凹凸棒粘土提纯研究及酸溶解机理探讨

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本文在总结了前人研究成果的基础上,认识到凹凸棒粘土的工业提纯必须依靠湿法提纯技术,而关键技术在于添加的分散剂。借鉴了美国专利技术,选用PAAS作为分散剂,实现了凹凸棒粘土的实验室提纯和中试提纯。 采用合成的PAAS作分散剂提纯凹凸棒粘土,在分子量小于n时具有分散性,但相同条件下分子量在b~c范围的提纯效果最好;PAAS用量为凹凸棒粘土质量q%~w%时提纯效果最好。提纯凹凸棒粘土和蒙脱石的混合物时(各占50%),PAAS分散具有选择性,即只对坡缕石分散,而不能分散石英和蒙脱石。 凹凸棒粘土实验室提纯的工艺流程是:粉碎-预分散-超声-沉降-离心-烘干。工艺参数是:凹凸棒粘土需要破碎过80目筛,但不能研磨或碾磨;PAAS预先加到水中,加超声1分钟使其充分分散开;用分散剂提纯凹凸棒粘土可以采用较小的水土比,美国专利中认为可以实现20:7的水土比,本研究一般选用n:1;边加入凹凸棒粘土颗粒的同时边超声,加完颗粒后再超声;充分分散的凹凸棒粘土悬浮液让其沉降,悬浮液中的石英等杂质即可完全实现分离;离心分两步实现,第一步为低速(400r/min),目的是为了快速除去悬浮液中的杂质,第二步为高速(4000r/min),目的是实现固液分离;得到的产品可在低温度下烘干。 把得到的纯坡缕石按照5%的含量间隔和刚玉以及石英配比制成一系列的混和样品,样品中刚玉含量始终占50%,坡缕石和石英合计占50%,然后采用NBS法制成X衍射样片进行测试,从谱图中扣除X·射线衍射背景后计算出坡缕石110衍射峰和刚玉113衍射峰的积分强度比,以及石英112衍射峰和刚玉113衍射峰的积分强度比,分别以此为y轴,以坡缕石含量或石英含量为x轴作图,拟合出坡缕石和石英的定量方程:y=0.0123x-0.00889和y=0.006480x+0.001275,方程可用于坡缕石和石英的定量分析。实验证明利用凹凸棒粘土的定量方程能较准确的定量出坡缕石的含量,而且对粘土中所含的非晶态物质也有一定的定量作用。 用盐酸处理凹凸棒粘土,得到的样品用X衍射、比表面仪和透射电镜研究,得到了处理前后晶体结构、微观形貌、比表面积和孔结构的变化特征。XRD显示,在1.5小时的反应时间内,当盐酸浓度小于等于3N时,凹凸棒粘土中各矿物的量比没有发生变化,当盐酸浓度大于3N时,样品中石英的相对含量增加。当把反应时间延长到5小时时,在3N盐酸浓度下样品中石英的相对含量同样增加。样品的比表面积随着盐酸浓度的增加发生变化,当盐酸浓度小于等于3N时,比表面积随盐酸浓度的增加而逐渐增大,当盐酸浓度大于3N而小于5N时,比表面积随盐酸浓度逐渐下降,当盐酸浓度大于5N时,除了外孔比表面积继续减小,BET和微孔比表面积都是增大的。根据BJH模型,酸处理前后坡缕石的微孔大小没有或几乎没有发生变化。TEM观测发现,盐酸浓度小于等于3N的样品中没有微小的颗粒,但盐酸浓度大于3N的样品却有微小颗粒吸附在坡缕石颗粒上。从以上结果可以推知,酸处理凹凸棒粘土过程中,比表面积的变化是由于颗粒聚合体的解离以及坡缕石联晶的解离引起的,由于扩散作用的影响,H+不能进入到微孔道中,反应只能是在晶体外部进行。
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