CN100457620C - 天然硅酸镁铝凝胶的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种天然硅酸镁铝凝胶的制备方法，以皂土、蒙皂石、凹凸棒土或膨润土为原料，按下列步骤进行：1、对原料进行粉碎；2、将矿粉加水制成矿浆，并加入降粘剂充分搅拌、均匀分散；3、采用动态离心分离提纯方法进行分离提纯；4、加入含有一价金属离子的无机盐，并进行充分搅拌，对胶凝性能进行预激活处理；5、加入至少含有Na⁺的无机盐，并充分搅拌进行改性；6、对改性后的矿浆进行后处理，从而获得最终产品。本发明的技术核心是：将降粘剂的使用与动态离心分离提纯、预激活处理和不同价数金属离子的无机盐改性相结合，既解决了使用降粘剂与凝胶性能下降之间的矛盾，找到了重新激活凝胶性能的方法，又解决了矿物提纯过程中矿浆浓度与提纯效果间的矛盾，从而获得了显著的技术和经济效果。

Description

天然硅酸镁铝凝胶的制备方法

技术领域

本发明涉及一种无机凝胶的制备方法，特别涉及一种采用含有镁铝成份的粘土矿物为原料制备天然硅酸镁铝凝胶的方法。

背景技术

天然硅酸镁铝凝胶是一种以含有镁铝成份的粘土矿物为原料，通过提纯、纯化、改性等工艺过程而获得的一种纯化改性的矿物凝胶材料。这种矿物凝胶材料在水中有着惊人的膨胀能力，能形成卡片屋状结构的凝胶，该凝胶具有很好的触变性，即在静置状态下变稠，呈半固态，但在外力作用下变稀，具有很好的流动性，是优良的粘度调节剂、增稠剂、悬浮剂、乳液稳定剂、流体触变性调节剂，广泛应用于日用化工、制药、建材、涂料、石油钻探、橡胶和精密铸造等行业。

为了获得这种矿物凝胶材料，1989年第4期《无机盐工业》杂志曾发表了一篇，新疆化工设计研究院王道容撰写的题为“XVT无机凝胶的研制及其应用”的文章。该文章公开了一种用蒙皂石矿物为原料研制成XVT无机凝胶产品的方法。其主要内容是：1、将蒙皂石矿物的矿石粉碎至一定细度(如100～200目)；2、加水浸泡、捣浆、分散；3、采用自然沉降法除去非分散性杂质，如白云石、石英石、方解石等，对矿浆进行提纯；4、再对浸取所得矿浆进行浓缩；5、对浓缩后的矿浆用含Na⁺的无机盐进行改性，以提高胶体性能；6、对改性后的胶体物料进行烘干，最后获得白色片状凝胶产品。

上述成果尽管在探索天然硅酸镁铝凝胶的制备工艺方面取得了初步成效，但从实际应用的角度看，仍存在以下缺陷：1、由于第三步采用自然沉降法(或重力法)在静止状态下对矿浆中的矿物颗粒进行提纯，作业浓度受到了严格限制，换句话说矿浆浓度需低于固液比1∶10，即重量百分浓度需低于9％，否则矿浆会因浓度过高、粘度过大导致提纯效果很差。而且，自然沉降法提纯过程缓慢，一般需要14～16小时，生产效率极低。2、在第二步中，如果使用降粘剂则会导致最终产品的粘度和胶体性能大幅下降，如果不使用降粘剂也会导致矿浆因分散效果差，大大降低提纯分离效果，因而在矿物提纯过程中不敢使用降粘剂或严格控制用量，导致矿浆分散程度不够，同样导致了提纯效果差，产品中目的矿物纯化度低，因此直接影响产品的应用范围。3、由于矿物纯化度低，加上改性工艺简单，使得最终凝胶产品质量较差，其5％水分散液的凝胶粘度只有40～60毫帕·秒，触变值仅为1.3～1.4，且凝胶的稳定性较差。为此，本发明从改进工艺方法的角度出发，创造了一种新的天然硅酸镁铝凝胶的制备方法，以克服现有技术的不足。

发明内容

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种天然硅酸镁铝凝胶的制备方法，以天然硅酸镁铝矿物为原料，按下列步骤进行制备：

(1)、对原料进行粉碎；

(2)、将粉碎后的矿粉加水制成矿浆，并加入降粘剂充分进行搅拌，使矿物颗粒均匀分散于矿浆中；

(3)、采用离心力场的动态分离提纯方法，对矿浆进行分离提纯；

(4)、在提纯后的矿浆中加入含有一价金属离子的无机盐，并进行充分搅拌，对胶凝性能进行预激活处理；

(5)、在预激活处理的矿浆中加入至少含有Na⁺的无机盐作为改性剂，并进行充分搅拌，对矿浆中的天然硅酸镁铝矿物进行改性；

(6)、对改性后的矿浆进行后处理，从而获得最终产品。

上述技术方案中，所述原料可以采用皂土、蒙皂石、凹凸棒土、膨润土等含有天然硅酸镁铝的矿物。

上述第一步中，对原料进行粉碎最好采用无铁介质，矿石的粉碎细度为100～325目。

上述第二步中，将矿粉加水制浆的固液比为1∶10～1∶1.8，即重量百分比浓度为9％～36％的矿浆，较佳的固液比范围为1∶4～1∶2.3，即重量百分比浓度为20％～30％的矿浆。制浆时需要对矿浆进行捣浆(即搅拌)，捣浆时间30～60分钟。捣浆过程中加入降粘剂，如六偏磷酸钠、焦磷酸钠、丹宁酸、聚丙烯酸钠等，其用量为矿浆所含干矿的0.1～15％，较佳的用量为矿浆所含干矿的0.5～10％。该步骤中在机械搅拌力及流体剪切力的共同作用下，矿石中的天然硅酸镁铝矿物以微小的矿物颗粒的形式分散在矿浆中。这里需要注意的是分散是指矿物总体以微小颗粒的形式均匀分布在矿浆中，而不是以离子状态的形式分散在矿浆中，但也不排斥矿浆中有少量离子状态的矿物存在。

上述第三步中，所述动态离心分离提纯采用具有离心力场的动态分离提纯设备进行，如水力旋流器、离心分级机等，使分离提纯的矿浆中有用目的矿物的含量大于80％，矿浆浓度大于4％(重量百分浓度)。

上述第四步中，所述一价金属离子包括Li⁺、H⁺、Na⁺、K⁺，其无机盐如Li₂SO₄、H₂SO₄、HCl、Na₂CO₃、NaCl、Na₂SO₄、KCl、K₂SO₄等。所述加入的一价金属离子的无机盐可以选择上述一价金属离子的无机盐中的一种，也可以上述一价金属离子的无机盐中的2～4种混合使用。加入的一价金属离子的无机盐用量为所处理矿粉重量的2～20％。为了更有利于激活反应，该反应可以在一个带有搅拌功能和加热功能的反应器内进行，适宜的反应温度为10～90℃，反应压力为常压，反应时间10～30分钟，搅拌器转速可以在1000～3000转/分。

上述第五步中，所述改性剂可以单独选择含有Na⁺的无机盐，也可以选择1～3种包括Na⁺和不同价数的金属离子的无机盐混合使用，其加入量为所处理矿粉重量的2～20％。所述不同价数的金属离子包括Na⁺、Mg⁺⁺、Fe⁺⁺⁺或Al⁺⁺⁺。该反应在搅拌条件下，反应10～30分钟，适宜的反应温度为10～90℃，反应在常压下进行，反应终了其矿浆的PH值应在5～9之间，较好的在6～9之间。

上述第六步中，所述后处理是指对凝胶状矿浆进行干燥、粉碎、消毒、包装等处理，其中烘干可以采用喷雾干燥设备进行干燥，获得水分为5～10％的白色空心颗粒状产品，也可以将上述物料采用滚筒干燥设备进行干燥，获含水量为8～12％的白色片状产品。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明步骤1因采用了无铁介质粉碎设备及工艺，因而可以最大程度地避免磨粉加工过程中的铁质污染，可使最终凝胶产品的Fe₂O₃含量低于1.0％，白度大于75％，从而大大扩大了该类产品的应用领域。

2、本发明步骤2中由于使用了合适的降粘剂，因而大大提高了捣浆作业浓度，可使捣浆作业浓度提高至20～36％，大大提高了设备的处理能力(提高2～3倍)且由于增强了矿浆的分散性，为分离提纯创造了良好的条件。

3、本发明步骤3由于采用了在离心力场中的动态分离提纯方法，消除了因矿物本身已具有的触变性对矿物分离提纯产生的不利影响，所以本方法的优点是提纯效率高，所得产品中目的矿物的纯化度高。同时，该提纯分离新工艺可以连续进行，处理能力大，可实现大规模生产，并可对流程实行自动化控制。通过该新工艺对含有硅酸镁铝矿物(如皂土、蒙皂石、凹凸棒土、膨胀土)进行提纯分离，可获得高纯度的纯化矿物产品(天然硅酸镁铝矿物纯度大于80％)，而且目的矿物产品的纯度可根据需要进行调节。

4、本发明第4步为胶凝性预激活反应，该反应采用重新激活的方法对降粘剂处理后的矿浆凝胶性能进行激活，因而在矿物提纯分离作业中，可根据提纯作业需要大胆使用降粘剂。

5、本发明第5步使用了不同价数的金属阳离子，按一定比例混合的方法取代了原先的单一Na⁺对凝胶材料的改性方法，使凝胶的粘度得到了较大提高，稳定性更好。

6、本发明第6步采用喷雾干燥方法后，所得产品呈空心细圆粒状，与片状物料相比所占空间较少，便于产品的包装，同时可缩短制胶的成胶时间，与片状物料相比可使成胶时间缩短30％左右。

综上所述，本发明技术核心是：将降粘剂的使用与动态离心分离提纯、预激活处理和不同价数金属离子的无机盐改性相结合，既解决了使用降粘剂与凝胶性能下降之间的矛盾，找到了重新激活凝胶性能的方法，又解决了矿物提纯过程中矿浆浓度与提纯效果间的矛盾，从而获得了显著的技术效果。

附图说明

附图1为本发明工艺流程图；

附图2为本发明实施例工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：参见附图2所示，一种天然硅酸镁铝凝胶的制备方法，以天然蒙皂石矿物为原料，按下列步骤进行制备：

1、将蒙皂石矿石(主要成份为MgO 7.0％ CaO 13.70％ Al₂O₃9.32％ Fe₂O₃ 2.64％)经无铁介质粉碎至细度为100～200目的矿粉。

2、将该矿粉加水，配成重量百分浓度为20～30％的矿浆，进行捣浆，捣浆时间40分钟，捣浆时向矿浆中加入占干矿重量0.5～10％的降粘剂六偏磷酸钠。

3、捣浆作业所得矿浆经二次水力旋流器分选，给矿压力0.1～0.5Mpa(兆帕)，所得溢流矿浆再用离心分级机在分离因素为600～2000的条件下进行提纯分离，获得浓度为4％～5％提纯矿浆。该矿浆中，蒙皂石含量大于80％，其主要成份为MgO 18～24％ CaO 5～8％ Al₂O₃ 3.5～5.0％ Fe₂O₃1.0～0.6％。

4、将上述提纯矿浆注入一带搅拌器的反应器内，在搅拌状态下向反应器内缓慢加入占矿物重量(折合成干矿计)2～15％的A药剂。A药剂由Li₂SO₄、K₂SO₄及H₂SO₄按1∶(0.8～5)∶(0.5～5)的比例配制。反应在常压下进行，反应温度10～80℃，反应时间10～30分钟。

5、在上述反应结束后，再向该反应器内加入改性剂B，其用量为所处理矿粉重量(折合成干矿计)的2～20％。B药剂由Na₂CO₃、MgSO₄及Al₂(SO₄)₃按1∶(0.2～5)∶(0.2～4)的比例混合而成。反应时间10～30分钟，反应温度10～80℃。

6、由第5步所得胶糊状物料用喷雾干燥设备进行干燥，干燥温度120℃～300℃，获得粒径为60～150目、含水份为8～10％的粉状产品，产品白度大于75％。

7、通过1～6步骤处理所得的产品，对其进行制胶，在均质器转速为3000转/分，矿浆温度25℃，搅拌40分钟，凝胶浓度5％(水分散液)，可获得性能稳定，粘度值为100～500毫帕·秒，触变值为1.4～1.6的高质量无机凝胶，而原先工艺所得同类产品其粘度值仅为40～60毫帕·秒，触变值仅为1.3～1.4。

Claims (10)

1、一种天然硅酸镁铝凝胶的制备方法，其特征在于：以天然硅酸镁铝矿物为原料，按下列步骤进行制备：

(1)、对原料进行粉碎；

(2)、将粉碎后的矿粉加水制成矿浆，并加入降粘剂充分进行搅拌，使矿物颗粒均匀分散于矿浆中；

(3)、采用离心力场的动态分离提纯方法，对矿浆进行分离提纯；

(4)、在提纯后的矿浆中加入含有一价金属离子的无机盐，并进行充分搅拌，对胶凝性能进行预激活处理；

(5)、在预激活处理的矿浆中加入至少含有Na⁺的无机盐作为改性剂，并进行充分搅拌，对矿浆中的天然硅酸镁铝矿物进行改性；

(6)、对改性后的矿浆进行后处理，从而获得最终产品。

2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述原料采用蒙皂石、皂土、膨润土或凹凸棒土矿物。

3、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：上述第一步中，对原料采用无铁介质进行粉碎。

4、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：上述第二步中，所述矿浆的固液比为1∶10～1∶1.8，即重量百分比浓度为9％～36％的矿浆；降粘剂的用量为矿浆所含干矿的0.1～15％。

5、根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述固液比为1∶4～1∶2.3，即重量百分比浓度为20％～30％的矿浆；降粘剂的用量为矿浆所含干矿的0.5～10％。

6、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述降粘剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠、丹宁酸或聚丙烯酸钠。

7、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：上述第四步中，所述一价金属离子包括Li⁺、H⁺、Na⁺和K⁺；加入的一价金属离子的无机盐用量为所处理矿粉重量的2～20％。

8、根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述一价金属离子的无机盐选择Li₂SO₄、H₂SO₄、HCl、Na₂CO₃、NaCl、Na₂SO₄、KCl、K₂SO₄中的2～4种混合使用。

9、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：上述第五步中，所述改性剂选择不同价数的金属离子的无机盐混合使用，加入量为所处理矿粉重量的2～20％。

10、根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述不同价数的金属离子包括Na⁺、Mg⁺⁺、Fe⁺⁺⁺和Al⁺⁺⁺。

Images