专利名称：一种纳米累托石的生产方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米累托石的生产方法，属于纳米粘土矿物的生产方法，即在水介质中，借助机械化学力作用，分离出累托石矿石中的纳米累托石微粒，属于非金属加工领域。
背景技术：
累托石是一种层状硅酸盐粘土矿物，晶形呈鳞片状，具有蒙皂石层和云母层的1∶1规则间层结构，层间距2.4nm，当水分子或有机阳离子进入层间后，层间距可增大至4.5nm以上，在机械化学力作用下，可以剥离出纳米级厚度的鳞片。因此，累托石又称作一种天然纳米矿物。
我国的累托石矿床均产自于二叠系煤系地层，累托石常与水云母、高岭石、绿泥石等粘土矿物连生，不易分选。此外，矿石中含有大量黄铁矿和少量炭质，其中炭质密度小，可浮性好，常悬浮于矿浆表面，使累托石的分选提纯更加困难。
复合纳米累托石是高分子聚合物的一种理想的功能性填料。如湖北名流累托石科技股份有限公司申请的“一种用于纳米复合材料的累托石的生产方法”发明专利，申请号02115403.1，该发明以累托石粗精矿为原料，采用超细磨预处理，添加2～9％磷酸盐分散剂搅拌分散，高速离心分选、脱水生产方法，得到平均粒径100～400nm的用于纳米复合材料的累托石。该方法采用超细磨、高速离心分选，可以有效的除去杂质矿物，得到纯度＞98％的累托石。但是，该技术仍存在一些不足大量添加磷酸盐作矿浆分散剂，废水处理难度较大，造成水体富营养化污染；采用超细磨预处理提高产品纯度，设备投资大，能耗较高；累托石矿浆经过分散、分选后，悬浮液稳定性好，且浓度低，固含量一般不到2％，不经处理，矿浆极难沉降、脱水，即使按该技术方法延长分离时间，用高速离心机脱水，同时也脱除粒度更细的纳米累托石微粒。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺合理、污染较小的一种纳米累托石的生产方法。
本发明的技术方案本发明的纳米累托石的生产方法，以累托石粗精矿为原料，包括破碎、捣浆、离心机精选、脱水工序，其特征在于在精选前采用水力旋流器进行粗选，精选工序首先向矿浆中加入碱和有机分散剂调浆，然后送入离心机精选，精选后用无机酸调节pH值在5.5～6.5范围，再用离心机进行脱水。
所述的纳米累托石的生产方法，水力旋流器采用带有三个出口的水力旋流器，其工作压力为0.4～0.6Mpa，从顶部的小口排出炭质和易浮的细粒黄铁矿，底口的底流作尾矿废弃，由进浆口上部的溢流口得出粗选矿浆。
所述的纳米累托石的生产方法，精选工序加入的碱采用氢氧化钠，氢氧化钠水溶液浓度为0.1-0.5mol/L，加入量按碱是待分散的矿物重量的0.5～1.5％。
所述的纳米累托石的生产方法，精选工序加入的有机分散剂为聚丙烯酸盐，加入量按聚丙烯酸盐是待分散矿物的重量的0.1～1％。
所述的纳米累托石生产方法，其特征在于脱水工序调节pH值采用的无机酸为工业盐酸或硫酸，浓度为0.1～1mol/L。
本发明具有以下特点1、本发明所述的累托石粗精矿，虽然经重选工艺处理，剔除了粗粒黄铁矿，但是，仍有水云母、绿泥石等粘土矿物与累托石伴生，并有少量炭质和细粒黄铁矿。据此，本发明的生产方法先用常速搅拌机捣浆，采用一种三出口的水力旋流器粗选，从旋流器顶部小口排出炭质和易浮的细粒黄铁矿，底流作尾矿废弃，避免它们混入纳米累托石中，为精选出高纯度累托石创造条件。
2、本发明的精选工序采用的有机分散剂为聚丙烯酸盐，使累托石和其他粘土矿物形成带电粒子，且在各种粒子周围形成双电层结构，显著降低了矿粒间粘滞力和悬浮液粘度，与此同时，累托石层间的碱土金属离子与加入的碱金属离子互相交换，增大了层间距。以上性状的变化，都有助于累托石的分选。利于分选提纯，且药剂用量较少，对环境污染小。
3、本发明提供的纳米累托石生产方法，由于预先将矿浆分散充分，可以在液固比＜10的浓浆下离心分离，有利于提高纳米累托石产率和设备生产能力，减少废水排放。
4、本发明的脱水工序，采用无机酸调节累托石悬浮液pH值，促使累托石絮凝，基本上解决了悬浮液浓缩、脱水难题，且中和了矿浆中的碱金属离子，有利于环境保护。
5、本发明生产方法生产的纳米累托石，品形呈鳞片状，厚度20～40nm，径厚比8～16，其累托石纯度＞98％。是制备聚合物/纳米累托石复合材料的优选原料。
综上所述，本发明提出的生产方法具有工艺合理，产率大、纯度高、药剂用量较少、环境污染小等特点。
具体实施例方式
现对本发明的工艺流程具体说明如下1、将含量为60～70％的累托石粗精矿破碎至小于5mm作为原料；2、捣浆加水，使液固比为6～8，置于搅拌机中搅拌0.5h；3、粗选用泥浆泵将搅拌均匀悬浮液从进浆口泵入水力旋流器中，水力旋流器有顶流、溢流和底流三个出口，在0.4～0.6Mpa的工作压力下分选，由进浆口上部的溢流口得到粗选矿浆；4、精选将粗选矿浆置于搅拌机中，加入碱将矿浆pH作调整，按碱与待分散矿物重量的0.5～1.5％加入，加入有机分散剂聚丙烯酸盐，用量为聚丙烯酸盐是待分散矿物重量的0.1～1％，经0.5h高速搅拌，制成均匀分散的悬浮液，将悬浮液置于离心机中，经8～12min高速离心分选，可得到已提纯的纳米累托石精选矿浆；5、脱水将精选矿浆置于搅拌机中，并添加无机酸，如工业盐酸或硫酸，浓度为0.1～1mol/L，调整矿浆pH值在5.5～6.5范围内，搅拌5～10min，悬浮液即成为絮状或凝胶状絮凝物；将絮凝物置于离心机脱水，即可得到纳米累托石浆料。
脱水后的浆料可以直接用作湿法有机复合有机累托石的原料；或经过干燥、粉碎制成粉料，用作干法有机复合有机累托石的原料，制成纳米有机累托石，用作高分子聚合物/纳米累托石复合材料。
在精选工序排出的中矿可以再利用经加水调浆至液固比为8、加碱和分散剂、离心机分离，然后添加无机酸，调整矿浆pH值在5.5～6.5范围内，搅拌5～10min成悬浮液，进入脱水工序操作。
实施例将累托石粗精矿经颚式破碎机破碎至小于5mm，取50kg累托石粗精矿加入到盛有330L水的搅拌桶，搅拌30min，用泥浆泵泵入直径150mm的带有顶流出口的水力旋流器，在0.4Mpa下分选，旋流器的顶流和底流作尾矿废弃，将溢流给入搅拌机中(叶轮线速度8.2m/s搅拌桶与叶轮直径比为3.2)，加入1.3％氢氧化钠和0.6％聚丙烯酸钠(按固体量计)，搅拌30min，使之成为分散均匀的悬浮液，将此悬浮液分批给入离心机中，在分离系数[分离因素与分离时间(min)的乘积]为8000时，分离出纳米累托石悬浮液并排出中矿，将累托石悬浮液给入搅拌机，缓慢加入盐酸，调整pH为6，使其絮凝，在分离系数为8000的离心机中脱水浓缩，得到累托石浆料，其固含量由脱水前的1.5％提高到6.5％，将此浆料在105℃烘干，并磨细至200目，得到产率为5.1％的纳米累托石。产品经透射电镜测定，累托石呈鳞片状，鳞片大小长度200～600nm，宽度100～400nm，厚度20～40nm；用次甲基兰吸兰量法测定和X射线衍射分析，累托石纯度98.3％。
在精选工序排出的中矿可以再利用取实例1中离心机分离的中矿10kg(固含量计)，加水调浆至液固比为8，加160g氢氧化钠，100g聚丙烯酸钠，搅拌2h，离心机分离，然后添加无机酸，调整矿浆pH值在5.5～6.5范围内，进入脱水工序操作，即可得纯度为98.3％，产率为5.3％的纳米累托石。
权利要求
1.一种纳米累托石的生产方法，以累托石粗精矿为原料，包括破碎、捣浆、离心机精选、脱水工序，其特征在于在精选前采用水力旋流器进行粗选，精选工序首先向矿浆中加入碱和有机分散剂调浆，然后送入离心机精选，精选后用无机酸调节pH值在5.5～6.5范围，再用离心机进行脱水。
2.根据权利要求1所述的纳米累托石的生产方法，其特征在于水力旋流器采用带有三个出口的水力旋流器，其工作压力为0.4～0.6Mpa，从顶部的小口排出炭质和易浮的细粒黄铁矿，底口的底流作尾矿废弃，由进浆口上部的溢流口得出粗选矿浆。
3.根据权力要求1或2所述的纳米累托石的生产方法，其特征在于精选工序加入的碱采用氢氧化钠，氢氧化钠水溶液浓度为0.1-0.5mol/L，加入量按碱是待分散的矿物重量的0.5～1.5％。
4.根据权力要求1或2所述的纳米累托石的生产方法，其特征在于精选工序加入的有机分散剂为聚丙烯酸盐，加入量按聚丙烯酸盐是待分散矿物的重量的0.1～1％。
5.根据权利要求1所述的纳米累托石生产方法，其特征在于脱水工序调节pH值采用的无机酸为工业盐酸或硫酸，浓度为0.1～1mol/L。
全文摘要
本发明提供一种纳米累托石的生产方法，以累托石粗精矿为原料，经破碎、捣浆后用水力旋流器进行粗选，水力旋流器工作压力为0.4～0.6MPa，从顶部的小口排出炭质和易浮的细粒黄铁矿，底口的底流作尾矿废弃，由进浆口上部的溢流口得出粗选矿浆。精选工序首先向粗选矿浆中加入碱和有机分散剂调浆，然后送入离心机精选，精选后用无机酸调节pH值在5.5～6.5范围，再用离心机进行脱水。本发明可得到厚度为20～40nm，径厚比8～16，纯度为＞98％，产率＞10％的鳞片状纳米累托石，可用于制备聚合物/纳米累托石复合材料。本发明具有工艺合理，产率大、纯度高、药剂用量较少、环境污染小等特点。
文档编号C01B33/00GK1693197SQ20051001859
公开日2005年11月9日 申请日期2005年4月22日 优先权日2005年4月22日
发明者李华, 屈映法, 吴国谋, 孙效成, 汪会生, 董高翔 申请人:湖北省地质实验研究所