分数会增加，但当离心时间超过9min时，蒙脱石质量分数增加的幅度明显变缓，且较长的离心时间会使能耗增大，故离心9min较为合适。许多相关膨润土提纯工艺对于温度没有严格的要求，本发明通过实验探究出提纯后的膨润土中的蒙脱石的质量分数与提纯操作时的温度之间的关系，在其他实验条件不变的情况下，随温度的升高，提纯后的膨润土中的蒙脱石的质量分数增加，但当超过60°C后，蒙脱石的质量分数基本不再增加了。根据化学反应动力学原理，一般规律是反应体系温度升高，反应速度加快。因此，在天然膨润土提纯过程中，随着温度的升高，加速了细小杂质与膨润土的分离，当温度升高到60°C后，一部分水分蒸发，矿浆的黏度增大，这就使得剩余的细小杂质很难与膨润土脱离开来，另外，温度过高会增加能耗，相应的增加成本。因此选择60°C下提纯比较合适。综上所述，产地为辽宁的膨润土的最佳提纯条件为用六偏磷酸钠为分散剂，其用量为膨润土质量的0.5%、液固比12、离心时间为9min、离心转速为2500r/min、水浴温度为60°C。在该条件下提纯后的膨润土蒙脱石的质量分数由74%提高到了 92%，且提纯后的膨润土的PH值为8.7，膨胀容从 10.36mL/g提高到44.56mL/g,胶质价从19.26mL/(3g)提高到42.65mL/(3g)、吸蓝量从37.64g/100g提高到56.42g/100g、阳离子交换量从64.53mmol/100g 提高到 78.68mmol/100g。
权利要求
1.一种提高膨润土纯度的提纯方法，其特征在于，包括以下步骤: 将膨润土加入到蒸馏水中配成矿浆，再加入分散剂，在恒温水浴锅中搅拌均匀后，静置，倒出上层泥浆，将上层泥浆离心，再将离心后得到的上清液过滤，将滤饼烘干，即得到提纯后的膨润土 ；其中加入的分散剂的质量为加入的膨润土质量的0.2 0.7%。
2.根据权利要求1所述的提高膨润土纯度的提纯方法，其特征在于:所述的矿浆的液固比为6 14。
3.根据权利要求1所述的提高膨润土纯度的提纯方法，其特征在于:所述的分散剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠或硅酸钠。
4.根据权利要求1所述的提高膨润土纯度的提纯方法，其特征在于:所述的水浴温度为 20 100°C。
5.根据权利要求1所述的提高膨润土纯度的提纯方法，其特征在于:所述的搅拌均匀的时间为15 40min。
6.根据权利要求1所述的提高膨润土纯度的提纯方法，其特征在于:所述的静置时间为 15 30min。
7.根据权利要求1所述的提高膨润土纯度的提纯方法，其特征在于:所述的离心转速为 1000 3000r/min。
8.根据权利要求1或6所述的提高膨润土纯度的提纯方法，其特征在于:所述的离心时间为3 IImin。
9.根据权利要求1所述的提高膨润土纯度的提纯方法，其特征在于:所述的矿浆的液固比为12，分散剂为六偏 磷酸钠，且加入的分散剂的质量为加入的膨润土质量的0.5%，水浴搅拌时间为30min，水浴温度为60°C，静置时间为20min，离心转速为2500r/min，离心时间为9min。
全文摘要
本发明公开了一种提高膨润土纯度的提纯方法，其步骤为将膨润土加入到蒸馏水中配成矿浆，再加入分散剂，在恒温水浴锅中搅拌均匀后，静置，倒出上层泥浆，将上层泥浆离心，再将离心后得到的上清液过滤，将滤饼烘干，即得到提纯后的膨润土；其中加入的分散剂的质量为加入的膨润土质量的0.2～0.7%。本发明选择简便的离子交换方法来改变蒙脱石层间可交换阳离子的种类，既提高膨润土中蒙脱石含量又改善了其物化性能，本发明提供的提纯方法能够快速、简便、高效的提纯蒙脱石含量较低的低品位膨润土，从而在生产应用中增加了膨润土的利用率，降低了生产成本。
文档编号C01B33/40GK103213998SQ20131011618
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月3日 优先权日2013年4月3日
发明者林涛, 任建晓, 李雪, 殷学风 申请人:陕西科技大学