減少的結晶二氧化硅的硅藻土產品及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種具有減少的方石英含量的硅藻土產品，及其制造方法和系統。
【背景技術】
[0002] 硅藻土在利用其吸附，過濾以及其它性質許多應用中已被使用多年。硅藻土礦石 是一種自然產生的礦石，其相當容易碾成精細的粉末。硅藻土主要由水藻類的硅藻的骨骼 殘留形成，并主要包括二氧化硅，伴有某些少量的鈉，鋁和鐵。不同元素的百分比可根據硅 藻土的來源和收集點而變化，但一般來說，無定形的二氧化娃構成了超過娃藻土 85%的重 量。
[0003] 硅藻土可用作助濾劑、在包括牙膏的產品用作柔和的磨料、機械殺蟲劑、液體吸收 劑、用于涂料的消光劑、塑料和橡膠中的增強填料、塑料膜中的防結塊劑，化學催化劑中的 多孔載體、貓砂、以及炸藥中的穩定成分。因為其為耐熱的，其還可用作隔熱材料。
[0004] 由于硅藻土的高的孔隙度，以及通過改善硅藻土產品的粒徑可調節該孔隙度，所 以硅藻土是一種優越的助濾劑。硅藻土還為優越的填料，通過合適的處理，最后的硅藻土產 品可以制備成明殼的、白色形式。
[0005] 用于制備硅藻土的傳統的方法一般以碾碎和研磨步驟來開始，其中將硅藻土在打 開的圓形（circuit)中研磨成粒徑中值約為10-20微米。其隨后送去煅燒，該礦石在約大 于1000° C，一般在具有助熔劑的條件下進行加熱。在煅燒過程中使用的高溫和助熔劑產 生了高滲透性的產品。為了制造最后的產品明亮，該助熔劑一般為鈉助熔劑。
[0006] 在具有鈉助熔劑的煅燒步驟中，硅藻外殼中的顯著量的無定形二氧化硅轉化成結 晶二氧化硅，主要為方石英的形式。這種轉化發生在在有或沒有助熔劑的加入的情況下的 高溫煅燒下。不幸的是，方石英可為非理想的，特別是其以可吸入或空中浮游的形式存在 (例如，粒徑小于10微米)。利用傳統方法產生的硅藻土產品可包含大于I wt%的可吸入或 空中浮游的方石英，且所包括的方石英總含量為50-75 wt%。結果，硅藻土生產商努力地減 少方石英硅藻土中方石英的含量，特別是方石英或結晶二氧化硅中的可吸入或空中浮游的 顆粒的含量。不幸的是，到目前為止，這些努力還沒有成功開發出一種經濟的方法，該方法 能夠制備具有理想明亮的、白的外觀的低方石英的硅藻土產品。
[0007] CIE標準觀察者函數用于確定標準人類觀察者是如何感應顏色的。該CIE三基色 刺激值（XYZ)從CIE標準觀察者函數中計算得到，并考慮到照明的類型和樣品的反射。該 XYZ值基于理想漫反射的照明來計算得到，理想漫反射在每個波長處具有100的反射率。定 義理想白色的Y值等于100。CIE公開15. 2 (1986)包括在XYZ顏色映射表上的信息以及 CIE標準觀察者函數。對于硅藻土產品來說，許多應用需要明亮、白色的外觀，以及因此較高 的Y值。
[0008] 已知地，不管是否加入助熔劑，從無定形二氧化硅到方石英的轉變發生在高溫下， 且當加入鈉基助熔劑時，會加速該轉化。相應地，減少結晶二氧化硅形成的努力包括嘗試在 沒有助熔劑的情況下進行煅燒，在具有非鈉基助熔劑(例如：鉀）情況下的煅燒，減少硅藻土 暴露在煅燒高溫下的時間（也稱為"閃速煅燒")，完全去掉煅燒步驟，或在助熔煅燒中加入 鉀化合物。鉀基助熔劑被成功地用于制備硅藻土助濾劑，但鉀基助熔劑的使用并沒有產生 中間體或高滲透性的助濾劑。
[0009] 因此，需要具有明亮白色外觀、高滲透性以及具有低含量方石英的硅藻土產品以 及制造該娃藻土產品的方法。
【發明內容】
[0010] 在一個方面，公開了用于制備硅藻土產品的方法。該公開的方法可包括研磨硅藻 土礦石以制備研磨的硅藻土。該研磨硅藻土可隨后利用鈉助熔劑來煅燒，以制備助熔煅燒 (flux-calcined)的娃藻土，或可直接煅燒娃藻土，以制備直接煅燒的娃藻土。術語"煅燒 的硅藻土"將在此被限定成包含了助熔煅燒和直接煅燒的材料。該方法可隨后還包括將煅 燒的硅藻土與氫氧化鉀混合在一起，來制備煅燒的硅藻土和氫氧化鉀的混合物。最后，該方 法還包括加熱煅燒的硅藻土和氫氧化鉀的混合物來制備硅藻土產品。
[0011] 在另一個方面，公開了一種將硅藻土轉化為低方石英液體吸附劑的方法，所述硅 藻土用作過濾劑并包括在過濾中捕獲的固體方石英。該公開的方法包括將硅藻土和固體與 氫氧化鉀混合，以制備硅藻土、固體以及氫氧化鉀的混合物。該方法還包括加熱硅藻土、固 體以及氫氧化鉀的混合物，以制備低方石英的液體吸附劑。
[0012] 在另一個方面，公開了一種硅藻土產品，其包括具有少于約55 wt%方石英的硅藻 土，且所述娃藻土的Y值約大于88。
[0013] 在上述的任意一個或多個實施例中，該煅燒的硅藻土可包括方石英的第一含量， 且該硅藻土產品可包括方石英的第二含量，其中該第二含量少于該第一含量。在這種概念 的另一個細化例子中，該第二含量可以比第一含量約少一半。在這種概念的另一個細化例 子中，該第二含量可比第一含量約少25%。在這種概念的另一個細化例子中，該第二含量可 比第一含量約少20%。
[0014] 在上述任一個或多個實施例中，該煅燒的硅藻土和氫氧化鉀的混合物可包括達到 約15%氫氧化鉀。在這種概念的另一個細化例子中，該混合物可包括約0. 5%到約15%%的 氫氧化鉀。在這種概念的另一個細化例子中，該混合物可包括約2. 5%到約15%%的氫氧化 鉀。
[0015] 在上述的任意一個或多個實施例中，該硅藻土產品可包括約10%到約17%的方石 英。
[0016] 在上述的任意一個或多個實施例中，當與煅燒的硅藻土混合時，該氫氧化鉀為粉 末形式。可替代地，該氫氧化鉀可以水溶液或漿液的形式來加入。
[0017] 在上述的任意一個或多個實施例中，煅燒的硅藻土和氫氧化鉀的混合物的加熱可 在約649° C至約1100° C之間的溫度范圍來進行。在這種概念的另一個細化例子中，該 溫度范圍可從約850° C至約1100° C。
[0018] 在上述的任意一個或多個實施例中，硅藻土產品所具有的Y值為至少88。在這種 概念的另一個實施例中，該硅藻土產品可具有約88至約94的Y值。
[0019] 在上述的任意一個或多個實施例中，該煅燒的硅藻土和氫氧化鉀混合物的加熱可 在范圍約5分鐘到約40分鐘的時間段內進行。
[0020] 在上述的任意一個或多個實施例中，該硅藻土產品包含約少于20 wt%的方石英。
【具體實施方式】
[0021] 助熔煅燒的硅藻土的助濾劑、填料、以及其它產品的制備需要鈉助熔化合物的使 用，該鈉助熔化合物使得到的硅藻土聚集以及變得明亮，從而使得它們適用于過濾，并在自 然和直接煅燒級的硅藻土不適用的應用中用作功能添加劑。但是，鈉助熔劑的加入對促進 包括硅藻殼的無定形二氧化硅的抗結晶性具有負面效應，其導致了稱為方石英的結晶二氧 化硅相的形成。方石英如上所述，方石英如其它形式的結晶二氧化硅(例如石英)一樣，方石 英是不期望的。上述公開是針對助熔煅燒硅藻土產品和包含顯著量的方石英的直接煅燒硅 藻土產品的處理，以減少其中方石英的含量。令人驚訝地，已發現通過將固定(粉末)，或溶 液的氫氧化鉀加入到現存的硅藻土產品中，并對混合物進行中度加熱可減少硅藻土產品中 的方石英的含量，同時保持或甚至增加了硅藻土產品的亮度。
[0022] 因此，一般來說，在此公開的方法包括將氫氧化鉀與包含方石英的硅藻土產品進 行混合。該混合物隨后被加熱，且氫氧化鉀和加熱的結合導致了硅藻土產品中結晶二氧化 硅或方石英含量的下降。已發現向煅燒(助熔或直接)硅藻土產品中加入氫氧化鉀達到約15 wt%的量會在加熱處理中產生聚集，并降低了助熔煅燒的硅藻土中方石英的量達到約87%， 以及直接煅燒的硅藻土中方石英的量約78%。現驚訝地發現，氫氧化鉀的加