一种钙长石水热合成高岭石的方法

摘要

本发明涉及一种利用钙长石粉体水热合成高岭石的工艺，属于无机化工领域。该工艺将钙长石粉体与富铝矿物粉体、无机酸溶液共混，在中温水热条件下反应18‑48小时，合成高岭石。本发明以廉价钙长石粉体为原料，以添加铝土矿等富铝矿物粉体的方式来调控硅铝组成，成功水热合成了高附加值的高岭石产品。该方法具有成本廉价、原料丰富、工艺简单易行、资源利用率高、无三废排放、附加值较高等特点，具有良好的经济效益，适合大规模推广。

说明书

技术领域

本发明属于无机化工技术领域，具体涉及一种利用廉价矿物钙长石制备高附加值矿物高岭石的新方法。

背景技术

高岭土是国内外开发利用最早、应用最广的非金属矿物之一，主要由小于2μm呈微小片状、管状、片状等形状的高岭石族矿物(高岭石、地开石、埃洛石等)组成，质地纯净的细粒粘土。高岭土的用途十分广阔，涉及陶瓷、造纸、涂料、耐火材料、光学玻璃、橡胶、塑料和催化剂等行业。虽然我国的高岭土资源丰富，但优质矿床则相对较少，因而每年需进口大量优质高岭土。同时对于优质高岭石的需求却不断增加，加之高岭土矿床成因过程复杂、类型多变，常常含有多种杂质，导致加工技术多样、工艺繁琐。因此，如何生产优质高岭土已经成为我国高岭土行业亟待解决的问题。

早在上世纪30年代，英国人利用钾长石和的HF在225℃下成功合成了高岭石。之后陆续有人采用沸石、蛭石、黑耀岩、偏高岭石、蒙脱石和云母等矿物作为原料成功合成了高岭石。Kittrick利用蒙脱石在pH值为2.6-3.5的条件下用了3年才合成高岭石晶体。但上述方法中仍然存在如下问题，如原料反应不充分，高岭石产率过低、所需时间较长和H₂O/固质量比较高等，离工业化应用还有一定的距离。

发明内容

本发明的目的是提供一种产品成本低、原料来源广泛、操作简单、便于实施推广的水热合成高岭土的方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种钙长石水热合成高岭石的方法，包括以下步骤：

1)将钙长石粉体、富铝矿物粉体、水和无机酸混合均匀，置于反应釜中；其中，钙长石粉体中所含CaO、富铝矿物粉体中所含铝和无机酸的摩尔比为1∶(0.1-0.4)∶(2-5)；富铝矿物粉体为铝土矿粉体、勃姆石粉体、氢氧化铝粉体、氧化铝粉体或氯化铝粉体；

2)将步骤1中反应釜在180-250℃下进行水热合成反应，反应时间为18-48小时；

3)将步骤2中反应完成后的反应釜置于冷水中快速冷却，取出获得的浆料进行固液分离，过滤得到滤液和滤饼；

4)将步骤3所得滤饼水洗至洗液pH值为8-10，将滤饼在95-105℃下干燥得高岭石产品。

如上所述的方法，优选地，所述无机酸为硝酸或盐酸。

如上所述的方法，优选地，该方法包括以下步骤：

1)将钙长石粉体、富铝矿物粉体、水和无机酸溶液按质量比1∶(0.1-0.5)∶(6-12)∶(0.5-1.0)混合均匀，置于反应釜中；

2)将步骤1中反应釜在180-250℃下进行水热合成反应，反应时间为18-48小时；

3)将步骤2中反应完成后的反应釜置于冷水中快速冷却，取出反应得到的浆料进行固液分离，过滤得到滤液和滤饼；

4)将步骤3所得滤饼水洗至洗液pH值为8-10，将滤饼在95-105℃下干燥得相应高岭石产品。

如上所述的方法，优选地，所述的钙长石粉体粒度-80目＞90.0％，其CaO含量不低于12.0％。

如上所述的方法，优选地，所述的富铝矿物粉体粒度-80目＞90％，其Al₂O₃含量不低于50.0％。

本发明所述的铝土矿为Al₂O₃含量不低于50.0％的铝土矿矿物，其主要物相为一水硬铝石、伊利石、高岭石、方解石、锐钛矿、赤铁矿等。

如上所述的方法，优选地，所述步骤1中，钙长石粉体、富铝矿物粉体、水和无机酸混合方式为：先将无机酸用水稀释到质量分数为5-20wt％，随后将剩余的水与钙长石粉体和富铝矿物粉体混合搅拌均匀，最后将稀释的硝酸缓慢加入到钙长石粉体和富铝矿物粉体与水的混合浆料中。

如上所述的方法，优选地，将步骤3所得滤液在110-120℃条件下进行蒸发结晶制得硝酸钙或氯化钙产品。

另一方面，本发明提供一种高岭石，其是采用如上所述的方法制备的。

本发明通过控制无机酸的用量，溶出钙长石中的CaO组分，得到硝酸钙或者氯化钙溶液及铝硅滤渣(Al₂O₃·2SiO₂·nH₂O)，其反应式如下：

CaAl₂Si₂O₈+2H⁺+nH₂O→Ca²⁺+Al₂O₃·2SiO₂·nH₂O+H₂O

然后铝硅滤渣(Al₂O₃·2SiO₂·nH₂O)能够进一步继续晶化合成高岭石，其反应式如下：

Al₂O₃·2SiO₂·nH₂O→Al₂[Si₂O₅](OH)₄+(n-2)H₂O

但是由于天然钙长石矿组成多为钙长石与钠长石的固溶体，其硅铝摩尔比一般小于1，因而必须添加一定的铝源使硅铝摩尔比达到1，从而使其反应能够完全。

本发明的有益效果在于：该方法以钙长石、富铝矿物和无机酸为原料，采用水热法合成高岭石，副产品主要为硝酸钙、氯化钙等化学品。该方法具有成本廉价、原料丰富、工艺简单易行、资源利用率高、无三废排放、附加值较高等特点，具有良好的经济效益，适合大规模生产和推广。

附图说明

图1为利用钙长石粉体和富铝矿物粉体制取高岭石的工艺流程图。

图2为实施例使用的钙长石原料的X射线粉末衍射图。

图3为实施例1制备的高岭石的X射线粉末衍射图。

图4为实施例2制备的高岭石的X射线粉末衍射图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

实施例1以钙长石为主要原料，以铝土矿为铝源制备高岭石

(1)某地钙长石粉体部分化学成分见表1，将其粉磨至粒度为-80目大于90％。

表1某地钙长石粉体的主要成分化学分析结果(W_B％)

(2)某地铝土矿粉体部分化学成分见表2，将其粉磨至粒度为-80目大于90％。

表2某地铝土矿粉体的化学成分分析结果(W_B％)

(3)工艺流程如图1所示，称取钙长石粉体6.0g，铝土矿粉体1.6g，蒸馏水54.3g，硝酸5.7g(质量分数为66％)，将5.7g的硝酸加入20.0g蒸馏水中稀释，将6.0g钙长石粉体和1.6g铝土矿粉体与34.3g蒸馏水充分混合均匀，随后将硝酸缓慢加入粉体与水混合的浆料中，充分搅拌，装入带有对位聚苯内衬的不锈钢反应釜中，在250℃的条件下水热反应36h，立即取出反应釜放入冷水中快速冷却，开釜后进行固液分离，滤液在110-120℃下蒸发结晶得到硝酸钙产品。滤饼用蒸馏水洗涤至滤液pH值为9-10，最后在95-105℃下干燥12h即得高岭石。获得的高岭石的XRD图谱如图3所示，(001)和(002)衍射峰强而尖锐，18-30°范围内的衍射峰以及34-40°范围内的衍射峰分裂明显，且强而尖锐。将合成的高岭石的X射线衍射数据与JCPDS标准卡片(卡片号：14-0164)进行对照鉴定，合成产物的特征衍射峰与高岭石的衍射峰基本吻合。其化学成分分析结果如表3所示。

表3高岭石产品的化学成分分析结果(W_B％)

实施例2以钙长石为主要原料，以氯化铝为铝源制备高岭石

(1)某地钙长石粉体部分化学成分见表4，将其粉磨至粒度为-80目大于90％。

表4某地钙长石粉体的主要成分化学分析结果(W_B％)

(2)称取钙长石粉体6.0g，氯化铝1.8g，蒸馏水54.3g，硝酸5.7g(质量分数为66％)，将5.7g的硝酸加入20.0g蒸馏水中稀释，将6.0g钙长石粉体和1.8g铝土矿粉体与34.3g蒸馏水充分混合均匀，随后将硝酸缓慢加入粉体与水混合的浆料中，充分搅拌，装入反应釜中，在250℃的条件下水热反应36h，立即取出反应釜放入冷水中快速冷却，打开反应釜进行固液分离，滤液在110-120℃下蒸发结晶得到硝酸钙产品。滤饼用蒸馏水洗涤至滤液pH值为9-10，最后在95-105℃下干燥12h即得高岭石。获得的高岭石的X射线粉末衍射图如图4所示，与JCPDS标准卡片的高岭石衍射峰(卡片号：14-0164)基本吻合。其化学成分分析结果如表5所示。

表5高岭石产品的化学成分分析结果(W_B％)