[发明专利]一种煤系硬质高岭岩片层解离方法

说明书

技术领域

本发明属于无机超细粉体材料制备技术领域，具体涉及一种煤系硬质高岭岩片层解离方法。

背景技术

我国煤系高岭土的储量非常丰富，据国家有关部门对全国部分省、市、自治区统计，已探明煤系高岭土各级别储量达16.7亿吨，远景储量55.3亿吨，探明加远景储量约72亿吨以上，预测储量可达110.9亿吨。由此可见，煤矸石资源极其丰富，它与煤炭一样，均属煤矿企业的巨大财富。此种矿产一般赋存于煤层夹矸、顶底板，或呈独立的矿层存在。一般在煤层开采的同时即可附带采出。以前，这些宝贵的资源常被当作矸石废弃，不仅浪费资源，占用土地，而且还严重地污染环境。然而，高岭土是一种重要的非金属矿物，可增大材料的体积、提高塑料的绝缘强度、电阻、增强对红外线阻隔效果等，现已被广泛应用于橡胶、塑料、电缆、油漆、涂料、造纸、陶瓷、搪瓷、耐火材料、纺织、水泥、汽车、化学、环保、农业等领域。纳米高岭土是化工添加材料，用于造纸、塑料及油漆行业，可显著提高产品的档次，增加产品的附加值。

高岭土在橡塑领域主要用于增量型填料，旨在降低橡塑制品的生产成本，一般不具功能性。近年来，随着国际上纳米粘土的研究兴起，制备一种用于橡胶和塑料中的功能性粘土材料成为人们的研究重点。然而，目前人们成功制备了橡胶/高岭土纳米复合材料，而由于该材料气体阻隔性能存在缺陷，仍处于探索阶段。利用层状硅酸盐提高气体阻隔性的主要原因是其可以延长气体分子在基体中扩散的路径。具有大的径厚比的硅酸盐片层均匀地分散在聚合物基体中，使得气体或液体小分子在聚合物基体中的扩散运动必须绕过这些片层，因此增加了气体、液体分子在聚合物基体中扩散的有效途径，提高了聚合物材料对气体和液体的阻隔性能。聚合物/粘土纳米复合材料的微观结构和阻隔性能主要受控于粘土剥离后的径厚比、在聚合物中的取向及剥离程度。

径厚比(Aspect Ratio)是指具有片层状结构的非金属矿物经超细粉碎后，片层状颗粒单体的直径与其厚度之比值。径厚比是非金属矿物材料样品应用过程中的重要物理参数之一，该参数越大，代表该非金属矿物材料的工艺性能越好，其产品质量越佳。

粒度是衡量高岭土产品质量的重要指标之一，尤其是用于高新技术领域，高岭土的粒度大小直接影响产品很多性能。此类用途一般要求高岭土产品的粒度特别小甚至达到纳米级。随着高岭土颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。对高岭土颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生一系列新奇的性质。煤系高岭岩(土)通过插层，再进行分层解离处理是达到各类用途粒度指标的重要工序，它不仅可降低产品的粒度，提高产品的径厚比，还可充分有效地利用现有资源，为煤系高岭岩(土)矿产资源综合利用开辟了一条新路。

超细粉碎是我国煤系高岭岩开发的一个主攻方向。目前世界上的超细粉碎主要借助于各种磨矿设备(例如气流磨、球磨机、磨剥机等)进行。事实证明：单纯利用机械设备，工业化粉体粒径最细只能达到2微米。由于工业化机械设备的限制，以及粉碎过程中存在颗粒的团聚和分散性问题，难以生产出更细粒的产品。

湿法磨矿的设备一般采取湿式搅拌磨、剥片机、砂磨机、胶体磨、振动磨等。由于高岭石的片状晶型是其应用在某些领域的优良性能。因此，高岭土的湿式超细粉碎又称为剥片，意即将较厚的迭层状的高岭土剥分成较薄的小薄片。剥片的方法有湿法研磨、挤压。

研磨法是借助于研磨介质的相对运动，对高岭土颗粒产生剪切、冲击和磨剥作用，使其沿层间剥离成薄片状微细颗粒。常用的设备是研磨剥片机、搅拌球磨机、砂磨机等。研磨介质常用玻璃珠、氧化铝珠、刚玉珠、氧化锆珠、天然石英砂等，硬度在被磨物料3级以上，粒径0.8～3mm。研磨介质粒径越小，产品越细。

挤压法使用的设备为高压均浆机。其工作原理是通过活塞泵使均浆器料筒内的高岭土料浆加压到20～60MPa，高压料浆从均浆器的喷嘴(表面经过硬化处理的很窄的缝隙)以大于950m/s的线速度相互磨挤喷出。由于压力突然急剧降低，从而使料浆内高岭土晶体迭层产生“松动”，高速喷出的料浆射到常压区的叶轮上，突然改变运动方向，产生很强的穴蚀效应。松动的晶体迭层在穴蚀作用下达到沿层间剥离。此种设备由于存在工艺和设计上的问题，一直没有得到成功应用。

从高岭土剥片工业的实践可以看出，单独利用机械磨剥法、高速喷射法以及化学浸泡法的剥片效果都不是很理想。因此，对原有的高岭土剥片技术方法进行改进升级以及探索新的高岭土片层解离技术方法，对高岭土深加工工业以及高岭土在高新技术领域的应用发展是非常迫切的，同时也具有非常重要的意义。