[发明专利]一种由钙基膨润土制备膨润土无机凝胶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非金属膨润土原矿深加工技术，特别指由天然钙基膨润土制备膨润土无机凝胶的方法。

背景技术

膨润土有较好的膨胀性、粘接性、吸附性、触变性、可塑性、润滑性和阳离子交换性等性能，是目前应用范围较广、经济价值较高的粘土矿物之一，已被广泛地应用于冶金、机械、石油、化工、医药、环境治理等领域，被称为“具有千种用途的粘土”。根据蒙脱石层间吸附的阳离子种类的不同可将膨润土分为钙基膨润土、钠基膨润土、氢(铝)基膨润土、镁基膨润土等。我国膨润土矿产资源丰富，分布广泛，总储量居世界前列，但90％为钙基膨润土。由于钙基膨润土存在吸水率小、膨胀倍数低、阳离子交换容量小、润滑性差、热稳定性差等先天缺陷，很少直接应用于生产生活中。因此在实际应用中通常需要将其加工成如颗粒膨润土、钠基膨润土、有机膨润土、活性白土、膨润土凝胶等膨润土深加工产品，才可广泛用于石油化工、油脂、医药、建筑、日化、纺织、涂料、冶金、环保等各领域中。

膨润土无机凝胶是以膨润土为原料经深加工而制备得到的矿物凝胶，该凝胶具有优异的胶体性能、流变性、离子交换性、耐酸碱性、吸附性等，在环保、建材、日用化工、造纸、铸造、制药等行业都有广泛的应用；尤其是高纯度、高白度膨润土无机凝胶在医药、食品、化妆品等行业有极大的应用价值。制备膨润土凝胶是提高膨润土应用价值和经济价值的有效途径。

膨润土是含蒙脱石类矿物为主的粘土，每一个膨润土粒子都由数以千计的微小蒙脱石晶体纳米薄片组成。蒙脱石晶体由两层硅氧四面体中间夹一层铝(镁)氧(氢氧)八面体组成。由于蒙脱石晶体四面体中有少量的硅被铝置换，八面体中有少量的铝被镁置换，使晶体层间产生永久性负电荷，因而在晶层间吸附大量可交换的阳离子，当矿物无机凝胶和水混合的时候，后者透过小片之间的区域，与这些缔合在蒙脱石片层表面上的、处于电荷平衡状态的无机阳离子进行水合作用。水合作用的逐步深入迫使蒙脱石片层进一步分离，可交换性阳离子便从蒙脱石片层的表面逐步扩散开来，直到蒙脱石片层完全地分离，从而使蒙脱石形成稳定的双电层结构。由于蒙脱石晶体纳米薄片棱边在一定条件下带部分正电荷，此时小片棱边就被吸引到带负电荷的小片表面那里，迅速建立起三维空间结构(通常称为“卡房式”结构)，体系的粘度很快增大。当施加一个切变力的时候，这一结构中的大部分会迅速瓦解，而当切变力去除的时候，这一结构又重新形成，因而膨润土凝胶的分散液具有极好的触变性。

中国专利CN1363515A公开了一种天然硅酸镁铝凝胶的制备方法。该发明主要步骤中包括湿法制浆、降粘剂分散、动态离心分离提纯、一价金属离子预激活处理、Na⁺改性、后处理等。该发明虽然能很好地实现由天然蒙皂石制备硅酸镁铝无机凝胶，但该工艺繁琐且能耗太高，而且所得产品的粘度相对较低(100-500毫帕·秒)，不能够很好满足医药、食品等领域的特殊要求。

中国专利CN1257103C对上述专利的缺陷进行了改进，增加了强磁选机除铁以及醇类制剂洗涤两道步骤，提高了产品的白度及纯度。但该工艺仍然存在工艺较为繁琐、生产成本较高等缺点。

中国专利CN1286719C对上述专利进行了进一步改进，在生产过程中增加了对矿浆进行超声波处理步骤，使矿物在水中进一步剥离、分散，提高了胶体产出率、细度、纯度、白度等物化性能(经一次超声处理后粘度值为983毫帕·秒，二次超声处理后粘度值为1382毫帕·秒，且凝胶纯度均达到99％)，但是大量的超声波处理在工业化生产中势必对生产工艺和生产成本带来不利影响。

就膨润土无机凝胶而言，凝胶的纯度、白度与粘度主要取决于膨润土的纯度以及凝胶制备过程中蒙脱石晶体片层的剥离效果。如果膨润土中混有太多其它水中离解性差的杂质，则其必然会严重影响膨润土凝胶空间“卡房式”结构的稳定性，同时杂质的存在也会影响膨润土凝胶的白度。蒙脱石晶体片层的剥离效果与片层水合时介入的能量有关，由于机械能和热能均能促进水合的进行，因此使用高剪切混合或者加热反应都将减少水合时间，形成更为稳定的“卡房式”结构膨润土无机凝胶，从而获得更高的粘度以及更优良的触变性。因此高质量的膨润土无机凝胶的制备需要控制两个关键点：一是膨润土中蒙脱石含量足够高以保证膨润土凝胶“卡房式”结构的稳定性；二是合适的改型剂和改型方法以促进凝胶的形成。

发明内容