專利名稱：一種利用石英尾砂制備超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于二氧化硅材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種利用石英尾砂制備超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的方法。
背景技術(shù)：
我國每年石英尾砂排量約有1000萬噸，排放如此大量的石英尾砂，直接造成嚴(yán)重的環(huán)境污染、耕地占用、河道水庫淤塞等不良后果。為了保護(hù)環(huán)境和充分利用礦產(chǎn)資源，石英尾砂的綜合利用成為必然趨勢(shì)。石英尾砂成分主要為SiO2，進(jìn)一步處理可制備硅微粉。硅微粉是一種超微細(xì)SiO2材料，分為無定型和結(jié)晶型兩種，廣泛應(yīng)用于電子材料、高分子復(fù)合材料、塑料、涂料、橡膠、顏料、陶瓷、膠粘劑、玻璃鋼、藥物載體、化妝品及抗菌材料等領(lǐng)域。其中，無定型SiO2即叫白炭黑，其表面帶有羥基，是超微細(xì)粉末，粒徑通常為20 60nm，比表面積大，是目前世界上大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)量最高的一種超細(xì)粉體材料。目前制備方法比較成熟，一般為干法和濕法兩種，工藝復(fù)雜，需要特殊設(shè)備，生產(chǎn)成本高，還易帶來環(huán)境污染。而且無定型SiO2表面羥基含量高，易團(tuán)聚，分散性差，因此應(yīng)用受到了局限。近年來，結(jié)晶型SiO2材料因其表面羥基含量低，分散性能優(yōu)于無定型SiO2而越來越受到重視。與無定型二氧化硅相比，超細(xì)結(jié)晶型SiO2材料具有以下優(yōu)勢(shì):①成本與無定型二氧化硅相比更低，生產(chǎn)條件更易控制，適合大規(guī)模生產(chǎn)；②粒度分布窄，容易控制，分散均勻，不易團(tuán)聚；③含水量低，表面羥基少純度高，雜質(zhì)少，更易獲得高純度超細(xì)粉體。因此結(jié)晶型納米SiO2已經(jīng)成為無定型二氧化硅的升級(jí)新型材料。目前常規(guī)的物理方法制備的硅微粉一般都在微米級(jí)別，專利CN102070150A通過磨礦分級(jí)研磨石英砂，易于規(guī)?；a(chǎn)，但石英粉粒度在2 m左右。微米以下級(jí)別的硅微粉在一般研磨的基礎(chǔ)上加入后續(xù)的分離步驟，專利CN101659393通過濕法研磨，超聲分散，超細(xì)粉碎，離心分離分級(jí)的工藝得到超細(xì)硅微粉，粒度均勻，但這種方法工藝復(fù)雜，而且在分級(jí)過程中，超細(xì)硅微粉所占比例小，成本高，效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用石英尾砂制備超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的方法，該方法具有操作簡單，成本低，重復(fù)性好，可大量生產(chǎn)的特點(diǎn)；本發(fā)明制備出優(yōu)良的超細(xì)晶型二氧化硅，粒徑接近納米級(jí)別，含水量遠(yuǎn)小于白炭黑，具有良好的應(yīng)用前景；本發(fā)明變廢為寶，將石英尾砂加工成為硅微粉，減少了石英尾砂排放導(dǎo)致的環(huán)境污染問題。本發(fā)明的一種利用石英尾砂制備超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的方法，包括:( 1)將石英尾砂和去離子水混合均勻，攪拌，過濾，棄濾液；(2)在上述石英尾砂中加入助磨劑，進(jìn)行濕法研磨，得研磨后漿料，然后洗滌，過濾，得到濾餅，干燥至恒重，即得超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅。所述步驟(1)中石英尾砂和去離子水的質(zhì)量比1:3，重復(fù)洗滌3-5次。所述步驟(1)中攪拌時(shí)間為60-120min。
所述步驟(2)中助磨劑為十二烷基磺酸鈉或油酸鈉，助磨劑的量為石英尾砂質(zhì)量的 0.5-2%O所述步驟(2)中濕法研磨設(shè)備為高能納米沖擊磨。所述步驟(2)中濕法研磨時(shí)間為6_8h，處理量為500g。所述步驟(2)中的洗滌為酸溶液洗滌2-3次，然后去離子水洗滌3-4次。所述步驟(2)中酸溶液洗滌為0.lmol/L的鹽酸溶液，與研磨后的石英粉混合，攪拌l_2h，去除廢液。所述步驟(2)中的干燥溫度為100_120°C。所述步驟(2)中所得的超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的平均粒度尺寸為200±30nm。有益.效果(I)本發(fā)明具有操作簡單，成本低，重復(fù)性好，可大量生產(chǎn)的特點(diǎn)；(2)本發(fā)明制備出優(yōu)良的超細(xì)晶型二氧化硅材料，粒度接近納米級(jí)別，含水量遠(yuǎn)小于白炭黑，具有良好的應(yīng)用前景；(3)本發(fā)明變廢為寶，將石英尾砂加工成為硅微粉，減少了石英尾砂排放導(dǎo)致的環(huán)境污染問題。


圖1是實(shí)施例1 的工藝流程圖；圖2是實(shí)施例1所得的超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的X射線衍射圖；圖3是實(shí)施例1所得的超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的TGA圖；圖4是實(shí)施例1所得的超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的N2吸附曲線圖；圖5是實(shí)施例1所得的超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的TEM圖；圖6是實(shí)施例1所得的超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的TEM圖；圖7是實(shí)施例1所得的超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的TEM圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1(I)石英尾砂預(yù)處理:取500g石英尾砂，按石英尾砂:去離子水質(zhì)量比=1:3混合，機(jī)械攪拌洗漆60min,過濾,棄廢液,按上述方法洗漆三次。(2)研磨:在洗滌完成的石英尾砂中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的十二烷基磺酸鈉，用高能納米沖擊磨濕法研磨6h，得研磨后的料漿。(3)洗滌:將研磨后的料漿用0.lmol/L鹽酸溶液洗滌兩次，去離子水洗滌三次，過濾得濾餅。(4)干燥:將濾餅在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)110°C條件下干燥至恒重，即得超細(xì)晶型二氧化硅材料。
方案I制得的超細(xì)二氧化硅材料的透射電鏡圖片見圖5，由圖估算出粒子的平均粒徑約為220nm。樣品的X射線衍射圖譜見圖2，通過Scherrer公式計(jì)算所得的粒徑大小與TEM圖片所得大小相當(dāng)。樣品的TGA圖見圖3，失水率在1.5%以內(nèi)。樣品的N2吸附曲線圖見圖4，BET比表面積為15m2/g。實(shí)施例2(I)石英尾砂預(yù)處理:取500g石英尾砂，按石英尾砂:去離子水質(zhì)量比=1:3混合，機(jī)械攪拌洗漆60min,過濾,棄廢液,按上述方法洗漆三次。(2)研磨:在洗滌完成的石英尾砂中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的十二烷基磺酸鈉，用高能納米沖擊磨濕法研磨7h，得研磨后的料漿。(3)洗滌:將研磨后的料漿用0.lmol/L鹽酸溶液洗滌兩次，去離子水洗滌三次，過濾得濾餅。(4)干燥:將濾餅在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)110°C條件下干燥至恒重，即得超細(xì)晶型二氧化硅材料。方案2制得的超細(xì)二氧化硅材料的透射電鏡圖片見圖6，由圖估算出粒子的平均粒徑約為200nm。實(shí)施例3 (I)石英尾砂預(yù)處理:取500g石英尾砂，按石英尾砂:去離子水質(zhì)量比=1:3混合，機(jī)械攪拌洗漆60min,過濾,棄廢液,按上述方法洗漆三次。(2)研磨:在洗滌完成的石英尾砂中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的十二烷基磺酸鈉，用高能納米沖擊磨濕法研磨8h，得研磨后的料漿。(3)洗滌:將研磨后的料漿用0.lmol/L鹽酸溶液洗滌兩次，去離子水洗滌三次，過濾得濾餅。(4)干燥:將濾餅在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)110°C條件下干燥至恒重，即得超細(xì)晶型二氧化硅材料。方案3制得的超細(xì)二氧化硅材料的透射電鏡圖片見圖7，由圖估算出粒子的平均粒徑約為180nm。
權(quán)利要求
1.一種利用石英尾砂制備超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的方法，包括: (1)將石英尾砂和去離子水混合均勻，攪拌，過濾，棄濾液； (2)在上述石英尾砂中加入助磨劑，進(jìn)行濕法研磨，得研磨后漿料，然后洗滌，過濾，得到濾餅，干燥至恒重，即得超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用石英尾砂制備超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步驟(1)中石英尾砂和去離子水的質(zhì)量比1:3，重復(fù)洗滌3-5次。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用石英尾砂制備超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步驟(1)中攪拌時(shí)間為60-120min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用石英尾砂制備超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步驟(2)中助磨劑為十二烷基磺酸鈉或油酸鈉，助磨劑的量為石英尾砂質(zhì)量的0.5-2%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用石英尾砂制備超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步驟(2)中濕法研磨設(shè)備為高能納米沖擊磨。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用石英尾砂制備超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步驟(2)中濕法研磨時(shí)間為6-8h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用石英尾砂制備超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步驟(2)中的洗滌為酸溶液洗滌2-3次，然后去離子水洗滌3-4次。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種利用石英尾砂制備超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步驟(2)中酸溶液洗滌為0.lmol/L的鹽酸溶液，與研磨后的石英粉混合，攪拌l_2h，去除廢液。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用石英尾砂制備超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步驟(2)中的干燥溫度為100-120°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用石英尾砂制備超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的方法，其特征在于: 所述步驟(2)中所得的超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的平均粒度尺寸為200±30nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用石英尾砂制備超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅的方法，包括(1)將石英尾砂和去離子水混合均勻，攪拌，過濾，棄濾液；(2)在上述石英尾砂中加入助磨劑，進(jìn)行濕法研磨，得研磨后漿料，然后洗滌，過濾，得到濾餅，干燥至恒重，即得超細(xì)結(jié)晶型二氧化硅。該方法具有操作簡單，成本低，重復(fù)性好，可大量生產(chǎn)的特點(diǎn)；本發(fā)明制備出優(yōu)良的超細(xì)晶型二氧化硅，粒徑接近納米級(jí)別，含水量遠(yuǎn)小于白炭黑，具有良好的應(yīng)用前景；本發(fā)明變廢為寶，將石英尾砂加工成為硅微粉，減少了石英尾砂排放導(dǎo)致的環(huán)境污染問題。
文檔編號(hào)C01B33/18GK103101919SQ20131006084
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者周興平, 李申 申請(qǐng)人:東華大學(xué)