[发明专利]一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法

说明书

技术领域

本发明属于二氧化硅材料的制备领域，特别涉及一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法。

背景技术

我国每年石英尾砂排量约有1000万吨，排放如此大量的石英尾砂，直接造成严重的环境污染、耕地占用、河道水库淤塞等不良后果。为了保护环境和充分利用矿产资源，石英尾砂的综合利用成为必然趋势。石英尾砂成分主要为SiO₂，进一步处理可制备硅微粉。

硅微粉是一种超微细SiO₂材料，分为无定型和结晶型两种，广泛应用于电子材料、高分子复合材料、塑料、涂料、橡胶、颜料、陶瓷、胶粘剂、玻璃钢、药物载体、化妆品及抗菌材料等领域。其中，无定型SiO₂即叫白炭黑，其表面带有羟基，是超微细粉末，粒径通常为20～60nm，比表面积大，是目前世界上大规模工业化生产的产量最高的一种超细粉体材料。目前制备方法比较成熟，一般为干法和湿法两种，工艺复杂，需要特殊设备，生产成本高，还易带来环境污染。而且无定型SiO₂表面羟基含量高，易团聚，分散性差，因此应用受到了局限。近年来，结晶型SiO₂材料因其表面羟基含量低，分散性能优于无定型SiO₂而越来越受到重视。与无定型二氧化硅相比，超细结晶型SiO₂材料具有以下优势：①成本与无定型二氧化硅相比更低，生产条件更易控制，适合大规模生产；②粒度分布窄，容易控制，分散均匀，不易团聚；③含水量低，表面羟基少；④纯度高，杂质少，更易获得高纯度超细粉体。因此结晶型纳米SiO₂已经成为无定型二氧化硅的升级新型材料。

目前常规的物理方法制备的硅微粉一般都在微米级别，专利CN102070150A通过磨矿分级研磨石英砂，易于规模化生产，但石英粉粒度在2μm左右。微米以下级别的硅微粉在一般研磨的基础上加入后续的分离步骤，专利CN101659393通过湿法研磨，超声分散，超细粉碎，离心分离分级的工艺得到超细硅微粉，粒度均匀，但这种方法工艺复杂，而且在分级过程中，超细硅微粉所占比例小，成本高，效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法，该方法具有操作简单，成本低，重复性好，可大量生产的特点；本发明制备出优良的超细晶型二氧化硅，粒径接近纳米级别，含水量远小于白炭黑，具有良好的应用前景；本发明变废为宝，将石英尾砂加工成为硅微粉，减少了石英尾砂排放导致的环境污染问题。

本发明的一种利用石英尾砂制备超细结晶型二氧化硅的方法，包括：

（1）将石英尾砂和去离子水混合均匀，搅拌，过滤，弃滤液；

（2）在上述石英尾砂中加入助磨剂，进行湿法研磨，得研磨后浆料，然后洗涤，过滤，得到滤饼，干燥至恒重，即得超细结晶型二氧化硅。

所述步骤（1）中石英尾砂和去离子水的质量比1:3，重复洗涤3-5次。

所述步骤（1）中搅拌时间为60-120min。

所述步骤（2）中助磨剂为十二烷基磺酸钠或油酸钠，助磨剂的量为石英尾砂质量的0.5-2%。

所述步骤（2）中湿法研磨设备为高能纳米冲击磨。

所述步骤（2）中湿法研磨时间为6-8h，处理量为500g。

所述步骤（2）中的洗涤为酸溶液洗涤2-3次，然后去离子水洗涤3-4次。

所述步骤（2）中酸溶液洗涤为0.1mol/L的盐酸溶液，与研磨后的石英粉混合，搅拌1-2h，去除废液。

所述步骤（2）中的干燥温度为100-120℃。

所述步骤（2）中所得的超细结晶型二氧化硅的平均粒度尺寸为200±30nm。

有益效果

（1）本发明具有操作简单，成本低，重复性好，可大量生产的特点；

（2）本发明制备出优良的超细晶型二氧化硅材料，粒度接近纳米级别，含水量远小于白炭黑，具有良好的应用前景；

（3）本发明变废为宝，将石英尾砂加工成为硅微粉，减少了石英尾砂排放导致的环境污染问题。

附图说明

图1是实施例1的工艺流程图；

图2是实施例1所得的超细结晶型二氧化硅的X射线衍射图；

图3是实施例1所得的超细结晶型二氧化硅的TGA图；

图4是实施例1所得的超细结晶型二氧化硅的N₂吸附曲线图；

图5是实施例1所得的超细结晶型二氧化硅的TEM图；