一種機(jī)械化學(xué)合成硅酸鎂鋰的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種機(jī)械化學(xué)合成硅酸鎂鋰的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 硅酸鎂鋰又稱鋰皂石、鋰蒙脫石、水輝石、漢克脫石（Hectorite)，系三八面體層狀 硅酸鹽礦物，屬蒙皂石族。在電子顯微鏡下觀察，晶粒呈不規(guī)則片狀，片長(zhǎng)和寬約0. 3ym~ 2. 5ym，片厚約15nm~230nm，是典型的二維納米礦物材料。因其特殊的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組 成，在水中具有極大的成膠性能，能很快膨脹，在較低固含量下，即可形成包含大量水網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)的、高粘度、無色透明的觸變性凝膠。具有非常優(yōu)異的膠體分散性、增稠性、觸變性、穩(wěn) 定性、吸附性及懸浮性，廣泛用于涂料、油漆、造紙、化妝品、日用化工品、鋰電池、印染助劑、 醫(yī)藥等領(lǐng)域。
[0003] 但是由于礦化周期長(zhǎng)，礦化條件苛刻等原因，天然鋰皂石在自然界極為稀缺，世界 上擁有該礦產(chǎn)并能長(zhǎng)期開采的只有美國(guó)加州的漢克托等少數(shù)地區(qū)；并且天然產(chǎn)出的鋰皂石 雜質(zhì)含量較高，難以提純，不能滿足特殊工業(yè)的要求。而人工合成的硅酸鎂鋰純度高，組成 穩(wěn)定，可以代替天然鋰皂石。
[0004] 人工合成硅酸鎂鋰的傳統(tǒng)方式是水熱合成法。如專利US3586478和專利 W02004096708,均是先將各種物料按一定計(jì)算比例制成前體泥漿，再將其加入水熱裝置，溫 度200°C，壓力16個(gè)大氣壓下至少反應(yīng)10到20小時(shí)，得到的產(chǎn)物具有硅酸鎂鋰的晶體結(jié) 構(gòu)。傳統(tǒng)水熱反應(yīng)合成硅酸鎂鋰能耗巨大且耗時(shí)長(zhǎng)久，需要大容積的耐高壓設(shè)備，投入成本 和運(yùn)營(yíng)成本巨大；另外，由于水熱反應(yīng)釜設(shè)備限制，只能進(jìn)行間歇式生產(chǎn)；而且隨著反應(yīng)進(jìn) 行，釜內(nèi)物料粘度上升，造成攪拌均化困難，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物質(zhì)量不勻且產(chǎn)量低下。這些問題都 為硅酸鎂鋰的大規(guī)模生產(chǎn)帶來了困難。
[0005] 在此基礎(chǔ)上，日本專利JP06345419提出了一種連續(xù)水熱反應(yīng)的方法。該專利中是 利用一種內(nèi)徑14. 3毫米，長(zhǎng)100米，裝有攪拌葉片的管式反應(yīng)器代替水熱反應(yīng)釜進(jìn)行水熱 反應(yīng)。專利中制備好的前體泥漿通過高壓裝置被送入反應(yīng)管內(nèi)，在200~400°C的條件下經(jīng) 過幾到幾十分鐘時(shí)間通過反應(yīng)管，所得產(chǎn)物即為硅酸鎂鋰。這種方法能解決傳統(tǒng)水熱反應(yīng) 釜的間歇式生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量不均勻等問題，適合大批量生產(chǎn)。
[0006] 另一種合成方法是微波合成法。專利US20100098614通過功率為330W~3800W， 頻率為2.45GHz的微波爐反應(yīng)10~50分鐘，合成了與Laponkc? (德克薩斯州南方粘土 公司）結(jié)構(gòu)類似的產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明目的在于提供一種利用濕法超細(xì)設(shè)備合成硅酸鎂鋰的方法，其時(shí)間短、效 率高，便于實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化。
[0008] 為達(dá)到上述目的，采用技術(shù)方案如下：
[0009] 一種機(jī)械化學(xué)合成硅酸鎂鋰的方法，包括以下步驟：
[0010] 1)合成硅酸鎂鋰前驅(qū)體，并將前驅(qū)體的溫度控制在30°C -99°c ;
[0011] 2)將前驅(qū)體輸入濕法超細(xì)設(shè)備，在物料溫度為90°C-99°C的條件下，研磨5min至 90min，所得漿液烘干得到目標(biāo)產(chǎn)物硅酸鎂鋰；所述濕法超細(xì)設(shè)備采用的研磨介質(zhì)球的直徑 為0. 1mm至5mm;研磨介質(zhì)球線速度為8m/s-20m/s。
[0012] 按上述方案，所述硅酸鎂鋰前驅(qū)體制備原料的各離子配比滿足以下比例要求：
[0013] {Si8 (Mg6_x_yLixNay) 020 [ (OH)4_ZFJ(x+y)_ ? (x+y)M+
[0014] 上式中x，y，z的值滿足：0彡x彡2,0彡y彡2,0<x+y< 2,0彡z< 4。M+是堿 金屬離子或季銨鹽陽離子。
[0015] 按上述方案，所述前驅(qū)體輸入濕法超細(xì)設(shè)備后，在物料溫度為90°C-99°C的條件 下，研磨20min至50min。
[0016] 按上述方案，所述超細(xì)設(shè)備為振動(dòng)磨、攪拌磨、剝片機(jī)、納米球磨機(jī)、納米砂磨機(jī)或 納米沖擊磨。
[0017] 按上述方案，所述濕法超細(xì)設(shè)備采用的研磨介質(zhì)球的直徑為0. 3mm至1_。
[0018] 按上述方案，所述濕法超細(xì)設(shè)備中的研磨介質(zhì)球，其制造材質(zhì)是氧化鋯、鈰穩(wěn)定氧 化鋯、釔穩(wěn)定氧化鋯或硅酸鋯。
[0019] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，有益效果如下：
[0020] 1、本發(fā)明通過濕法超細(xì)設(shè)備內(nèi)部研磨介質(zhì)的高速運(yùn)動(dòng)，介質(zhì)與介質(zhì)之間發(fā)生劇烈 碰撞和高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生強(qiáng)大的剪切力和擠壓力，并在碰撞的瞬間釋放大量的熱能，使研磨介 質(zhì)間形成高溫高壓。無數(shù)個(gè)研磨介質(zhì)產(chǎn)生的這種高溫高壓連續(xù)作用于反應(yīng)物料，使合成反 應(yīng)得以進(jìn)行，強(qiáng)大的剪切力和擠壓力使前驅(qū)體粒徑變小，提高了反應(yīng)程度和反應(yīng)效率。此 外，由于超細(xì)設(shè)備中研磨介質(zhì)的不斷運(yùn)動(dòng)，保證了反應(yīng)物料的均勻性，避免了傳統(tǒng)的高溫高 壓水熱合成時(shí)，因釜內(nèi)物料粘度上升，造成攪拌均化困難，從而導(dǎo)致的產(chǎn)物質(zhì)量不均勻問 題。因此本發(fā)明所述方法合成硅酸鎂鋰，反應(yīng)時(shí)間大大縮短，生產(chǎn)效率大幅提高。
[0021] 2、本發(fā)明所述方法，因超細(xì)設(shè)備特有結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)行連續(xù)式生產(chǎn)，可以解決傳統(tǒng)水 熱反應(yīng)釜間歇式生產(chǎn)的問題，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
[0022] 3、本發(fā)明所述方法通過研磨介質(zhì)瞬間產(chǎn)生的高溫高壓合成硅酸鎂鋰，對(duì)設(shè)備耐高 溫高壓要求低，與傳統(tǒng)水熱合成相比成本更低，更安全，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
【附圖說明】
[0023] 圖1 :實(shí)施例1所得樣品與市售Laponilc? RD的X射線衍射圖譜；
[0024] 圖2 :實(shí)施例2所得樣品與市售Laponke? RD的X射線衍射圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下實(shí)施例進(jìn)一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案，但不作為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0026] 本發(fā)明硅酸鎂鋰的合成過程如下：
[0027] 1)合成硅酸鎂鋰前驅(qū)體，并將前驅(qū)體的溫度控制在30°C-99°C;
[0028] 2)將前驅(qū)體輸入濕法超細(xì)設(shè)備，在物料溫度為90°C-99°C的條件下，研磨5min至 90min，得到目標(biāo)產(chǎn)物硅酸鎂鋰；所述濕法超細(xì)設(shè)備采用的研磨介質(zhì)球的直徑為0. 1mm至 5mm;研磨介質(zhì)球線速度為8m/s_20m/s。
[0029]合成原料包括：含硅物質(zhì)；可溶性酸；可溶性鎂鹽；可溶性堿；可溶性鋰鹽；
[0030] 其中，硅酸鎂鋰前驅(qū)體制備原料的各離子配比滿足以下比例要求：
[0031 ] {Si8 (Mg6_x_yLixNay) 020 [ (OH)4_ZFJ(x+y)_ ? (x+y)M+
[0032] 上式中x，y，z的值滿足：0彡x彡2, 0彡y彡2, 0 <x+y< 2, 0彡z< 4。M+是堿 金屬離子或季銨鹽陽離子。
[0033] 優(yōu)化的實(shí)施方案，所述前驅(qū)體輸入濕法超細(xì)設(shè)備后，在物料溫度為90°C-99°C的 條件下，研磨20min至50min。
[0034] 按上述方案，所述濕法超細(xì)設(shè)備為振動(dòng)磨、攪拌磨、剝片機(jī)、納米球磨機(jī)、納米砂磨 機(jī)或納米沖擊磨。
[0035] 優(yōu)化的實(shí)施方案，所述濕法超細(xì)設(shè)備采用的研磨介質(zhì)球的直徑為0. 3mm至1mm。
[0036] 優(yōu)化的實(shí)施方案，所述濕法超細(xì)設(shè)備中的研磨介質(zhì)球，其制造材質(zhì)是氧化鋯、鈰穩(wěn) 定氧化鋯、釔穩(wěn)定氧化鋯或硅酸鋯。
[0037] 實(shí)施例1
[0038] 前驅(qū)體制備：
[0039] (1)將860g水玻璃（Si0228wt%，Na209wt%，模數(shù)3.22)在4L水中溶解，再邊攪 拌邊快速加入162gH2S04;
[0040] (2) 560gMgCl2 ? 6H20 溶于 1L水中；
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