CN104013641A - 节能型高分散性蒙脱石悬浮液生产方法 - Google Patents

Abstract

一种节能型高分散性蒙脱石悬浮液生产方法，按下列六个步骤进行：一是膨润土浆料的制备，二是浆料的酸化处理，三是酸性浆料的碱处理，四是弱碱性浆料的预分散，五是预分散浆料的均质处理，六是灭菌、检验与灌装。用本方法生产蒙脱石悬浮液，一改传统的蒙脱石干制品上市的方法，生产工序少，工效高，减少了设备投入，节省了干燥与粉碎的能耗，不产生粉尘污染，悬浮液中蒙脱石的粒径小，比表面积大，产品的吸附性能高，克服了本行业只以干制品上市的技术偏见，获得了更好的技术效果。

Description

节能型高分散性蒙脱石悬浮液生产方法

技术领域

本发明涉及一种将膨润土经湿法提纯、分散、均质成蒙脱石悬浮液的生产方法。

背景技术

蒙脱石又名微晶高岭石，是一种层状结构、片状结晶的硅酸盐粘土矿，因其最初发现于法国的蒙脱城而得名。蒙脱石成分为(Na，Ca)_0.33(Al，Mg)₂[Si₄O₁₀](OH)₂·nH₂O，颗粒细小，约0.2～1微米，通常呈块状或土状集合体产出，颜色为白色带浅灰，有时带浅蓝或浅红色，光泽暗淡。蒙脱石水的含量变化很大，具胶体分散特性，具有很强的吸附能力和离子交换能力，同时还具有高度的胶体性、可塑性和粘结力。蒙脱石因其特有的物理化学特性被广泛地应用于冶金、机电、化工、建筑、涂料、石油、纺织、食品、水利、交通、医药、造纸、环境保护、新材料、化妆品、农业及畜牧业等领域。

蒙脱石主要存在于自然界的膨润土中，是天然膨润土的主要成分。而自然界的膨润土还含有伊利石、高岭石、绿泥石、沸石、石英、长石、方解石、方英石等矿物杂质，由于蒙脱石用途广泛，从膨润土中提纯蒙脱石成为本领域的热点。

目前，现有技术中蒙脱石的制备方法，均采用膨润土提纯后再经烘干、粉碎制成干制品的生产工艺。膨润土的提纯方法主要有干法和湿法两种。干法是根据天然膨润土中杂质矿物与蒙脱石不同的比重，通过旋风离心分离，得到精制土。该工艺流程简便，处理量大，但产品质量不易控制。湿法提纯膨润土主要利用蒙脱石具有良好的亲水性和蒙脱石晶粒小且能在水介质中充分分散的特性，采用湿法离心使杂质矿物与蒙脱石分离，同时对于与蒙脱石包裹在一起的极其微小的难分离矿物采用化学方法溶去杂质，经烘干、粉碎得到蒙脱石干制品。如CN200680028247《改性蒙脱石及其制备方法和其应用》中介绍了制备改性蒙脱石的方法是：通过物理和化学提纯、最终干燥制得改性蒙脱石；CN201010185479《一种蒙脱石纯化工艺》介绍了原料预处理、投料、水洗、分散、分级、干燥、粉碎的生产工艺制成蒙脱石粉剂产品；CN201110008437《从富含方英石钙基膨润土矿制取高纯钠基蒙脱石、白炭黑及尺寸可控的纳米二氧化硅的方法》，是通过提纯后烘干制得粉剂的高纯蒙脱石；CN200710067840《一种蒙脱石超细提纯方法》中也介绍膨润土浆液经过剥片、分级，再经脱水、烘干、粉碎得到超细提纯的蒙脱石干制品；CN200510120588介绍《一种高纯蒙脱石的制备方法》，是经过离心分级、脱水、洗涤、烘干、粉碎得高纯蒙脱石粉料；CN200710025564介绍《一种治疗非感染性腹泻的蒙脱石混悬液及其制备方法》中提出了蒙脱石混悬液的制备方法，但其制备方法还是采用制成蒙脱石干制品，然后再与水等原料混合，配伍成蒙脱石混悬液，仍然未脱离传统方法通过烘干粉碎制得蒙脱石干制品的窝臼。

制成干制品存在着以下缺点：

一是提纯后制成蒙脱石粉剂等干制品，在烘干时容易造成过分干燥，导致脱水后部分蒙脱石层片结构遭破坏，从而降低蒙脱石一部分有利用价值的固有性能。

蒙脱石中有三种水分：一是表面的液态自由水，其含量不定，和蒙脱石的干燥程度有关，这种水在稍高于室温的条件下就可蒸发掉；二是层间的吸附水，水的密度、粘滞度较平常的液态水大，大于100℃时开始逸出，300℃左右基本脱净；三是还有参与构成蒙脱石晶格的水，其脱水温度因蒙脱石构成不同而异，500℃以上脱出较多，800℃左右基本脱净。蒙脱石在105℃的温度下，有相当多的层间吸附水逸出，这时的脱水生成物，多数还可以复水恢复，但复水物与原来的结构不完全相同；有少部分造成蒙脱石层片结构“塌陷”的，就不能通过复水恢复。现在市场上销售的蒙脱石制剂，制备方法中所用蒙脱石原料执行国家药品标准WS1-(X-343)-2004Z生产，标准中规定了蒙脱石水分指标不得大于10.0％，只有上限值，没有下限值，这就在客观上容易造成蒙脱石过分干燥的现象，致使蒙脱石层间水逸脱，一部分蒙脱石层片结构破坏，从而影响蒙脱石固有性能的保留，导致蒙脱石比表面积减少，阳离子交换量降低。

二是蒙脱石悬浮液干燥过程中从微观看颗粒又会产生团聚结块，使原本已分散的剥片层片状物重新叠合，影响蒙脱石的均匀分散性和吸附利用。

天然蒙脱石结构单元呈层片状，其长径为1-3μm，厚度为1nm，间距为1.4nm，因而比表面积巨大，天然蒙脱石的颗粒细(＜3μm)，但通过人为干燥，颗粒团聚结块，片状颗粒重叠，即使再进行粉碎或喷雾干燥，也很难达到天然细度。

由杨晋涛发表于2005年12期《硅酸盐学报》刊物中《蒙脱石的溶胀、蒙脱石-水悬浮液及悬浮乳液的流变特性》一文介绍，蒙脱石在水中的分散过程分为溶胀和剥离二个步骤，而且其剥离得是否充分与蒙脱石悬浮液的固相含量有关，如固相含量提高，将降低充分剥离的程度，在悬浮液中蒙脱石含量为3.0％和5.0％时，蒙脱石片层要经过24小时才能达到完全剥离分散。蒙脱石制剂如品牌为思密达的在服用说明中介绍：将3克蒙脱石倒入约50毫升温水中(蒙脱石固含量＞5％)，搅匀后立刻服用。蒙脱石作为药物不进入人体血液循环***，而是连同吸附固定的攻击因子(如病菌)随消化道自身蠕动排出体外，时间一般在12-24小时。由于以上原因，蒙脱石片层未能充分打开，大大降低了蒙脱石的功效。CN200710025564《一种治疗非感染性腹泻的蒙脱石混悬液及其制备方法》专利中介绍，其成品混悬液中蒙脱石固含量达10％，碾磨后细化过325目筛，该方法的蒙脱石混悬液内的固体颗粒在没有强外力作用下无法达到蒙脱石片层的充分剥离，在混悬液中形成均匀的“卡房式”薄片层，而且碾磨过325目筛，粒径过大，通过对其产品的目测，静置片刻，混悬液沉淀分层，说明分散性不理想。

三是粉尘大，污染环境，工序多、工效低，干燥和粉碎的能耗大。

目前市场上的蒙脱石制剂产品均为粉剂、片剂、颗粒制剂的干制品，如思密达、必奇、康恩贝、博抉、孩尔欣、赛立迈等品牌产品。其原料蒙脱石都是由膨润土经选矿、湿法提纯、干燥粉碎等工序，最终加工成粉剂、片剂或颗粒状干制品。干燥成固体，会在微观上团聚结块，而一部分蒙脱石干制品在实际应用中还是需用水调制，使蒙脱石干制品再次分散，才能饮服。这样一来，人们就有理由进行探索：可否在制成悬浮液后嘎然而止，废除后道工序的干燥和粉碎，制成干制品的做法呢？即制成悬浮液直接成为最终产品的做法呢？能否使悬浮液型产品的蒙脱石层片充分打开，粒径更细、比表面积更大、吸附性比干制品更好呢？蒙脱石干制品虽有给包装和运输带来便利的优点，但存在着如前所述的三大缺点，对干制品传统做法进行彻底变革，显得有十分现实的意义。经检索和市场调查，未曾发现不经干燥粉碎工序，不制成干制品，而是直接用蒙脱石悬浮液替代干制品作为成品的资料报道和产品面市。截止当今，只见许多有关干制品的论文和专利，极少量有关于用干制品后再用水调配的悬乳液的产品面市，可见制成干制品似乎已成为固定的生产模式，成为一种行业内的技术成见，本发明克服技术偏见，改变一贯的加工定势思维，提供一种不破坏蒙脱石层状结构、粒径更小、比表面积更大的高分散性节能型蒙脱石悬浮液生产方法，并以此液型的产品上市。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高分散、微观上不破坏蒙脱石层状结构、节能的蒙脱石悬浮液生产方法。

解决上述问题所采用的技术方案是：本节能型高分散性蒙脱石悬浮液生产方法按如下步骤进行：

(1)膨润土浆料的制备：将膨润土干燥至含水率≤15％，粗碎至粒径≤5mm，加水打浆，调至固含量为10％-50％，经旋流离心过滤或过筛除去粗砂，制得膨润土浆料；

(2)浆料的酸化处理：在膨润土浆料中加入酸性溶液，配成固含量为5％-45％的酸性浆料，再在50-100℃中热煮0.5-4h,过滤、去离子水洗涤至pH为3-6.5的酸性浆料；

(3)酸性浆料的碱处理：在酸性浆料中加入碱性溶液，处理温度为50-100℃、时间为0.5-4h，再进行过滤、去离子水洗涤至pH为7-9得弱碱性浆料；

(4)弱碱性浆料的预分散：将弱碱性浆料调至固含量为0.5％-8％，投入高速剪切机或高速分散机在转子的线速度为15-40m/s中进行预分散至浆料中固体颗粒均匀分散；

(5)预分散浆料的均质处理：将预分散浆料置于压力为40-150MPa的高压均质机中进行连续均质或多级均质处理，制得固含量为0.5％-8％、中位径≤2μm的高分散性蒙脱石悬浮液；

(6)灭菌、检验、灌装：将蒙脱石悬浮液置于灭菌釜中，在100-140℃温度条件下杀菌，检验合格灌装，制得本节能型高分散性蒙脱石悬浮液。

所述的膨润土为钙基、钠基、钙钠基、钠钙基、氢基、镁基膨润土中任一种或至少二种的混合膨润土。

本发明的有益效果是在膨润土加工现有提纯技术的基础上，强化分散剥片工序，增强了进行高速的预分散和高压均质的力度，废除了传统的烘干粉碎加工成干制品的固定模式，直接以高分散性蒙脱石悬浮液作为产品提供，克服了本行业的技术偏见，获得了更好的技术效果。本方法微观上不破坏蒙脱石片层结构，具有高分散薄片层特征，取消了烘干、粉碎的高能耗、高粉尘工序，显著节能，车间无粉尘污染，减少设备投资，提高了生产效率，同时也避免由于在烘干、粉碎加工过程中设备磨损对产品的二次污染，提供的蒙脱石悬浮液产品可直接应用于药物、保健品、化妆品、功能性食品饮料等领域，产品比表面积大，分散性和吸附性好。

附图说明

图1本发明的工艺流程图

图2为实施例所采用的钙基膨润土原矿的X-射线衍射图谱

图3为实施例所制得的高分散性蒙脱石悬浮液的X-射线衍射图谱

图4为A浆料粒度分布曲线图

图5为B悬浮液粒度分布曲线图

图6为C悬混液粒度分布曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详述：

本方法六个步骤中，步骤(1)中膨润土晾晒干燥至水分小于15％、粗碎粒径小于5mm，加水打浆，固含量优选30％-40％、旋流离心过滤或过筛除去粗砂，得过滤浆料。

步骤(2)中酸性溶液选硫酸或盐酸溶液；酸性浆料酸浓度优选0.5-2N；热煮温度优选为75-95℃，时间优选为1-3小时；洗涤酸性浆料至pH值优选为4-5。

步骤(3)中碱优选自碳酸钠、氢氧化钠；碱性溶液浓度0.5-5N，优选为2-4N；优选碱处理温度为75-95℃，时间1-3小时。其中非人饮用的如石油、造纸业应用的悬浮液，酸化与碱化处理的洗涤水改用工业级水。

步骤(4)中弱碱性浆料固含量优选为2％-5％；高速剪切或高速分散机旋转转子线速度为20-35m/s。

步骤(5)中蒙脱石悬浮液，高压均质机压力优选60-100MPa；蒙脱石悬浮液中位径≤2μm，优选≤1μm。

步骤(6)中所制得的节能型高分散性蒙脱石悬浮液，固含量优选为2％-5％。非人饮用的如石油、造纸等行业用的不必灭菌。

蒙脱石固体颗粒以水为介质，在高速分散机的强剪切作用下进行预分散，并经高压均质机连续或多级均质，物料在均质机工作区内形成高强度的能量聚集，流体流经均质阀细小的流道时在强烈的剪切、撞击、湍流和空穴作用下，得到中位径≤2μm的蒙脱石悬浮液，通过强行粉碎剥片，强化蒙脱石水化剥片性能，打开蒙脱石晶粒层与层之间的叠加，增大其层间通道，增加在悬浮液中的“卡房式”薄片层数量，增大了蒙脱石比表面积，改善了蒙脱石吸附性能。

实施例

选用的钙基膨润土经X-射线衍射测定，其原矿组成为：蒙脱石70.2％，方英石17.4％，石英3.3％,长石6.6％，碳酸钙2.6％(参见图2的X-射线衍射图谱)。

先将钙基膨润土晾晒干燥至水分13％，粗碎颗粒小于5mm，加水打浆，配成固含量35％，旋流器过滤除去粗砂，得过滤浆料。

再将过滤浆料加盐酸溶液，配成酸浓度1N、固含量33％的酸性浆料，80℃热煮2小时，离心过滤、去离子水洗涤除去杂质和可溶性盐至酸溶液pH值为5.0，得酸性浆料。

将酸性浆料中加入氢氧化钠溶液，浆料碱浓度4N，在90℃进行碱处理2.5小时，利用蒙脱石与方英石在不同水热条件下的稳定性差异，在碱性环境下将方英石水解变成液相，通过过滤、去离子水洗涤将方英石去除，至pH值为8.0得弱碱性浆料。

将弱碱性浆料在固含量3％下投入高速分散机预处理20min，转子线速度30m/s，再经高压均质机连续均质二次，均质压力为60Mpa，得到中位径0.879μm、固相浓度3.5％的高分散性蒙脱石悬浮液，经X-射线衍射测定，几乎没检测到杂相的衍射峰，蒙脱石含量＞99％(参见图3的X-射线衍射图谱)。

再将上述高分散性蒙脱石悬浮液在120℃温度下杀菌处理，检验合格制得节能型高分散性蒙脱石悬浮液。

对于用膨润土打浆粗选、酸化与碱处理、干法或湿法提纯、分散与均质是行业中常规技术，公知公用，不再按权利要求中的参数的上限、中间、下限值作一一展开的实施例介绍，与实施例有关的创新点是高速预分散和高压均质的强化，给出了特定的区间值，转子线速度、压力、固含量、中位径等，在参数范围内均能实施且获得预期的技术效果，这些同行是能理解的，且有测试报告附后，因此也不一一展开。

实验例

不同生产工艺对蒙脱石吸附性能的影响，用阳离子交换量、中位径和比表面积三种参数表征。

Ⅰ)实施例中，经高速分散机预处理制得的弱碱性浆料，称为A浆料(高压均质前)。

Ⅱ)将A浆料经高压均质机连续均质处理二次，压力为60Mpa，得到的高分散性蒙脱石悬浮液，称为B悬浮液(高压均质后)。

Ⅲ)取100毫升B悬浮液置于105℃烘干2h，粉碎过200目得蒙脱石粉，将蒙脱石粉称取计量，重新加入去离子水搅拌均匀，配成固相浓度与B相同的悬浮液，静置24小时，使悬浮液充分水化，称为C悬浮液。

Ⅳ)测试A、B、C悬浮液阳离子交换量的结果见下表：

序号	项目	阳离子交换量(CEC)	工艺
				1	A浆料	120mmol/100g	未均质、未烘干
2	B悬浮液	147mmol/100g	经均质、未烘干
				3	C悬浮液	101mmol/100g	经均质、经烘干

Ⅴ)分别测试A浆料、B悬浮液、C悬浮液的中位径与比表面积的结果详见附后的三份测试报告和图4、图5、图6。

A浆料测试结果：中位径为2.306μm、比表面积:1.127m²/g，详见附后的测试报告1，粒度分布曲线见图4。

B悬浮液测试结果：中位径为0.879μm、比表面积:3.459m²/g，详见附后的测试报告2，粒度分布曲线见图5。

C悬浮液测试结果：中位径为4.958μm、比表面积:0.666m²/g，详见附后的测试报告3，粒度分布曲线见图6。

从测试数据可以看出，通过提纯后的蒙脱石浆料经预分散、高压均质处理制得的蒙脱石悬浮液(B悬浮液)，与未经预分散和高压均质处理的A浆料相比，粒度(中位径)由2.306μm缩小到0.879μm、比表面积由1.127m²/g增大到3.459m²/g，使B悬浮液具有更好的分散、吸附性；由B悬浮液经烘干、粉碎处理，再制得的蒙脱石C悬混液，由于烘干过程部分蒙脱石层片结构破坏和已分散的剥片层片状物重新叠合团聚，使蒙脱石悬浮液的中位径又增大到4.958μm，比表面积减小到0.666m²/g，大大降低了蒙脱石吸附性能和产品品质。

综上试验结果表明，高分散性蒙脱石悬浮液具有更薄的片层结构，其阳离子交换量高，比表面积大，粒径小；而将已高度分散的蒙脱石悬浮液再经烘干、粉碎处理，由于阳离子交换量下降，比表面积降低，粒径团聚变大，蒙脱石吸附性降低，从而影响蒙脱石产品品质。

由此可见，本发明直接用悬浮液作最终产品，不再进行干燥和粉碎，用液制品替代干制品，克服了本行业的技术偏见，并获得更好的技术效果。

测试报告1

测试报告2

测试报告3

Claims (2)

1.一种节能型高分散性蒙脱石悬浮液生产方法，其特征是按如下步骤进行：

（1）膨润土浆料的制备：将膨润土干燥至含水率≤15%，粗碎至粒径≤5mm，加水打浆，调至固含量为10%-50%，经旋流离心过滤或过筛除去粗砂，制得膨润土浆料；

（2）浆料的酸化处理：在膨润土浆料中加入酸性溶液，配成固含量为5%-45%的酸性浆料，再在50-100℃中热煮0.5-4h,过滤、去离子水洗涤至pH为3-6.5得酸性浆料；

（3）酸性浆料的碱处理：在酸性浆料中加入碱性溶液，处理温度为50-100℃、时间为0.5-4h，再经过滤、去离子水洗涤至pH为7-9得弱碱性浆料；

（4）弱碱性浆料的预分散：将弱碱性浆料调至固含量为0.5%-8%，投入高速剪切机或高速分散机在转子的线速度为15-40m/s中进行预分散至浆料中固体颗粒均匀分散；

（5）预分散浆料的均质处理：将预分散浆料置于压力为40-150MPa的高压均质机中进行连续均质或多级均质处理，制得固含量为0.5%-8%、中位径≤2μm的高分散性蒙脱石悬浮液；

（6）灭菌、检验、灌装：将高分散性蒙脱石悬浮液置于灭菌釜中，在100-140℃温度条件下杀菌，检验合格灌装，制得本节能型高分散性蒙脱石悬浮液。

2.如权利要求1所述的节能型高分散性蒙脱石悬浮液生产方法，其特征是步骤（1）中所述的膨润土为钙基、钠基、钙钠基、钠钙基、氢基、镁基膨润土中任一种或至少二种的混合膨润土。