高岭土的碱催化脱硅方法及其产物的用途技术

为了克服现有的从高岭土制备氧化铝类材料耗费很多酸碱的缺点，以碱为催化剂在２６０－７００℃焙烧分解高岭土，焙烧后的物料浸泡于氢氧化钠溶液内；经过１３０－２３０℃水热作用，氧化硅大部分溶解进入溶液，氧化铝大部分不溶解而保持固体状态，固液分离后得到脱硅的产物。碱催化分解步骤氢氧化钠用量按Ｎａ２Ｏ计与高岭土类原料所含ＳｉＯ２的比为１０－４０ｍｏｌ％；碱催化分解及水热脱硅这两个步骤的氢氧化钠总用量折合的氧化钠摩尔数与高岭土类原料所含氧化硅的摩尔数之比为２０－５０ｍｏｌ％，即（０．２－０．５）／１。脱硅制备的固体产物的利用途径包括：（１）制成氧化铝基超细复合粉体，用于制备以氧化铝或莫来石为主要成分的陶瓷制品，或用作某些涂料及某些橡塑制品的填料、颜料；（２）作为高品位含铝原料，供进一步制备纯度较高的铝化合物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用硅酸铝类矿物如高岭土等深加工提炼铝化合物及其复合物的 方法，属于非金属矿产的加工利用领域。
技术介绍
超细氧化铝具有高熔点、高强度、耐腐蚀、抗氧化、绝缘性好、表面积大等优点，广 泛应用于现代技术陶瓷、航空航天、电子线路、催化剂和生物材料等领域。氧化铝的生产一 般是以铝土矿为原料。然而，铝土矿资源逐年减少，铝土矿的品位也不断下降，因此，开发利 用新的铝资源越来越受到重视。近年来，世界一些主要铝生产国都在寻找并利用贫铝资源， 如粘土、高岭土、煤页岩等矿物。高岭土按化学成分计算，理论氧化铝含量达到39. 53wt%0 根据高岭土矿石的质量、可塑性和砂质(粒径大于50 μ m的石英、长石、云母等矿物颗粒) 的含量，可划分为煤系高岭土、软质高岭土和砂质高岭土三种类型。煤系高岭土矿是煤的 伴生矿，在煤炭开采过程中可同时综合利用。我国是煤炭资源大国，煤系高岭土资源十分丰 富。在国务院2009年5月发布的有色金属产业调整和振兴规划中明确提出，加强煤铝共 生矿资源开发利用，到2011年形成100万吨氧化铝生产规模。中国大多数煤矿都可利用其 采煤的生产、运输设备顺利地开采煤系高岭土，可以做到一矿多用、一机多用，投资省，见效 快。根据硅、铝分离时反应剂的不同可以将高岭土制备氧化铝的方法概括分为酸溶法 和碱熔法两大类。酸溶法是将高岭土或其煅烧物与活性强的无机酸、有机酸或酸性氧化物 在高温条件下反应，高岭土在H+的作用下，硅氧键、铝氧键发生断裂，与其他离子形成新键， 得到铝的可溶性盐和二氧化硅。苏州大学吴铭敏的硕士学位论文“高岭土制备纳米氧化铝 工艺研究”(2009)和申请号为200810023208. X的中国专利申请书报道，将高岭土在600°C 以上煅烧后用盐酸浸提，生成粗制的氯化铝溶液，纯化后与氢氧化钠反应转化为铝酸钠，再 转化回到氯化铝，最后用碳酸铝氨热分解法制备得纳米氧化铝，该方法的不足是消耗很多 盐酸、烧碱等化工原料。碱熔法是利用强碱如高浓度的NaOH溶液、固体Na2CO3粉末与高岭土在高温下反 应，形成可溶性的硅酸钠，通过水浸取使硅、铝分离。申请号为200710133215.0的中国专 利，报道了以碱熔高硅低铝矿物(包括高岭土等粘土、黄沙及氧化铝含量低于50wt%的铝 土矿)生产氢氧化铝和硅酸的工艺方法，其存在两个不足(1)碱的用量大，碱熔配料时碱 与矿物粉的质量比大于0.4/1 (即大于40wt%) ； (2)工序多，工艺复杂，从矿粉碱熔到碱回 收共13道工序。原有的以高岭土制备超细氧化铝的方法，其目标产品是制备较纯的氧化铝(氧化 铝占比大多在98wt%以上)。一些氧化铝基陶瓷产品不要求采用纯度较高的氧化铝，而且 常常需要将氧化铝、氧化硅、氧化镁等混合使用，本专利技术的目标之一是针对这种用途，制备 氧化铝基超细复合粉体。本专利技术所说的氧化铝基超细复合粉体指其质量组成中氧化铝低于 98衬％但不低于70wt%、氧化硅占2wt%以上、中位粒径D5tl不大于2微米的非水溶性无机3粉体。本专利技术的目标之二是提供一种比现有技术更经济、更低碳环保的高岭土深加工技术。
技术实现思路
本专利技术的主要原理是，以碱为催化剂在较低焙烧温度下使高岭土晶体内的硅酸根 与铝离子之间的化学键断开，产生活性较高的氧化铝微粒和氧化硅微粒；焙烧后的物料浸 泡于氢氧化钠溶液内，控制氢氧化钠的加量不足以使物料内的氧化硅全部转变为偏硅酸钠 (Na2SiO3)，只够与物料内的氧化硅生成模数大于2的水玻璃(Na2O ·π^ 0，πι大于2)，从化学 热力学来看，氧化铝的酸性低于氧化硅，所以氧化硅优先与氢氧化钠反应，在氧化硅全部变 为偏硅酸钠之后若还存在氢氧化钠，才与氧化铝反应生成生成水溶性偏铝酸钠。模数大于2 的水玻璃需要在较高温度和压力的水热条件下才易于溶解。经过水热作用，氧化硅大部分 溶解进入溶液，氧化铝大部分不溶解而保持固体微粒状态，固液分离后得到脱硅的产物。具体实施例方式本专利技术的操作步骤包括(1)碱催化加热分解将粉状高岭土类原料及少量氢氧 化钠混合，加热至260-700°C，恒温焙烧l_9h ;(2)水热脱硅向反应器内加入氢氧化钠水溶 液，再把焙烧过的物料趁热转入反应器内，加热到130-230°C，恒温反应l_6h ； (3)过滤和后 加工滤渣不经过洗涤就可作为高品位原料，供进一步以酸和/或碱处理而制备较高纯度 的铝化合物；若将滤渣洗涤干燥，就制得氧化铝基复合粉体。滤液和洗涤液可适当回收利 用，比如可以作为硅酸钠溶液使用。按本专利技术的方法制备的氧化铝基超细复合粉体至少有如下两类用途(1)用于制 备以氧化铝或莫来石为主要成分的陶瓷制品，具有提高坯体强度及烧结体强度的作用。(2) 用作某些涂料及某些橡塑制品的填料、颜料，比氧化钛价廉，比超细碳酸钙耐酸性能好。在碱催化分解步骤，氢氧化钠用量按Na2O计与高岭土类原料所含SiO2的比为 10-40mol% ；碱催化分解及水热脱硅这两个步骤的氢氧化钠用量之和控制在这样的范围 氢氧化钠折合的Na2O摩尔数与高岭土类原料所含SiO2摩尔数之比为20-50mol%，比如矿 粉原料的氧化硅含量为60g，那么这两个步骤的氢氧化钠总用量为16-40g，其中碱催化分 解步骤氢氧化钠用量为6-24g。假设高岭土类原料中氧化硅占的比为45wt%，则本专利技术 方法所耗用的氢氧化钠与高岭土类原料质量比在7wt% -18wt% .而现有的技术如申请 号为200710133215.0的中国专利，碱熔配料时碱与矿物粉的质量比大于0. 4/1 (即大于 40wt% )，由于矿物粉中SiO2占的比一般小于50wt%，所以其碱加量与矿物粉所含SiO2的 比高于80wt%。可见本专利技术与现有技术相比显著节约了碱的消耗，这将带动其他原辅材料 和能源的节约。以下实例用了两种土，一是苏州高岭土(规格为阳西4号)，二是煤系高岭土(山 东淄博岭子镇产)，其化学成分实测结果见表1。表1所用高岭土的化学成分(Wt % )高岭土品种SiO2 Al2O3 Fe2O3 SO3 K2O Na2O CaO MgO TiO2 LOI权利要求一种高岭土碱催化脱硅的方法，其特征是包括如下操作步骤(1)碱催化加热分解将粉状高岭土类原料及少量氢氧化钠混合，加热至260 700℃，恒温焙烧1 9h；(2)水热脱硅向反应器内加入氢氧化钠水溶液，再把焙烧过的物料趁热转入反应器内，加热到130 230℃，恒温1 6h；(3)过滤与后加工利用。2.根据权利要求1所述的高岭土碱催化脱硅的方法，其特征是在碱催化分解步骤，氢 氧化钠用量按Na2O计与高岭土类原料所含SiO2的比为10-40mol%。3.根据权利要求1所述的高岭土碱催化脱硅的方法，其特征是碱催化分解及水热脱硅 这两个步骤的氢氧化钠用量之和控制在这样的范围氢氧化钠折合的Na2O摩尔数与高岭土 类原料所含SiO2摩尔数之比为20-50mol%。4.一种对高岭土进行碱催化脱硅制备的氧化铝基超细复合粉体，其特征是粉体的质 量组成中氧化铝低于98衬％但不低于70wt%、氧化硅占2wt%以上；粉体中位粒径D5tl不大 于2微米。5.根据权利要求4所述的氧化铝基超细复合粉体，其特征是用于制备以氧化铝为主要 成分的陶瓷制品。6.根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高岭土碱催化脱硅的方法，其特征是包括如下操作步骤：（１）碱催化加热分解：将粉状高岭土类原料及少量氢氧化钠混合，加热至２６０－７００℃，恒温焙烧１－９ｈ；（２）水热脱硅：向反应器内加入氢氧化钠水溶液，再把焙烧过的物料趁热转入反应器内，加热到１３０－２３０℃，恒温１－６ｈ；（３）过滤与后加工利用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李军远，刘卫东，刘珍，
申请(专利权)人：山东鲲鹏新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]