利用低品位凹凸棒石黏土制備1.1nm托貝莫來石的方法技術

本發明專利技術公開了一種利用低品位凹凸棒石黏土制備1.1nm托貝莫來石的方法，它是將低品位凹凸棒石黏土礦粉碎得到150?300目粉體，然后分散到硅酸鹽水溶液中，微波活化處理5?10分鐘，形成穩定的懸浮液A；將鈣鹽分散在水中，形成均一分散液B；在快速攪拌下，將分散液B緩慢加入到懸浮液A中，充分混合均勻，得到前驅體懸浮液；將前驅體懸浮液轉入水熱反應釜中進行水熱反應，然后降溫至室溫；固體產物經分離、洗滌、干燥、粉碎處理，得到1.1nm托貝莫來石。本發明專利技術通過水熱過程中凹凸棒石黏土各組分與硅鹽和鈣鹽產生化學反應，使晶型發生轉變和重組，從而形成穩定性好、粒度均勻的1.1nm托貝莫來石，產品均一性好，性能穩定，用于重金屬、染料、抗生素等物質的吸附劑。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及利用低品位凹凸棒石黏土制備1.1nm托貝莫來石的方法，屬于非金屬礦深加工和納米材料制備

技術介紹
凹凸棒石黏土是一種以凹凸棒石為主要成分的含水富鎂鋁硅酸鹽黏土礦物，由于具有納米棒狀晶體形貌和豐富的納米孔道，近年來已在復合材料、精細化工、功能載體、石油化工和環保等領域得到了廣泛應用。我國凹凸棒石黏土資源儲量豐富，最早在蘇皖地區發現了大型優質凹凸棒石黏土礦床，近年在甘肅、內蒙古、四川、山西、河北和云南等地也發現了大批礦床（點）。由于凹凸棒石成礦過程中八面體位置上陽離子的類質同晶取代現象較為普遍，導致凹凸棒石棒晶發育不理想，還常伴生白云母、伊利石、蒙脫石、蛋白石等礦物。這些礦物總體品位較低，成分復雜，性能較差，制約了其在膠體、填料、補強劑、載體等領域中的應用。由于現有技術不能對低品位凹凸棒石黏土中雜礦進行高效綜合利用，因此低品位礦被作為尾礦處理，造成了資源的嚴重浪費。目前，常通過提純方法來提高凹凸棒石含量，進而改善其使用性能。專利CN102874826A公開了一種凹凸棒石黏土的提純方法，具體是將凹凸棒石黏土分散在水中制漿，加入活化劑活化，加入酸除雜，陳化，重力沉降，多次離心分離，最后得到提純凹凸棒石。專利CN103738975A公開了一種凹凸棒石黏土的提純方法，采用制漿-加活化劑-陳化-沉降-分離等步驟來提高凹凸棒石的純度。盡管提純處理在一定程度上降低雜礦含量，提高凹凸棒石的純度，改善使用性能，但提純工藝復雜、成本高、耗水耗能，使用活化劑還會引起環境污染。因此，對于低品位凹凸棒石黏土，利用常規提純和改性方法很難顯著提升其性能。凹凸棒石黏土中含有豐富的硅、鋁等元素，在特定反應條件下通過晶型重組轉變成其它類型礦物。中國專利CN103708483A公開了一種凹凸棒石原位晶型轉變制備凹-蒙石的方法，利用凹凸棒石結構的演變和重組顯著提升了吸附性能；中國專利CN104445240A公開了一種凹凸棒石原位制備有機化混維納米材料的方法，通過凹凸棒石原位晶型轉變和重組，獲得了性能優異的吸附材料。因此，通過低品位凹凸棒石黏土中各組分的晶體演變和重組，是獲得具有優異性能新材料的有效途徑。托貝莫來石是一族具有層狀結構的水化硅酸鈣，各層均由硅氧四面體所形成的三元鏈重復排列而得到。根據層與層之間的排列方式和層間距的不同，托貝莫來石分為單斜托貝莫來石、0.9nm托貝莫來石、1.1nm托貝莫來石和1.4nm托貝莫來石4種類型。其中，1.1nm托貝莫來石結構中兩層之間形成了單鏈硅氧四面體層，且層間距為1.1nm。目前莫來石常用化學原料直接合成。例如，文獻（材料科學與工程學報,2014,3:016.）以微硅粉和Al2(SO4)3為反應原料，硫酸鈉為反應介質，反應混料分別在800℃、900℃、1000℃和1100℃下煅燒保溫1h后，經溶解、過濾、烘干后得到莫來石。文獻（硅酸鹽學報，40(12)：1721-1727）報道了以硅酸鈉浸出液為硅源，通過水熱法與石灰乳反應制備了托貝莫來石晶須。具體方法是按鈣硅摩爾比為1，將石灰乳與硅酸鈉溶液混合，按配比加入適量苛性堿、氯化鈉和氫氧化鋁等，充分攪拌后置于反應釜中，在180～260℃反應3～15h，攪拌速率為150r/min，反應結束后，自然冷卻至室溫后取出。在溫度260℃，壓力4.5MPa時得到針鈉鈣石。同時作者也證實硅酸鈉溶液與石灰乳直接反應不能合成純的托貝莫來石，所得產物主要為針鈉鈣石。只有在引入苛性堿和氫氧化鋁的條件下才能生成托貝莫來石。
技術實現思路
本專利技術的目的是：提供一種利用低品位凹凸棒石黏土制備1.1nm托貝莫來石的方法，通過調整原料配比和反應條件，將低品位凹凸棒石黏土一步水熱反應轉變為1.1nm托貝莫來石材料，為我國儲量豐富的低品位凹凸棒石黏土資源的高值化利用開辟新途徑。本專利技術的技術解決方案是：將低品位凹凸棒石黏土礦粉碎得到150-300目粉體，然后分散到硅酸鹽水溶液中，微波活化處理5-10分鐘，形成穩定的懸浮液A；將鈣鹽分散在水中，形成均一分散液B；在快速攪拌下，將分散液B緩慢加入到懸浮液A中，充分混合均勻，得到前驅體懸浮液；將前驅體懸浮液轉入水熱反應釜中進行水熱反應，然后降溫至室溫；固體產物經分離、洗滌、干燥、粉碎處理，得到1.1nm托貝莫來石。其中，所述低品位凹凸棒石黏土礦中凹凸棒石的含量小于50%。其中，所述硅酸鹽為硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鉀鈉、硅酸鋰、偏硅酸中的至少一種；也可以是二氧化硅與氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰溶液反應得到的硅酸鹽產物。其中，所述鈣鹽為氯化鈣、硝酸鈣、乙酸鈣、葡萄糖酸鈣、硫酸鈣、磷酸二氫鈣、硫酸氫鈣、高氯酸鈣、溴化鈣、碘化鈣、亞硫酸氫鈣、碳酸鈣、碳酸氫鈣、氯酸鈣、檸檬酸鈣、乳酸鈣、甲酸鈣中的至少一種。其中，所述低品位凹凸棒石黏土礦粉以1:50~1:5的固液比（質量/體積）分散于水中。其中，所述硅酸鹽加入量為凹凸棒石黏土質量的0.5-8倍。其中，所述的鈣鹽加入量為凹凸棒石黏土質量的1-10倍。其中，所述的水熱反應是在溶液pH=10~14、壓力1~3MPa、溫度140~230℃條件下反應5~36h。本專利技術的優點是：利用簡單的一步水熱反應將低品位凹凸棒石黏土中的凹凸棒石及伴生礦轉變為1.1nm鋁取代托貝莫來石，沒有雜質晶相產生，產品穩定性好，粒度均勻，制備工藝簡單，可廣泛用于吸附劑、建材等領域，有利于拓展凹凸棒石黏土的應用領域及實現低品位凹凸棒石黏土資源的高值化利用。附圖說明圖1為凹凸棒石黏土和本專利技術所述工藝制備1.1nm托貝莫來石產品的XRD圖。圖2為凹凸棒石黏土和本專利技術所述工藝制備1.1nm托貝莫來石產品的SEM圖。具體實施方式下面通過具體實施例對本專利技術利用低品位凹凸棒石黏土制備1.1nm托貝莫來石的工藝方法及產物性能做進一步說明。實施例1：將100g凹凸棒石黏土粉末在機械攪拌下分散到300mL含50g硅酸鈉的水溶液中，形成均勻的懸浮液A；將100g氯化鈣溶解在200mL水中，形成均一溶液B；在攪拌下，將B溶液緩慢添加到懸浮液A中，得到前驅體懸浮液；然后前驅體懸浮液轉入1L的水熱反應釜內，密封，在溫度230℃、壓力3MPa、pH14的條件下反應5h，自然降溫至室溫；將產物離心分離并充分洗滌，干燥至恒重，研磨，得到白色1.1nm托貝莫來石粉末。該產物可吸附Cd(II)離子142.3mg/g，四環素231mg/g，亞甲基藍192mg/g。實施例2：將10g凹凸棒石黏土粉末在機械攪拌下分散到300mL含80g硅酸鈉的水溶液中，形成均勻的懸浮液A；將100g硝酸鈣溶解在200mL水中，形成均一溶液B；在攪拌下，將B溶液緩慢添加到懸浮液A中，得到前驅體懸浮液；然后前驅體懸浮液轉入1L的水熱反應釜內，密封，在溫度140℃、壓力3MPa、pH14的條件下反應36h，自然降溫至室溫；將產物離心分離并充分洗滌，干燥至恒重，研磨，得到白色1.1nm托貝莫來石粉末。該產物可吸附Zn(II)離子164.6mg/g，四環素243mg/g，亞甲基藍216mg/g。實施例3：將50g凹凸棒石黏土粉末在機械攪拌下分散到300mL含50g硅酸鉀鈉的水溶液中，形成均勻的懸浮液A；將100g碳酸氫鈣分散在200mL水中，形成均一溶液B；在攪拌下，將B溶液本文檔來自技高網...

【技術保護點】
利用低品位凹凸棒石黏土制備1.1nm托貝莫來石的方法，其特征在于：它是將低品位凹凸棒石黏土礦粉碎得到150?300目粉體，然后分散到硅酸鹽水溶液中，微波活化處理5?10分鐘，形成穩定的懸浮液A；將鈣鹽分散在水中，形成均一分散液B；在快速攪拌下，將分散液B緩慢加入到懸浮液A中，充分混合均勻，得到前驅體懸浮液；將前驅體懸浮液轉入水熱反應釜中進行水熱反應，然后降溫至室溫；固體產物經分離、洗滌、干燥、粉碎處理，得到1.1nm托貝莫來石。

【技術特征摘要】
1.利用低品位凹凸棒石黏土制備1.1nm托貝莫來石的方法，其特征在于：它是將低品位凹凸棒石黏土礦粉碎得到150-300目粉體，然后分散到硅酸鹽水溶液中，微波活化處理5-10分鐘，形成穩定的懸浮液A；將鈣鹽分散在水中，形成均一分散液B；在快速攪拌下，將分散液B緩慢加入到懸浮液A中，充分混合均勻，得到前驅體懸浮液；將前驅體懸浮液轉入水熱反應釜中進行水熱反應，然后降溫至室溫；固體產物經分離、洗滌、干燥、粉碎處理，得到1.1nm托貝莫來石。2.根據權利要求1所述的利用低品位凹凸棒石黏土制備1.1nm托貝莫來石的方法，其特征在于：所述低品位凹凸棒石黏土礦中凹凸棒石的含量小于50%。3.根據權利要求1所述的利用低品位凹凸棒石黏土制備1.1nm托貝莫來石的方法，其特征在于：所述硅酸鹽為硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鉀鈉、硅酸鋰、偏硅酸中的至少一種；也可以是二氧化硅與氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰溶液反應得到的硅酸鹽產物。4.根據權利要求1所述的利用低品位凹凸棒石黏土制備...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王文波，王愛勤，田光燕，康玉茹，汪琴，宗莉，牟斌，
申請(專利權)人：中國科學院蘭州化學物理研究所盱眙凹土應用技術研發中心，
類型：發明
國別省市：江蘇;32