[发明专利]利用离子注入技术对蛇纹石进行改性的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种利用离子注入技术对蛇纹石进行改性的方法，属于物理技术材料改性技术领域。

背景技术

    我国是拥有蛇纹石矿资源的大国之一，蛇纹石（Mg₃[Si₂O₃](OH)₄或3MgO·2SiO₂·2H₂O）资源非常丰富，矿藏数量巨大，仅安徽省已探明的贮量就有10亿吨以上。我国蛇纹石矿资源分布广阔，以安徽、江西、四川、河南贮量最大，山东、江苏、陕西、内蒙等地次之。由于蛇纹石矿具有叶片状或磷片状晶体，分化层较大，我国均为露天开采，在开采过程中产生大量碎矿石，粒度<2～3cm，一般称为蛇纹石粉矿或尾矿，约占开采量的1/3～1/2。这种粒度的粉矿不适宜于烧制钙镁磷肥，常被当作废料抛弃，如河南某蛇纹石矿每年开采约20×10⁴t，被抛弃的粉矿约10×10⁴t，20年来粉矿累积已达200多万吨，既浪费矿产资源又积占开采面和农田，造成严重的环境污染，影响生产。

在90年代以前，蛇纹石的主要用途是作为熔剂与磷矿通过高炉冶炼和水淬技术生产钙镁磷肥。由于国家产业结构调整，新型高效磷氨复合肥的大规模生产取代了钙镁磷肥，从而导致蛇纹石资源将变成一座废矿。尽管蛇纹石仍可作为耐火材料、油毡填料、矿物肥料的添加剂以及冶炼的熔剂，但是它几乎没有经济效益。因此，蛇纹石矿的资源化已经是迫在眉睫，它的综合利用有待于新技术和新工艺的出现。

高岭石有机插层复合物作为新兴矿物材料，它既有粘土矿物特有的吸附性、分散性、流变性、多孔性和表面酸性，又具有有机化合物的多变官能团和反应活性。它的这些优异性能使其在催化剂、吸附剂、功能材料、陶瓷材料、纳米复合材料和环境工程材料等领域得到广泛的应用。陈杰斌等人研究超声辅助制备高岭土／肼插层复合材料，将NH₂-NH₂（肼）插入高岭土中，采用红外光谱(Fr-IR)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)等对复合材料的结构进行了表征。结果表明：（1）利用超声辅助制备高岭土，肼插层复合材料大大缩短了插层反应时间，把原来需要几十个小时甚至几天的时间缩短到3-4h，大大提高了效率。（2）经过肼插层处理后的高岭土具有更小的粒径和更窄的粒径分布，其形态更为规则，在一定程度上提高了粒子的稳定、均匀分散能力，而且插层后层间距变大。

发明内容

    针对现有高岭土有机插层复合物作为新兴矿物材料，有机插层可以使矿物具备一些特殊的性能，从而扩大矿物新的用途。本发明采用离子注入技术将NH₃注入到蛇纹石中，改变蛇纹石的性能，从而扩大蛇纹石的用途。

    本发明一种利用离子注入技术对蛇纹石进行改性的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

a、取一定量的蛇纹石样品，经粉碎和球磨，得到粒径小于100μm的蛇纹石矿粉；将该蛇纹石粉末放入离子注入机的腔体中，并且对离子注入机的腔体进行抽真空；真空度要求为1×10^-3-1×10^-6 Torr；

b、以离子形式注入NH₃，离子注入能量为30-60 kev；注入通量为1×10¹⁷cm^-2；注入时间为3-20min；

c、最后将上述离子注射后的样品从离子注入机中取出，获得插入有“N”元素的蛇纹石样品。

本发明的机理及特点：

本发明利用离子注入技术将NH₃插入到蛇纹石中；蛇纹石矿物属单斜晶系，晶格为层状结构，即由硅氧四面体和氢镁八面体复合而成的层状硅酸盐矿物；层内为离子键，层间为分子键，产出形式常为隐晶质致密矿状集合体。用离子注入技术将NH₃插入到蛇纹石中，与氢镁八面体中氢形成N-H键，使蛇纹石矿具有高的吸附性。该方法的特点是成本低、处理工艺简单、没有对环境造成二次污染，从而到达矿物材料新的功能化的效果，最终实现矿物资源化的目的。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例描述于后。

实施例：

取一定量的蛇纹石样品，经粉碎和球磨，得到粒径小于100μm的蛇纹石粉末；称取蛇纹石粉末样品50g，放入离子注入机的腔体中，并开始抽真空；真空度要求为1×10^-6 Torr。