[发明专利]一种粘土复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种粘土复合材料及其制备方法，具体涉及一种用磷酸铝和氢氧化铝协同改性和增白粘土的方法。

背景技术

粘土是一类重要的非金属矿物材料，具有广阔的应用前景。由于天然粘土矿物中含有各种杂质，许多显色元素(如铁)的存在使得粘土的白度较低，严重制约了其在许多领域推广运用。中国专利CN1884207A提出一种草酸钠和盐酸复合除铁来提高凹凸棒石的白度，该方法废酸多，容易造成环境污染，而且产品白度的改善不理想。中国专利CN100529255C提出一种利用二氧化钛包覆改性凹凸棒土的方法，但该方法需要加入大量草酸、酒石酸或柠檬酸等作为配合剂，会造成产品成本较高且对环境构成污染。中国专利CN101423673A在凹凸棒土表面负载二氧化钛的同时，采用络合剂将显色元素去除，得到较高白度的粘土。中国专利CN101787224A先将四氯化钛溶液加入到粘土浆料中使粘土中的显色元素以离子形式溶出，然后加入磷酸水溶液，使得显色元素的磷酸盐沉淀及磷酸钛沉淀负载在粘土的表面，最后加入硅酸盐溶液或铝酸盐溶液，使生成的二氧化硅或氧化铝再次对粘土进行复合，从而获得高白度的粘土。中国专利CN101423673A和中国专利CN101787224A均是采用四氯化钛作为钛源和酸溶粘土的酸源，四氯化钛的价格虽然较其他钛源便宜，但价格仍然偏高。

发明内容

鉴于背景技术所存在的问题，本发明的目的在于开发一种低成本制备高白度粘土复合材料的方法。

本发明的思路是：先用由硫酸或盐酸和磷酸组成的混酸把粘土中的显色元素以离子形式溶出，并与磷酸根反应生成浅色或白色沉淀，然后在粘土表面先后沉积白色磷酸铝和氢氧化铝来进一步提高粘土的白度。

本发明提供一种粘土复合材料，复合材料中磷酸铝与粘土的质量比为0.2～0.8∶1，氢氧化铝与粘土的质量比为0.2～1.2∶1。该复合材料的制备方法包括如下步骤：

1、向质量百分含量为5％～25％的粘土浆液中依次加入质量百分含量为10％～98％的硫酸或质量百分含量为5％～37.5％的盐酸和质量百分含量5％～85％的磷酸，在室温下反应12～120小时，得到酸化粘土浆液；

2、将步骤1所得的酸化粘土浆液温度控制在30～60℃，一边搅拌，一边加入质量百分含量为5％～20％的偏铝酸钠水溶液，当体系的pH值达到1.5～2.5时，暂停加入偏铝酸钠水溶液，保温搅拌反应0.5～3小时；

3、将体系的温度升至70～95℃，继续加入偏铝酸钠水溶液，当体系的pH值达到6.0-8.0时，停止加入偏铝酸钠水溶液，继续保温搅拌反应1～3小时，过滤，洗涤，干燥，粉碎，即得粘土/磷酸铝/氢氧化铝复合材料。

步骤1所述的粘土为凹凸棒石、蒙脱石、海泡石、伊利石、云母和滑石中的一种。

步骤1所述的硫酸用量以纯硫酸的质量计，纯硫酸与粘土的质量比为0.13～0.75∶1。

步骤1所述的盐酸用量以氯化氢的质量计，氯化氢与粘土的质量比为0.10～0.56∶1。

步骤1所述的磷酸用量以纯磷酸的质量计，纯磷酸与粘土的质量比为0.16～0.64∶1。

本发明的优点是：

(1)由硫酸或盐酸和磷酸组成的混酸把粘土中的显色元素以离子形式溶出，并与磷酸根反应生成浅色或白色沉淀，不需要另外加入络合剂。

(2)利用偏铝酸钠溶液中和酸化后的粘土，一方面消除了废酸的产生，另一方面在粘土的表面依次形成磷酸铝和氢氧化铝的沉积层，进一步提高了产品的白度，同时由于粘土本身带负电，形成氢氧化铝沉积层后带正电，为阴离子表面活性剂改性粘土创造了条件。

(3)本发明所述方法步骤简单易行，反应条件温和且原料成本低，适合规模化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例和比较例进行进一步说明：实施例和比较例中的白度的测量是按照GB/T5950-1996《建筑材料与非金属矿产品白度测量方法》进行。