[发明专利]利用低品位凹凸棒石黏土制备1.1nm托贝莫来石的方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用低品位凹凸棒石黏土制备1.1nm托贝莫来石的方法，属于非金属矿深加工和纳米材料制备技术领域。

背景技术

凹凸棒石黏土是一种以凹凸棒石为主要成分的含水富镁铝硅酸盐黏土矿物，由于具有纳米棒状晶体形貌和丰富的纳米孔道，近年来已在复合材料、精细化工、功能载体、石油化工和环保等领域得到了广泛应用。我国凹凸棒石黏土资源储量丰富，最早在苏皖地区发现了大型优质凹凸棒石黏土矿床，近年在甘肃、内蒙古、四川、山西、河北和云南等地也发现了大批矿床（点）。由于凹凸棒石成矿过程中八面体位置上阳离子的类质同晶取代现象较为普遍，导致凹凸棒石棒晶发育不理想，还常伴生白云母、伊利石、蒙脱石、蛋白石等矿物。这些矿物总体品位较低，成分复杂，性能较差，制约了其在胶体、填料、补强剂、载体等领域中的应用。由于现有技术不能对低品位凹凸棒石黏土中杂矿进行高效综合利用，因此低品位矿被作为尾矿处理，造成了资源的严重浪费。

目前，常通过提纯方法来提高凹凸棒石含量，进而改善其使用性能。专利CN102874826A公开了一种凹凸棒石黏土的提纯方法，具体是将凹凸棒石黏土分散在水中制浆，加入活化剂活化，加入酸除杂，陈化，重力沉降，多次离心分离，最后得到提纯凹凸棒石。专利CN103738975A公开了一种凹凸棒石黏土的提纯方法，采用制浆-加活化剂-陈化-沉降-分离等步骤来提高凹凸棒石的纯度。尽管提纯处理在一定程度上降低杂矿含量，提高凹凸棒石的纯度，改善使用性能，但提纯工艺复杂、成本高、耗水耗能，使用活化剂还会引起环境污染。因此，对于低品位凹凸棒石黏土，利用常规提纯和改性方法很难显著提升其性能。

凹凸棒石黏土中含有丰富的硅、铝等元素，在特定反应条件下通过晶型重组转变成其它类型矿物。中国专利CN103708483A公开了一种凹凸棒石原位晶型转变制备凹-蒙石的方法，利用凹凸棒石结构的演变和重组显著提升了吸附性能；中国专利CN104445240A公开了一种凹凸棒石原位制备有机化混维纳米材料的方法，通过凹凸棒石原位晶型转变和重组，获得了性能优异的吸附材料。因此，通过低品位凹凸棒石黏土中各组分的晶体演变和重组，是获得具有优异性能新材料的有效途径。

托贝莫来石是一族具有层状结构的水化硅酸钙，各层均由硅氧四面体所形成的三元链重复排列而得到。根据层与层之间的排列方式和层间距的不同，托贝莫来石分为单斜托贝莫来石、0.9 nm托贝莫来石、1.1 nm托贝莫来石和1.4 nm 托贝莫来石4 种类型。其中，1.1 nm 托贝莫来石结构中两层之间形成了单链硅氧四面体层，且层间距为1.1 nm。目前莫来石常用化学原料直接合成。例如，文献（材料科学与工程学报, 2014, 3: 016.）以微硅粉和Al₂(SO₄)₃为反应原料，硫酸钠为反应介质，反应混料分别在800℃、900℃、1000℃和1100℃下煅烧保温1h后，经溶解、过滤、烘干后得到莫来石。文献（硅酸盐学报，40(12)：1721-1727）报道了以硅酸钠浸出液为硅源，通过水热法与石灰乳反应制备了托贝莫来石晶须。具体方法是按钙硅摩尔比为1，将石灰乳与硅酸钠溶液混合，按配比加入适量苛性碱、氯化钠和氢氧化铝等，充分搅拌后置于反应釜中，在180～260 ℃反应3～15 h，搅拌速率为150 r/min，反应结束后，自然冷却至室温后取出。在温度260℃，压力4.5 MPa时得到针钠钙石。同时作者也证实硅酸钠溶液与石灰乳直接反应不能合成纯的托贝莫来石，所得产物主要为针钠钙石。只有在引入苛性碱和氢氧化铝的条件下才能生成托贝莫来石。

发明内容

本发明的目的是：提供一种利用低品位凹凸棒石黏土制备1.1nm托贝莫来石的方法，通过调整原料配比和反应条件，将低品位凹凸棒石黏土一步水热反应转变为1.1nm托贝莫来石材料，为我国储量丰富的低品位凹凸棒石黏土资源的高值化利用开辟新途径。

本发明的技术解决方案是：将低品位凹凸棒石黏土矿粉碎得到150-300目粉体，然后分散到硅酸盐水溶液中，微波活化处理5-10分钟，形成稳定的悬浮液A；将钙盐分散在水中，形成均一分散液B；在快速搅拌下，将分散液B缓慢加入到悬浮液A中，充分混合均匀，得到前驱体悬浮液；将前驱体悬浮液转入水热反应釜中进行水热反应，然后降温至室温；固体产物经分离、洗涤、干燥、粉碎处理，得到1.1nm托贝莫来石。

其中，所述低品位凹凸棒石黏土矿中凹凸棒石的含量小于50%。