[发明专利]高岭土衍生物

说明书

本发明涉及高岭族矿物的衍生物，特别是涉及那些具有高的比表面积和/或高的阳离子交换能力的衍生物。

高岭族矿物包括高岭石、珍珠石、地开石和埃洛石，是自然界里最普通的粘土矿物。它们具有1∶1的层结构，每一层由一个四面体硅酸盐面和一个八面体面组成，其中三分之二的八面体位置由铝占有。高岭石、珍珠石和地开石都具有Al₂Si₂O₅(OH)₄的标准化学组成，它们之间的区别仅仅是在1∶1层结构中彼此的堆积方式不同。完全水化形式的埃洛石具有Al₂Si₂O₅(OH)₄.2H₂O的标准化学组成，它与高岭族中其他三种矿物的区别是在其层间含有分子水。

在高岭族矿物中，高岭石的资源最丰富，其结构、性质和工业应用已引起人们的最大注意。然而由于其与上述多类型的高度相似性，高岭石的许多性能和用途也适用于其他多类型。因此为了方便起见，在下面的描述中主要是限定于高岭石和埃洛石，但是应该考虑到本发明同样能运用于珍珠石和地开石，这对于本领域的普通技术人员是很容易接受的。

自然界生长的高岭土一般其颗粒尺寸和颗粒晶化度范围较宽，元素组成较少，类杂反应的化学反应活性较低。拣选出的0.5-2.0毫米范围颗粒大小的高岭土一般具有大约5m²g^-1的比表面积和10meq./100gm或更低的阳离子交换能力。这些性质以及其他性质如不透明性和流变性使得高岭土有广泛的用途，包括用做纸张涂料和填料、陶器、瓷器和卫生用品，以及颜料和橡胶的填料等。但是，这些性质不允许高岭土能方便地用做下述的其它用途。然而，如果其比表面积和/或阳离子交换能力能提高，不仅其可用性将提高，而且还可在其他许多领域中得到应用，包括用做催化剂、金属捕获剂、载体、吸附剂等等。据此，有人考虑并尝试发现一种方法将层状高岭结构进行层剥离或增加其表面积，因为这样会具有在层间产生合适的大反应表面积的潜力。尽管高岭石和其多类型的夹层方面做了许多工作，但从实验数据来看层剥离未获成功。最近由N.Lahav[(1990),Clays and Clay Minerals.38,219-222]的研究指出将高岭石用二甲亚砜和氟化铵的水溶液处理后能得到稳定的层离高岭石的悬浮体。这一结果是根据颗粒大小的变化推测的，没有高岭石反应产物独立存在的证据。

因此本发明的目的是提供一种高岭族矿物的衍生物，它至少部分层离，因而比高岭族矿物本身具有更高的比表面积和/或更高的阳离子交换能力。

本发明的一个方面是提供一种制备高岭土无定形衍生物的方法，该方法包括将一种高岭族矿物与一种试剂反应，该试剂能将高岭族矿物中的大部分八面体配位的铝转化成四面体配位的铝。

优选的试剂是含水的碱金属卤化物，其中碱金属卤化物(MX)与高岭族矿物(Al₂Si₂O₅(OH)₄)的合适的摩尔比是从5到碱金属卤化物的饱和浓度。这种方法不需限定于均匀、单相的高岭土，那些含有杂质相如锐钛矿、钛铁矿、geothite、石英或方晶石的高岭土在按相同方式处理后也可得到主要由高岭土无定形衍生物组成的材料。

高岭土可以从上述标准的化学计量式明显地衍变，例如可含有2％(重量)以下的氧化铁。上述形成高岭土无定形衍生物的方法也可用于那些在其结构中或单个晶体的表面上含有显著量的阳离子如Fe²⁺或Fe³⁺的高岭土。

碱金属卤化物与高岭土的优选的摩尔比为15～25。

本发明的另一方面涉及高岭土无定形衍生物本身。

反应适于在较高的温度下进行足够长的时间以便能转化为高岭土无定形衍生物。标准压力条件便可满足该转化反应。然而，通过采用反应温度，压力，时间的合适的结合并选择合适的反应剂，可以使主要带有八配位铝的化合物发生转化变为主要带有四面体配位铝的无定形衍生物。例如，在高达300℃的温度下通过与一种碱金属卤化物反应多至100小时可以从高岭土形成高岭土无定形衍生物这一点是在本发明的权利要求的宽范围之内。另一方面，高岭土和碱金属卤化物在较高的压力(高达1kbar)反应较短的时间。