基于超聲波作用的鹽酸法制備優質硅藻土的方法
【專利摘要】本發明的基于超聲波作用的鹽酸法制備優質硅藻土的方法,以經過初步提純得到的硅藻土精礦為原料,在超聲波作用下與HCl加熱反應,經過濾濾去∑xTCln易溶物和鹽酸等——洗滌——干燥——煅燒除去有機雜質、碳和硅藻土的微孔中的水,得到高純硅藻土。本發明所提供的方法,保留硅藻土非晶態SiO2完美的生物多孔活性結構特性,處理后的硅藻土具有高活性高白度低鐵的優點,白度可以到達88~96,硅藻土SiO2含量大于98%,鐵含量低于0.4%,比表面大于20m2/g,大大提高了產品的質量與使用性能。
【專利說明】基于超聲波作用的鹽酸法制備優質硅藻土的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及礦物提純,具體是硅藻土精制,尤其涉及基于超聲波作用的鹽酸法制備優質硅藻土的方法。
【背景技術】
[0002]硅藻土是無定形的生物成礦的硅質礦物。主要化學成分為非晶體二氧化硅,雜質成分主要包括膠體類的Al203、Fe203、Mn0、Ca0、Mg0、K20、Na20、P205和有機質及骨骼水。通常呈白色、灰白色、淺灰色、淺黃色和深灰色,質輕多孔。隨著資源的枯竭,優質硅藻土越來越少,低質量的硅藻土經過加工改性活化達到優質硅藻土的質量,是低質硅藻土開發的熱門領域。
[0003]娃藻原土的孔體積一般為0.45?0.98cm3/g。正是由于娃藻殼體具有大量的、有序排列的微孔,從而使硅藻土具有很大的比表面積,由于硅藻土的特殊的空隙結構,使得其具有很強的吸附性,其化學穩定性高,除溶于氫氟酸外,不溶于任何強酸,易溶于堿。另外硅藻土具有容重小、熔點高、隔熱、吸聲等特點。
[0004]在優質硅藻土資源日趨減少和硅藻選礦精土生產技術進入產業化的背景下,對于我國低品位硅藻土資源的高效綜合利用、硅藻土助濾劑產業的可持續發展以及滿足相關應用行業對優質硅藻土不斷增長的需求均具有重要的意義。硅藻土中有害雜質元素(如鐵、錳等)的存在制約了硅藻土的質量、品質和應用范圍,目前將低質硅藻土作精制處理的較為可行的方法有堿煅燒、常壓沸酸洗法,但是處理后的鐵含量依然很高,堿法對硅藻土結構有溶蝕破壞作用,而常壓沸酸洗滌法的工藝環境苛刻,對結構亦有機械碰撞損傷。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對現有工藝存在的問題,為了更好地將中低品位硅藻土進行精煉、改性、升級和提高,提供一種基于超聲波作用的鹽酸法制備優質硅藻土的方法。
[0006]本發明的基于超聲波作用的鹽酸法制備優質硅藻土的方法,包括以下步驟:
[0007]I)將初步提純的硅藻土分散至粒度達10?100 μ m,得到硅藻土粉體;
[0008]2)將步驟I)得到的硅藻土粉體與質量濃度為18?36%的鹽酸混合,
[0009]3)將經過步驟2)得到的混合物置于密閉的耐酸耐壓反應器中,在超聲波作用下進行加熱反應,反應時間為5?24h,反應溫度60?100°C ;
[0010]4)冷卻,將反應物從反應器中取出,濾除液體、洗滌、干燥;
[0011 ] 5)將步驟4)得到的干燥物在氧化環境下煅燒0.5?4h,煅燒溫度450?800°C,以除去有機物、炭及硅藻骨骼水,冷卻后得到成品。
[0012]本發明在步驟2),HCl用量為Σ (xXn)的2?5倍;其中Σ (xXn)為除Si氧化物以外的其他氧化物TnxOniy中金屬離子T的數目X與化合價η乘積的總和。
[0013]硅藻土粉體中除Si氧化物以外的其他氧化物與HCl反應如下:
[0014]Σ [TnxOmy+(χ X n) HCl ^ xTCln+yH20]
[0015]在步驟3),所述超聲波來自于反應器內部的超聲波發生器,或者將反應器置于外部的超聲波環境中。
[0016]所述步驟3)中的反應器耐壓壓力大于3MPa。
[0017]進一步,在步驟3)中,反應時間為10?15h。
[0018]在步驟4)中,洗滌包括超聲波洗滌和/或熱水洗滌,直到硅藻土加純凈水pH顯示中性。熱水溫度為60?100°C。
[0019]在步驟4)中,干燥溫度為120?300°C,干燥時間I?5h。
[0020]作為優選方案,在步驟5),所述煅燒溫度為500?600°C。
[0021]本發明的方法適宜處理經過初步提純得到的硅藻土精礦。初步提純包括用NaOH分散、初級攪拌擦洗,沉降除砂,用NaOH分散、初級懸浮分離,沉降分離,二次懸浮分離,二次攪拌擦洗、三次懸浮分離等過程。
[0022]本發明利用超聲波對硅藻土內外表面清潔,將附著在硅藻土上的關鍵有害雜質(鐵、錳等)物質有效分離,有利于在加熱條件下HCl(其它無機酸效果偏差)加速與有害雜質反應形成易溶氯化物,經過濾濾去Σ xTCln易溶物和鹽酸等一洗滌一干燥一煅燒除去有機雜質、碳和硅藻土的微孔中的水,得到高純硅藻土。本發明改進了已有技術工藝的方法,在無需增加過大成本的苛刻條件下,處理后的硅藻土保留非晶態S12完美的生物多孔結構特性,不添加別的物質(如增白劑等),所以不會引入雜質,處理后的硅藻土白度可以到達88?96,鐵含量低于0.4%,比表面大于20m2/g,硅藻土 S12含量大于98%,獲得了質量與使用化學活性大大提高的產品。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明所得的高活性高白度高純度硅藻土 SEM圖。
【具體實施方式】
[0024]以下對本發明的原理和特征進行描述,所舉實例只用于解釋本發明,并非用于限定本發明的范圍。
[0025]實施例1
[0026]1、首先將初步提純的硅藻土分散至粒度50?100 μ m ;
[0027]2、然后將粉碎后的硅藻土粉體與質量濃度為36%的鹽酸混合,硅藻土粉體中除Si氧化物以外的其他氧化物在超聲波作用剝離并與HCl快速反應,形成:
[0028]Σ (TnxOmy+(χ X n) HCl ^ xTCln+yH20)
[0029]HCl 用量為 Σ (x X η)的 5 倍。
[0030]3、然后置于密閉的耐酸耐壓反應釜中,將反應釜放入超聲波振蕩器中進行反應,反應溫度100°c,反應時間為20h ;
[0031]4、反應結束,冷卻后將反應物從反應釜中取出,濾除液體,經90°C熱水洗滌直到硅藻土加純凈水pH顯示中性,然后在300°C干燥5h。
[0032]5、將干燥物在氧化環境下煅燒lh,煅燒溫度500°C,要求氧化充分,將硅藻土中有機物、碳、硅藻骨骼水除去,冷卻后得到成品能保持硅藻土活性
[0033]所得到的產品硅藻土粉體白度為88?93,鐵含量低于0.4%,比表面大于20m2/g,硅藻土 S12含量大于98%,不改變硅藻土非晶態S12生物多孔結構特性。本產品可用于食品濾料、農業藥物、化肥、微生物載體等
[0034]實施例2
[0035]1、首先將初步提純的硅藻土分散至粒度25?50 μ πιμ m ;
[0036]2、然后將粉碎后的硅藻土粉體與質量濃度為25%的鹽酸混合,硅藻土粉體中除Si氧化物以外的其他氧化物在超聲波作用剝離并與HCl快速反應,形成:
[0037]Σ (TnxOmy+(χ X n) HCl ^ xTCln+yH20)
[0038]HCl 用量為 Σ (x X η)的 4 倍。
[0039]3、然后置于密閉的耐酸耐壓反應釜中,將反應釜放入超聲波振蕩器中進行反應,反應溫度80°C,反應時間為12h ;
[0040]4、反應結束,冷卻后將反應物從反應釜中取出,濾除液體,經60°C熱水洗滌直到硅藻土加純凈水pH顯示中性,然后在250°C干燥3h。
[0041]5、將干燥物在氧化環境下煅燒lh,煅燒溫度750°C,要求氧化充分,將硅藻土中有機物、碳、硅藻骨骼水除去,冷卻后得到成品能保持硅藻土活性
[0042]所得到的產品硅藻土粉體白度為88?95,鐵含量低于0.4%,比表面大于20m2/g,硅藻土 S12含量大于98%,不改變硅藻土非晶態S12生物多孔結構特性。本產品可用于工業用助濾劑、催化劑及載體、吸附劑、研磨劑、涂料、摩擦材料、絕熱材料、隔聲材料、絕緣材料、塑料和橡膠及造紙填料、還可用作平光劑、光亮劑、廢水處理劑、除臭劑、蓄電池隔板材料等。
[0043]實施例3
[0044]1、首先將初步提純的硅藻土分散至粒度10?25 μ m ;
[0045]2、然后將粉碎后的硅藻土粉體與質量濃度為20%的鹽酸混合,硅藻土粉體中除Si氧化物以外的其他氧化物在超聲波作用剝離并與HCl快速反應,形成:
[0046]Σ (TnxOmy+(χ X n) HCl ^ xTCln+yH20)
[0047]HCl 用量為 Σ (χ X η)的 2 倍。
[0048]3、然后置于密閉的耐酸耐壓反應釜中,將反應釜放入超聲波振蕩器中進行反應,反應溫度60°C,反應時間為6h ;
[0049]4、反應結束,冷卻后將反應物從反應釜中取出,濾除液體,經60°C熱水并超聲洗滌直到硅藻土加純凈水pH顯示中性,然后在150°C干燥2h。
[0050]5、將干燥物在氧化環境下煅燒lh,煅燒溫度600°C,要求氧化充分,將硅藻土中有機物、碳、硅藻骨骼水除去,冷卻后得到成品能保持硅藻土活性
[0051]所得到的產品硅藻土粉體白度為88?96,鐵含量低于0.4%,比表面大于20m2/g,硅藻土 S12含量大于98%,不改變硅藻土非晶態S12生物多孔結構特性。本產品可用于工業用食用油助濾劑、催化劑及涂料、摩擦材料、絕熱材料、塑料和橡膠及造紙填料、醫藥、牙膏、磨料和化學試劑等方面在食品工業中,用無鐵硅藻土作助濾劑,可以大大減少飲料中鐵的浸出量,降低啤酒中鐵的浸出量,利用硅藻土的多孔性和透氣性成功用于系列化妝品填料和吸附劑獲得了很好的效果。
[0052]以上所述僅為本發明的較佳實施方式,并不用以限制本發明,凡在本發明的精神和原則之內,所作的任何修改、等同替換、改進等,均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.基于超聲波作用的鹽酸法制備優質硅藻土的方法,包括以下步驟: 1)將初步提純的娃藻土分散至粒度達10?100μ m,得到娃藻土粉體; 2)將步驟I)得到的硅藻土粉體與質量濃度為18?36%的鹽酸混合, 3)將經過步驟2)得到的混合物置于密閉的耐酸耐壓反應器中,在超聲波作用下進行加熱反應,反應時間為5?24h,反應溫度60?100°C ; 4)冷卻,將反應物從反應器中取出,濾除液體、洗滌、干燥; 5)將步驟4)得到的干燥物在氧化環境下煅燒0.5?4h,煅燒溫度450?800°C,以除去有機物、炭及硅藻骨骼水,冷卻后得到成品。
2.根據權利要求1所述的方法,其特征在于:在步驟2),HCl用量為Σ(xXn)的2?5倍; 其中Σ (xXn)為除Si氧化物以外的其他氧化物TnxOniy中金屬離子T的數目X與化合價η乘積的總和。
3.根據權利要求1所述的方法,其特征在于:在步驟3),所述超聲波來自于反應器內部的超聲波發生器,或者將反應器置于外部的超聲波環境中。
4.根據權利要求1所述的方法,其特征在于:所述步驟3)中的反應器耐壓壓力大于3MPa0
5.根據權利要求1所述的方法,其特征在于:在步驟3)中,反應時間為10?15h。
6.根據權利要求1所述的方法,其特征在于:在步驟4)中,洗滌包括超聲波洗滌和/或熱水洗滌,直到硅藻土加純凈水pH顯示中性。
7.根據權利要求6所述的方法,其特征在于:所述熱水溫度為60?100°C。
8.根據權利要求1所述的方法,其特征在于:在步驟4)中,干燥溫度為120?300°C,干燥時間I?5h。
9.根據權利要求1所述的方法,其特征在于:在步驟5),所述煅燒溫度為500?600°C。
【文檔編號】C01B33/12GK104326476SQ201410547157
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月16日 優先權日:2014年10月16日
【發明者】王平, 匡猛, 韋仲華, 韋宇洪, 劉斌, 李呈權, 謝亮 申請人:桂林新竹大自然生物材料有限公司, 江西理工大學