[发明专利]一种高岭石片状晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高岭土深加工技术领域，具体涉及一种高岭石片状晶体，同时还涉及一种该高岭石片状晶体的制备方法。

背景技术

高岭土是一种主要由高岭石矿物组成的非金属矿产资源，在陶瓷、水泥、建材、耐火材料、造纸、涂料、橡胶、塑料、化工、医药等行业应用广泛。在造纸、涂料、橡胶、塑料、化妆品等行业中，不仅要求高岭石的粒度细，而且要求高岭石具有片状晶形；粒度方面，要求高岭石的粒度为微米、亚微米甚至纳米级。例如，高岭土用作高档涂料时，要求小于2微米的颗粒占90-95％，用作造纸填料要求小于2微米的颗粒占78--80％，高性能涂料配方中使用的高岭土粒度要求最细仅为0.2微米。具有片状晶形的高岭石可以提高各种涂料的遮盖力，用作橡胶、塑料的填料，不仅能够提高产品的力学性能，而且可以大幅度提高产品的气体阻隔性能。

高岭石的成因、产地、晶体结构等特征对插层效果有较大的影响。煤系硬质高岭土是一种我国独有的、储量丰富的、赋存于煤系地层中的矿产资源，以往常常作为煤矸石而废弃，造成了极大的资源浪费，又严重污染了环境。由于形成于特殊的沉积环境，且没有经过长期的风化，煤系高岭土常呈坚硬的块状，其中的高岭石矿物很难剥离。

高岭石是一种具有层状结构的粘土矿物，由硅氧四面体层和铝氧八面体层按1∶1组成基本的结构单元层，各基本结构单元层之间以氢键和范德华力连接成重叠的层状堆叠，由此形成了高岭石的层状结构，层间距为0.714纳米。目前，工业生产中通常采用单一的机械粉碎法来制备超细高岭土，但该法很难制备出2微米以下颗粒达到90％以上的高岭土粉体。如果增加粉碎时间，不仅会提高能耗、增加成本，而且还会因研磨过度而严重破坏高岭石晶体的层状结构，无法获得片状的高岭石，满足不了高档产品的性能指标要求。

由于高岭石是具有层状结构的晶体，且层与层之间的结合力较弱，为了获得高岭石片状晶体，人们开发出了化学插层剥片技术，整个技术的关键是：(1)获得插层率高的高岭石插层复合体；(2)插层剂分子易于去除。目前公开的有关高岭土的剥片、片状高岭石制备的文献报道、专利，主要是以普通的软质高岭土为原料而进行的剥片，且要求高岭土原料为分散状、粒度小于5微米，所制高岭土剥片产品的比表面积一般为20m²/g，即使是纳米高岭土，其报道的最大比表面积也仅为32m²/g；而对煤系高岭土的剥片研究则很少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高岭石片状晶体，其片径小、厚度薄、晶形良好，改善了高岭石的性能，扩大了应用范围。

同时，本发明的目的还在于提供一种高岭石片状晶体的制备方法，以扩大高岭土原料的选择范围，降低成本，提高生产效率，提高环境效益。

一种高岭石片状晶体，该高岭石片状晶体的直径小于2微米，平均直径500-800纳米，厚度小于700纳米，平均厚度80-300纳米，比表面积32.7--49.8m²/g。

一种制备高岭石片状晶体的方法，包括以下步骤：(1)制备高岭土/二甲基亚砜插层复合体；(2)将高岭土/二甲基亚砜插层复合体与浓度为11-15mol/L的尿素溶液按1∶(8-12)的质量比混合后，在20-100℃、搅拌下反应1-48h，抽滤或离心分离、所得沉淀物用蒸馏水或无水乙醇洗涤、干燥后，制得高岭土/尿素插层复合物；(3)对高岭土/尿素插层复合物进行机械磨剥；(4)将得到的机械磨剥样品在160-450℃的温度下加热处理0.5-2h；(5)热处理后的样品经后处理后得到高岭石片状晶体。

所述高岭土/二甲基亚砜插层复合体采用以下制备方法制各：先将高岭土原料机械粉碎至粒度小于43微米；将蒸馏水和二甲基亚砜按1∶5-1∶50的体积比配成混合溶液，然后将高岭土与二甲基亚砜溶液按约1∶(8-12)的质量比混合，于55-80℃连续搅拌反应4-48h后，抽滤或离心分离，所得沉淀物用无水乙醇洗涤、干燥后，制得高岭土/二甲基亚砜插层复合体。

所述机械磨剥的过程为：将高岭土/尿素插层复合物、硅酸锆研磨介质球和饱和尿素溶液按1∶(2.0-2.5)∶(0.5-0.8)的体积比混合后机械磨剥4-12h，抽滤或离心分离、洗涤、干燥。

所述后处理的过程为：将热处理后的样品置入8095℃蒸馏水中超声处理0.5-1h后，抽滤或离心分离、干燥；最后用搅拌机打散后，即得高岭石片状晶体。

所述高岭土原料为普通软质高岭土或煤系硬质高岭土。