一種用低品質短纖維海泡石制備高性能吸附材料的方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種基于低品質短纖維海泡石礦物特性而進行的表面電荷排序、表面修飾、孔道清理以及微觀擴孔的技術領域，具體涉及一種用低品質短纖維海泡石制備高性能吸附材料的方法，通過該技術的處理可以增大海泡石的孔體積、比表面積以及表面活性，從而實現極大提高海泡石礦物材料吸附能力的目的。
【背景技術】
[0002]眾所周知，海泡石是一種纖維狀的屬于層鏈結構的硅酸鹽礦物，其理論上具有豐富的孔道、較大的比表面積和一定的吸附性能。近年來，如何利用海泡石的吸附性來吸附凈化空氣正成為人們的研究熱點。但是，實際上在成礦的過程中這些孔道被雜質填充，表面惰性化，從而造成了其吸附能力嚴重不足。目前，國內海泡石的加工方法主要是將原礦提純后進行簡單的活化處理，有的直接作為產品開始使用，有的發現性能不夠采取與其他材料復配處理。總而言之，這些做法都很難有效地清理海泡石中的雜質物，實現孔道的合理疏通，造成在實際中海泡石的吸附能力挖掘不充分，難以生產高性能的海泡石產品，大多應用于價值較低的領域。另外，隨著優質海泡石礦產的逐漸消耗，劣質礦產的開發面臨更多的難題，例如湖南等地的短纖維海泡石，無論是在選礦提純方面，還是在深加工方面，資源化利用率極低。采用目前的加工方法和技術手段勢必難以滿足需要，這也正是制約海泡石資源化利用的原因。
【發明內容】
[0003]針對當前海泡石礦加工過程中處理工藝效率低，海泡石吸附性能開發利用不足的現狀，本發明目的是提供一種用低品質短纖維海泡石制備高性能吸附材料的方法，該方法可以顯著地提高海泡石的孔體積、比表面積、表面活性等，從而真正發揮海泡石優良的吸附性能。
[0004]為達到上述目的，本發明采用的技術方案是:一種采用低品質短纖維海泡石制備高性能吸附材料的方法，其特征在于，包括以下步驟:
(1)低品質短纖維海泡石原礦的預提純:將低品質短纖維海泡石原礦制備成質量濃度為8?15%的礦漿，然后將礦漿依次經過篩孔為0.1mm的振動篩、Φ 75旋流器、臥式離心機后，提純至質量純度為80?95%的海泡石精礦，此時礦漿的質量濃度變為2~5%;
(2)在步驟(I)完成后，將礦漿經過高磁場強度的超導磁選機進行處理，磁場強度為3?5.5T，礦漿中的磁性物質被除去，同時海泡石微粒的表面電荷在磁場作用下有序排列;再將所述礦漿進行沉淀和壓濾脫水得濾餅，壓濾后濾餅含水量為45?55%;
(3)在步驟(2)完成后，采用雙螺桿混合機將濾餅搗碎，將酸劑穩定的加入到雙螺桿混合機中，酸劑添加量為濾餅中干固量的2?10%，通過雙螺桿混合機將酸劑與海泡石混合均勻得物料;其中，所述酸劑為硫酸和草酸的混合酸，硫酸與草酸的質量比為10:1?30:1;
(4)在步驟(3)完成后，將物料送入微波場中保持5?30min，微波頻率為2000?8000MHz，在微波的作用下，物料中的極性分子快速振動，分子鍵能穩定性減低、活性提高，孔洞中的雜質元素快速被溶出，增大了比表面積；
(5)在步驟(4)完成后，將物料噴淋、抽濾、洗滌，除去可溶性雜質元素；
(6)在步驟(5)完成后，向物料中加入造孔材料并混合均勻，所述造孔材料為活性炭與水玻璃的混合物，活性炭的添加量為海泡石質量的2?20%，50波美度的水玻璃添加量為海泡石質量的2?10%，陳化反應30?90min，控制陳化反應的溫度在70?110°C，再經過造粒制備成2?6_的顆粒;將顆粒脫水干燥，完成孔隙改造工藝，制備出所述高性能吸附材料。
[0005]上述技術方案中的有關內容解釋如下:
1.上述方案中，在所述步驟(2)中采用場強為3?5.5T高梯度超導磁選機進行磁選，一方面除去磁性物質疏通了孔道且降低了用酸量，一方面使表層電荷有序排列使原本難以沉淀脫水的漿料能夠較易沉淀、壓濾、脫水。
[0006]2.上述方案中，在所述步驟(3)中采用雙螺桿將酸劑與濾餅混合，酸劑為硫酸和草酸的混合酸，酸劑用量為濾餅中干固量的2?10%，硫酸與草酸的質量比為1:1?30:1，采用硫酸與草酸的混合酸在物料為濾餅的情況下加入物料中，通過機械方法充分混勻，有效的降低了酸用量，同時通過草酸的絡合作用有利于反應的效果。
[0007]3.上述方案中，在所述步驟(4)中所述的微波為2000MHz?8000MHz的高頻微波，保持時間為5?30min。在微波的作用下，物料中的極性分子快速的震蕩，降低了分子鍵的穩定性，有利于加速雜質離子的溶出；另一方面通過微波的震蕩作用提高了分子活性，有利于提高產品對極性氣體分子的吸附效果。
[0008]4.在所述步驟(6)中所述的采用造孔材料在280~350°C的溫度進行脫水干燥并完成造孔工藝，所形成的材料中既有海泡石本身所帶有的孔隙，同時外加了活性炭和水玻璃形成孔徑不一的開孔式海綿體結構，大大提升材料對氣體分子的吸附效果。
[0009]5、上述方案中，步驟(I)中所述低品質短纖維海泡石原礦中海泡石質量百分含量小于40%，海泡石的纖維長度小于1.5μηι。
[0010]本發明原理是:為了能夠大大提高海泡石的吸附性能，本發明采用分散提純技術、超導磁選技術、高頻微波處理技術、表面及孔道修復技術、微觀造孔技術這五種技術相結合的方式制備出一種高吸附性能的改性海泡石。
[0011]在本發明的制備方法中，步驟(I)即分散提純技術，我們常見的海泡石是長纖維的，而湖南等地的海泡石是短纖維的，且純度較低，采用水介質中充分分散，振動篩、旋流器、臥式螺旋分級機多次分級后得到較純的海泡石精礦，有利于提高吸附性能。
[0012]步驟(2)即超導磁選技術，在超高強磁場的條件下(即場強為3~5.5Τ)，一方面除去了難以除去的磁性礦物，疏通了孔道，提高了比表面積，降低了用酸量；另一方面使微粒的表層電荷重新有序排列，使原本難以沉淀脫水的漿料能夠較易沉淀、壓濾、脫水，解決了微細海泡石粒子難以沉降脫水的難題。
[0013]在步驟(2)的基礎上，再進行步驟(3)和步驟(4)中的高頻微波處理技術和表面及孔道修復技術。向礦漿中加入硫酸和草酸進行活化反應，實現快速清除雜質，疏通原有的被雜質物堵塞的孔道結構;通過離子溶出和交換進一步擴大孔道，以及進行晶體表面修飾，增加表面酸中心，形成更多的表面吸附位;然后，物料中的極性分子在2000MHz?8000MHz的高頻微波作用下快速震蕩，使分子鍵能處于不穩定狀態，強化反應效果，提高了分子的活性，使雜質離子更快更充分的溶出，同時提高了物料吸附極性氣體分子的效果。溶出的雜質離子通過步驟(5)洗滌除去。
[0014]步驟(6)即微觀造孔技術，加入無機造孔材料(即硅酸鈉、活性炭)與海泡石相融合，讓造孔材料吸附在海泡石表面，經過陳化反應完成架接和微孔改造，造孔材料通過化學鍵與海泡石相結合，進一步提高了海泡石的比表面積。造孔材料再在280~350°C的溫度進行脫水干燥并完成造孔工藝，形成孔徑不一的開孔式海綿體結構。改造后的海泡石孔數量增加，造孔材料脫水后也轉變為高吸附性的材料。這樣的結構用于空氣凈化領域，吸附甲醛、氨氣、揮發性有機物等污染物。
[0015]本發明的效果是:
(I)利用超導磁選技術除去了磁性礦物，一方面疏通了孔隙，降低了用酸量，另一方面解決了微細粒級海泡石難以沉淀脫水的問題。
[0016](2)利用高頻微波的能量加速分子的劇烈運動，一方面提高了雜質物與海泡石表面接合的不穩定性，提高了雜質物(主要是與海泡石結合緊密，難以分離的雜質物)的分離度；另一方面使海泡石和雜質物晶體結構內部的化學鍵具有更高的活性，有利于離子交換和新鍵的形成。
[0017](3)相較與一般的處理方法，本發明能夠高效地實現雜質物的充分清除，并且比較容易將海泡石晶格中的離子溶出，以及形成更多的羥基。這些都有助于有效疏通海泡石的孔道，并增大孔徑、比表面積，提高表面活性等;從而真正具備顯著的吸附性能。
[0018](4)改造后的海泡石吸附材料具有大小不一的孔徑、孔體積大量增加，形成海綿體一樣的結構，這樣的結構具有吸附量大，對多種氣體分子都有吸附作用的特點。所以，海泡石的吸附性能進一步得到提升，且具有選擇吸附性。
[0019](5)經本發明的方法處理后的海泡石的比表面積、孔體積顯著增大，與一般的處理方法相比，處理后的海泡石的吸附性能提高一倍以上。
[0020](6)所使用的制劑均為無機材料，與其他方法相比，處理后不形成污染廢水，有利于后續的環保處理。
[0021](7)本發明使用的工藝簡單，效率高，處理時間短，產品比表面積大、吸附性能優良，且能有效地節約能耗。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明所述提高海泡石吸附性能技術的工藝流程圖。
[0023]圖2是海泡石晶體結構圖譜。
[0024]圖3是海泡石經過表面和孔道修復后的晶體結構圖譜。
[0025]圖4是海泡石經過造孔后的晶體結構圖譜。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述:
實施例一:一種用低品質短纖維海泡石制備高性能吸附材料的方法所述方法包括以下步驟，工藝流程圖參見附圖1所示:
(I)低品質短纖維海泡石原礦的預提純:將低品質短纖維海泡石原礦制備成質量濃度為8?15%的礦漿，然后將礦漿依次經過篩孔為0.1mm的振動篩、Φ 75旋流器、臥式離心機后，提純至質量純度為80%的海泡石精礦，此時礦漿的質量濃度變為2.6%;其中，所述低品質短纖維海泡石原礦中海泡石質量百分含量小于40%，海泡石的纖維長度小于1.5μπι;
(2)在步驟(I)