[发明专利]利用富铁低品位黏土矿物制备多种结构纳米材料的方法

说明书

本发明提供了一种利用富铁低品位黏土矿物制备多种结构纳米材料的方法，是用酸将黏土矿物中的八面体金属离子溶出，得到高纯度SiO₂和富含金属离子的水溶液，再通过SiO₂和不同金属离子在水热条件下的原位转化‑结晶反应，得到不同形貌的金属硅酸盐纳米材料；通过酸溶蚀得到富含金属离子溶液的原位碱沉淀‑结晶反应，得到二维层状氢氧化物，再经过煅烧处理，将其中的含铁组分转变为磁性氧化铁，得到磁性的层状纳米材料。本发明采用对富铁低品位黏土矿物中的各种矿物进行八面体和四面体“拆分‑重组”策略，解决全组分转化利用硅酸盐黏土矿物精准、高效、经济合成纳米材料的技术瓶颈问题，实现了低品位黏土矿物中全部组分的综合高效利用。

技术领域

本发明涉及一种利用富铁低品位黏土矿物制备多种结构纳米材料的方法，属于非金属矿物深加工及纳米材料制备技术领域。

背景技术

黏土矿物是由地球上最为丰富的O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K和Mg等元素通过硅氧四面体（SiO₄）和Mg、Al或Fe氧八面体（MO₆）组合而成的含水富镁铝硅酸盐矿物，由于具有特殊的天然纳米结构和形貌（如纳米棒、纳米管、纳米层、纳米纤维），作为重要的基础材料已在化工、环保、农业、建材、新材料等领域得到了广泛应用。

黏土矿物在自然界中储量极为丰富，但由于构成不同黏土矿物的基本结构单元“基因”相近，所以在黏土矿物的自然形成过程中多种矿物（如蒙脱石、伊利石、白云母、石英、长石等）通常同时伴生形成，导致天然产出的黏土矿物的组成复杂，伴生矿物较多。此外，在漫长的地质形成过程中，黏土矿物会发生类质同象取代现象，八面体层中的Mg(II)或Al(III)等离子被Fe(III)或其它致色金属离子取代，导致黏土矿物的色泽较深，制约了在工业领域中的应用。由于现有技术不能对低品位黏土矿物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。

为了实现伴生矿组成复杂的低品位黏土矿物的高值化利用，研究者分别从不同的视角、采用不同的方法进行了黏土矿物结构调控与性能优化的研究。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；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；CN105731486A公开了一种利用低质黏土尾矿制备球形方沸石介孔材料的方法，通过黏土矿物结构转变为方沸石提升了吸附性能。

相比于传统的提纯或表面改性方法，将低品位黏土矿物转变成新型的纳米材料是实现其高值化利用最为有效的途径之一。CN104261421A公开了一种利用水热改性来提高低品位凹凸棒石色品的方法，将低品位红色凹凸棒石通过添加硫化物以及有机酸，经过水热反应后，使八面体中致色离子Fe(III)被有效刻蚀，进而使红色凹凸棒石成功转化为色品更高的米白色黏土矿物。CN107055565A公开了一种用蛋白石凹凸棒石黏土制备沸石分子筛的方法，将SiO₂含量大于70%含蛋白石凹凸棒石黏土中的蛋白石分离出来，然后用酸处理后，最后把所得蛋白石粉体与铝化合物、氢氧化钠和水按比例混合，在水热反应釜中80~130℃反应3~10h，得到沸石分子筛。在用黏土矿物合成材料方面，主要集中在合成沸石方面，对用黏土矿物合成其它纳米材料的关注较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用富铁低品位黏土矿物制备多种结构纳米材料的方法。

本发明利用富铁低品位黏土矿物制备多种结构纳米材料的方法，包括以下步骤：

（1）将富铁低品位黏土矿物粉碎成粒径小于200目的粉末，然后按固液质量比1:8~1:10分散到混酸水溶液中，于100~120℃微波水热处理20~30分钟，离心分离，收集离心上清液；固体经干燥、粉碎得到白色粉末。