高嶺土的堿催化脫硅方法及其產(chǎn)物的用途技術(shù)

為了克服現(xiàn)有的從高嶺土制備氧化鋁類材料耗費(fèi)很多酸堿的缺點(diǎn)，以堿為催化劑在２６０－７００℃焙燒分解高嶺土，焙燒后的物料浸泡于氫氧化鈉溶液內(nèi)；經(jīng)過１３０－２３０℃水熱作用，氧化硅大部分溶解進(jìn)入溶液，氧化鋁大部分不溶解而保持固體狀態(tài)，固液分離后得到脫硅的產(chǎn)物。堿催化分解步驟氫氧化鈉用量按Ｎａ２Ｏ計(jì)與高嶺土類原料所含ＳｉＯ２的比為１０－４０ｍｏｌ％；堿催化分解及水熱脫硅這兩個(gè)步驟的氫氧化鈉總用量折合的氧化鈉摩爾數(shù)與高嶺土類原料所含氧化硅的摩爾數(shù)之比為２０－５０ｍｏｌ％，即（０．２－０．５）／１。脫硅制備的固體產(chǎn)物的利用途徑包括：（１）制成氧化鋁基超細(xì)復(fù)合粉體，用于制備以氧化鋁或莫來石為主要成分的陶瓷制品，或用作某些涂料及某些橡塑制品的填料、顏料；（２）作為高品位含鋁原料，供進(jìn)一步制備純度較高的鋁化合物。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種用硅酸鋁類礦物如高嶺土等深加工提煉鋁化合物及其復(fù)合物的 方法，屬于非金屬礦產(chǎn)的加工利用領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
超細(xì)氧化鋁具有高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、耐腐蝕、抗氧化、絕緣性好、表面積大等優(yōu)點(diǎn)，廣 泛應(yīng)用于現(xiàn)代技術(shù)陶瓷、航空航天、電子線路、催化劑和生物材料等領(lǐng)域。氧化鋁的生產(chǎn)一 般是以鋁土礦為原料。然而，鋁土礦資源逐年減少，鋁土礦的品位也不斷下降，因此，開發(fā)利 用新的鋁資源越來越受到重視。近年來，世界一些主要鋁生產(chǎn)國(guó)都在尋找并利用貧鋁資源， 如粘土、高嶺土、煤頁巖等礦物。高嶺土按化學(xué)成分計(jì)算，理論氧化鋁含量達(dá)到39. 53wt%0 根據(jù)高嶺土礦石的質(zhì)量、可塑性和砂質(zhì)(粒徑大于50 μ m的石英、長(zhǎng)石、云母等礦物顆粒) 的含量，可劃分為煤系高嶺土、軟質(zhì)高嶺土和砂質(zhì)高嶺土三種類型。煤系高嶺土礦是煤的 伴生礦，在煤炭開采過程中可同時(shí)綜合利用。我國(guó)是煤炭資源大國(guó)，煤系高嶺土資源十分豐 富。在國(guó)務(wù)院2009年5月發(fā)布的有色金屬產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃中明確提出，加強(qiáng)煤鋁共 生礦資源開發(fā)利用，到2011年形成100萬噸氧化鋁生產(chǎn)規(guī)模。中國(guó)大多數(shù)煤礦都可利用其 采煤的生產(chǎn)、運(yùn)輸設(shè)備順利地開采煤系高嶺土，可以做到一礦多用、一機(jī)多用，投資省，見效 快。根據(jù)硅、鋁分離時(shí)反應(yīng)劑的不同可以將高嶺土制備氧化鋁的方法概括分為酸溶法 和堿熔法兩大類。酸溶法是將高嶺土或其煅燒物與活性強(qiáng)的無機(jī)酸、有機(jī)酸或酸性氧化物 在高溫條件下反應(yīng)，高嶺土在H+的作用下，硅氧鍵、鋁氧鍵發(fā)生斷裂，與其他離子形成新鍵， 得到鋁的可溶性鹽和二氧化硅。蘇州大學(xué)吳銘敏的碩士學(xué)位論文“高嶺土制備納米氧化鋁 工藝研究”(2009)和申請(qǐng)?zhí)枮?00810023208. X的中國(guó)專利申請(qǐng)書報(bào)道，將高嶺土在600°C 以上煅燒后用鹽酸浸提，生成粗制的氯化鋁溶液，純化后與氫氧化鈉反應(yīng)轉(zhuǎn)化為鋁酸鈉，再 轉(zhuǎn)化回到氯化鋁，最后用碳酸鋁氨熱分解法制備得納米氧化鋁，該方法的不足是消耗很多 鹽酸、燒堿等化工原料。堿熔法是利用強(qiáng)堿如高濃度的NaOH溶液、固體Na2CO3粉末與高嶺土在高溫下反 應(yīng)，形成可溶性的硅酸鈉，通過水浸取使硅、鋁分離。申請(qǐng)?zhí)枮?00710133215.0的中國(guó)專 利，報(bào)道了以堿熔高硅低鋁礦物(包括高嶺土等粘土、黃沙及氧化鋁含量低于50wt%的鋁 土礦)生產(chǎn)氫氧化鋁和硅酸的工藝方法，其存在兩個(gè)不足(1)堿的用量大，堿熔配料時(shí)堿 與礦物粉的質(zhì)量比大于0.4/1 (即大于40wt%) ； (2)工序多，工藝復(fù)雜，從礦粉堿熔到堿回 收共13道工序。原有的以高嶺土制備超細(xì)氧化鋁的方法，其目標(biāo)產(chǎn)品是制備較純的氧化鋁(氧化 鋁占比大多在98wt%以上)。一些氧化鋁基陶瓷產(chǎn)品不要求采用純度較高的氧化鋁，而且 常常需要將氧化鋁、氧化硅、氧化鎂等混合使用，本專利技術(shù)的目標(biāo)之一是針對(duì)這種用途，制備 氧化鋁基超細(xì)復(fù)合粉體。本專利技術(shù)所說的氧化鋁基超細(xì)復(fù)合粉體指其質(zhì)量組成中氧化鋁低于 98襯％但不低于70wt%、氧化硅占2wt%以上、中位粒徑D5tl不大于2微米的非水溶性無機(jī)3粉體。本專利技術(shù)的目標(biāo)之二是提供一種比現(xiàn)有技術(shù)更經(jīng)濟(jì)、更低碳環(huán)保的高嶺土深加工技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的主要原理是，以堿為催化劑在較低焙燒溫度下使高嶺土晶體內(nèi)的硅酸根 與鋁離子之間的化學(xué)鍵斷開，產(chǎn)生活性較高的氧化鋁微粒和氧化硅微粒；焙燒后的物料浸 泡于氫氧化鈉溶液內(nèi)，控制氫氧化鈉的加量不足以使物料內(nèi)的氧化硅全部轉(zhuǎn)變?yōu)槠杷徕c (Na2SiO3)，只夠與物料內(nèi)的氧化硅生成模數(shù)大于2的水玻璃(Na2O ·π^ 0，πι大于2)，從化學(xué) 熱力學(xué)來看，氧化鋁的酸性低于氧化硅，所以氧化硅優(yōu)先與氫氧化鈉反應(yīng)，在氧化硅全部變 為偏硅酸鈉之后若還存在氫氧化鈉，才與氧化鋁反應(yīng)生成生成水溶性偏鋁酸鈉。模數(shù)大于2 的水玻璃需要在較高溫度和壓力的水熱條件下才易于溶解。經(jīng)過水熱作用，氧化硅大部分 溶解進(jìn)入溶液，氧化鋁大部分不溶解而保持固體微粒狀態(tài)，固液分離后得到脫硅的產(chǎn)物。具體實(shí)施例方式本專利技術(shù)的操作步驟包括(1)堿催化加熱分解將粉狀高嶺土類原料及少量氫氧 化鈉混合，加熱至260-700°C，恒溫焙燒l_9h ;(2)水熱脫硅向反應(yīng)器內(nèi)加入氫氧化鈉水溶 液，再把焙燒過的物料趁熱轉(zhuǎn)入反應(yīng)器內(nèi)，加熱到130-230°C，恒溫反應(yīng)l_6h ； (3)過濾和后 加工濾渣不經(jīng)過洗滌就可作為高品位原料，供進(jìn)一步以酸和/或堿處理而制備較高純度 的鋁化合物；若將濾渣洗滌干燥，就制得氧化鋁基復(fù)合粉體。濾液和洗滌液可適當(dāng)回收利 用，比如可以作為硅酸鈉溶液使用。按本專利技術(shù)的方法制備的氧化鋁基超細(xì)復(fù)合粉體至少有如下兩類用途(1)用于制 備以氧化鋁或莫來石為主要成分的陶瓷制品，具有提高坯體強(qiáng)度及燒結(jié)體強(qiáng)度的作用。(2) 用作某些涂料及某些橡塑制品的填料、顏料，比氧化鈦價(jià)廉，比超細(xì)碳酸鈣耐酸性能好。在堿催化分解步驟，氫氧化鈉用量按Na2O計(jì)與高嶺土類原料所含SiO2的比為 10-40mol% ；堿催化分解及水熱脫硅這兩個(gè)步驟的氫氧化鈉用量之和控制在這樣的范圍 氫氧化鈉折合的Na2O摩爾數(shù)與高嶺土類原料所含SiO2摩爾數(shù)之比為20-50mol%，比如礦 粉原料的氧化硅含量為60g，那么這兩個(gè)步驟的氫氧化鈉總用量為16-40g，其中堿催化分 解步驟氫氧化鈉用量為6-24g。假設(shè)高嶺土類原料中氧化硅占的比為45wt%，則本專利技術(shù) 方法所耗用的氫氧化鈉與高嶺土類原料質(zhì)量比在7wt% -18wt% .而現(xiàn)有的技術(shù)如申請(qǐng) 號(hào)為200710133215.0的中國(guó)專利，堿熔配料時(shí)堿與礦物粉的質(zhì)量比大于0. 4/1 (即大于 40wt% )，由于礦物粉中SiO2占的比一般小于50wt%，所以其堿加量與礦物粉所含SiO2的 比高于80wt%。可見本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比顯著節(jié)約了堿的消耗，這將帶動(dòng)其他原輔材料 和能源的節(jié)約。以下實(shí)例用了兩種土，一是蘇州高嶺土(規(guī)格為陽西4號(hào))，二是煤系高嶺土(山 東淄博嶺子鎮(zhèn)產(chǎn))，其化學(xué)成分實(shí)測(cè)結(jié)果見表1。表1所用高嶺土的化學(xué)成分(Wt % )高嶺土品種SiO2 Al2O3 Fe2O3 SO3 K2O Na2O CaO MgO TiO2 LOI權(quán)利要求一種高嶺土堿催化脫硅的方法，其特征是包括如下操作步驟(1)堿催化加熱分解將粉狀高嶺土類原料及少量氫氧化鈉混合，加熱至260 700℃，恒溫焙燒1 9h；(2)水熱脫硅向反應(yīng)器內(nèi)加入氫氧化鈉水溶液，再把焙燒過的物料趁熱轉(zhuǎn)入反應(yīng)器內(nèi)，加熱到130 230℃，恒溫1 6h；(3)過濾與后加工利用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高嶺土堿催化脫硅的方法，其特征是在堿催化分解步驟，氫 氧化鈉用量按Na2O計(jì)與高嶺土類原料所含SiO2的比為10-40mol%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高嶺土堿催化脫硅的方法，其特征是堿催化分解及水熱脫硅 這兩個(gè)步驟的氫氧化鈉用量之和控制在這樣的范圍氫氧化鈉折合的Na2O摩爾數(shù)與高嶺土 類原料所含SiO2摩爾數(shù)之比為20-50mol%。4.一種對(duì)高嶺土進(jìn)行堿催化脫硅制備的氧化鋁基超細(xì)復(fù)合粉體，其特征是粉體的質(zhì) 量組成中氧化鋁低于98襯％但不低于70wt%、氧化硅占2wt%以上；粉體中位粒徑D5tl不大 于2微米。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化鋁基超細(xì)復(fù)合粉體，其特征是用于制備以氧化鋁為主要 成分的陶瓷制品。6.根據(jù)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高嶺土堿催化脫硅的方法，其特征是包括如下操作步驟：（１）堿催化加熱分解：將粉狀高嶺土類原料及少量氫氧化鈉混合，加熱至２６０－７００℃，恒溫焙燒１－９ｈ；（２）水熱脫硅：向反應(yīng)器內(nèi)加入氫氧化鈉水溶液，再把焙燒過的物料趁熱轉(zhuǎn)入反應(yīng)器內(nèi)，加熱到１３０－２３０℃，恒溫１－６ｈ；（３）過濾與后加工利用。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李軍遠(yuǎn)，劉衛(wèi)東，劉珍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：山東鯤鵬新材料科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：37[中國(guó)|山東]