专利名称：一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法
技术领域：
本发明涉及到一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，属于造纸原料加工应用领域。
背景技术：
高岭土是一种重要的粘土矿物，具有I: I型层状结构，因其良好的物化性能，在造纸、陶瓷、塑料、橡胶等领域得到广泛应用。但由于矿石成因、矿物组合、风化程度、加工工艺和技术等差异，我国高岭土的品质常常低于美国、巴西高岭土产品。在我国，粒度细、纯度闻、白度闻、粘浓度闻的优质闻岭土资源非常稀缺，特别是闻粘浓度造纸用闻岭土更为紧 缺。我国高岭土的粘浓度普遍较低(一般为65% 70%)，而美国、巴西高岭土的粘浓度一般在72% 75%之间，这导致我国长期依靠从国外进口优质涂布级高岭土，每年进口高岭土精矿从2000年的18. 3万吨到2011年的43. 72万吨，价值达到I. 15亿。随着国民经济不断发展和人民生活水平的逐渐提高，造纸工业对高岭土的需求越来越大，质量要求越来越高。据预测，未来5年，高档造纸用高岭土的需求量达200万吨。如何降低国产高岭土的粘度，将其粘浓度提高至70%以上，生产出符合造纸行业要求的优质高岭土是一个亟待解决的问题。由于高岭石在自然界中与多种杂质矿物一起生长。天然开采的高岭土中常含有蒙脱石、云母类矿物、石英、黄铁矿、明矾石、褐铁矿等矿物，这些杂质矿物会显著影响高岭石的粘度。特别是当高岭土中混有蒙脱石、云母、伊利石、长石类杂质矿物时，高岭土浆料的粘度将受到影响，只适用于做造纸填料。而高岭土的一些伴生矿物(如伊利石)是无法分离出去的，这使高岭土的降粘工作变得更为复杂，应用受限。而且不同产地高岭土的品质、结构、组成和性状不同，这也为高岭土的降粘工作增加了难度。关于高岭土做造纸涂料使用时降低其粘度的研究方法很多，但普遍存在降粘效果不理想或适用性较差。中国专利CN101058218A公开了一种提高高岭土粘浓度的方法，即采用单纯的脲插层高岭土得到高岭土 /脲插层复合物，经高速打散得到高岭土产品，将茂名高岭土的粘浓度由68%左右提高到72% 73. 8%之间。中国专利CN200710053033. 2提出在高岭土喷雾干燥的过程中利用尿素进行插层、剥片机剥片的生产工艺，将茂名砂质高岭土的粘浓度提高到72% 73. 37%。中国专利CN100584896C提供一种制备造纸涂布级高岭土的方法，通过对原矿的离心沉降分级除砂、化学漂白、洗涤除铁、压滤脱水、分散制浆、剥片处理、振动分级、喷雾干燥等工艺过程，在分散制浆过程中对滤饼调节pH、加入复合分散剂，并用插层剂脲进行改性处理，制备得到粘浓度在72. 33% 73. 89%的造纸涂布级高岭土产品(茂名砂质高岭土)。虽然这些采用脲插层改性的方法可以显著提高高岭土的粘浓度，但仅对结晶程度较好的高岭土具有较好的降粘作用，而对于含有杂质且结晶性较差的高岭土的降粘效果不明显，降粘具有局限性。中国专利CN1315601A提出一种以机械方法为主降低高岭土粘度的方法，采用高岭土矿为原料，将处理后的原料与水的混合物料放入具有捏合和挤压功能的设备中，对混合物料进行机械性捏合挤压，加工得到高岭土成品，虽然该方法可将原料的粘浓度由50% 65%提高到68%以上，但降粘效果受原矿因素影响，机械降粘水平有限，同时不能保证闻岭土广品的白度。中国专利CN1528979A公开了一种造纸涂料高岭土的增白降粘工艺方法，主要是将高岭土原矿与水、六偏磷酸钠进行捣浆，经三级旋流器分级(尾矿弃置)、卧螺分级、高梯度磁选得到矿浆，再进行化学漂白和表面活化处理，期间控制一系列的实验条件，该方法可使高岭土的白度达88%以上，粘浓度达70%以上。但是整个实验工序繁琐、复杂，不利于操作；多种化学试剂的使用对造纸涂料中其他药剂产生影响，粘浓度不稳定；用表面活化处理(即采用分散剂聚丙烯酸钠)，降粘局限性较大。综上所述，目前对于高纯高岭土的降粘研究技术已经比较成熟，粘浓度基本能够达到造纸工业的需求，而对于含伊利石伴生矿高岭土的降粘研究一直未能取得进展，目前还没有比较成熟的技术工艺报道。
发明内容
·
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术中的问题，提供一种降低高岭土粘度的方法，能够有效地降低含伊利石高岭土产品的粘度，不受高岭土矿结晶程度、矿物组成的影响。本发明为了解决上述技术问题，所采用的技术方案为
一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，它包括以下步骤
(1)对高岭土原矿进行提纯处理；
(2)将提纯后的高岭土和氮甲基吡咯烷酮混合，氮甲基吡咯烷酮的添加质量为高岭土质量的O. 075% O. 15%，在高速混合机中混合5 lOmin，然后于烘箱中于80 95°C温度下干燥2h，得到预混合料；
(3)按照尿素和预混合料的质量比为(I 5):50，将尿素和预混合料在高速混合机中混合10 15min，再移入烘箱中于温度90 105°C密封保温2 5 h，得到混合料；
(4)将步骤(3)得到的混合料在高速混合机中打散，同时按照混合料质量的I 5wt%。加入复合分散剂，混合10 15 min后，得到低粘度的高岭土。按上述方案，步骤(2)中所述的氮甲基吡咯烷酮的浓度为15mg/L，体积为5 10mL。按上述方案，步骤(3)中所述尿素和预混合料的质量比为(3 5) 50o按上述方案，步骤(3)中所述尿素使用时采用高速粉碎机打散。按上述方案，步骤(3)中所述保温时间为2 3 h。按上述方案，步骤(4)中所述复合分散剂为聚丙烯酸钠分散剂与萘磺酸盐分散剂按照质量比I. 75:2均匀混合得到。按上述方案，步骤(4)中所述复合分散剂用量为混合料质量的3 4%。。本发明原理氮甲基吡咯烷酮作为一种有机分子，由于分散性好、极性强，可与高岭土片层侧面的断键形成较强的结合，起到表面改性的作用；同时利用尿素对高岭土进行插层改性；当被分散在水中时，高岭土在双重作用下，其片层“T”型絮凝结构的形成受到限制，配合使用复合分散剂，高岭土浆料具有很好的流动性，粘度显著较低。
与现有技术相比，本发明的有益效果是
1.本发明使高岭土的粘浓度较原样提高至少5个百分点，尤其是可使含伊利石的高岭土的粘浓度由66. 9%提高到71. 05% 71. 33%，有效地降低高岭土产品的粘度，满足造纸行业的需求；
2.与传统的单纯使用尿素降低高岭土粘度的方法相比，本发明使用小分子有机物氮甲基吡咯烷酮配合尿素改善高岭土粘度特性，不受高岭土矿结晶程度、矿物组成的影响；
3.本发明不仅对结晶度高、纯度高的高岭土降粘有效，而且对于结晶性较差的高岭土也适用，可以进一步降低含杂质高岭土的粘度，降粘效果显著，工艺简单，更具有普遍适用性。
图I为提纯后的高岭土的XRD图。图2为提纯后的高岭土的SEM图。
具体实施例方式为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明内容进一步阐明，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。下述实施例1-10所用高岭土为广西合浦县锦海高岭土有限公司产品，在降粘工艺处理前，首先对于高岭土原矿进行提纯处理，提纯后高岭土的物化参数如表I所示，表I说明高岭土的粘浓度较低，呈酸性；图I的XRD结果显示提纯后的高岭土中含伊利石等杂质矿物约10%左右；图2的SEM结果显示提纯后的高岭土中颗粒呈堆叠片状存在，边缘不规整，结晶性较差。表I
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本发明所述降低粘度的工艺方法同样适用不含伊利石的高岭土，实施例11所用高岭土为采用广东茂名高岭土，纯度高，无伊利石。实施例中对高岭土原矿进行提纯处理过程为常规工艺，即将高岭土原矿粉碎化浆，通过螺旋分级机除砂、石英，再经过水力旋流器分级、压滤、喷雾干燥，得到提纯后的高岭土。本发明对高岭土原矿的提纯方法和过程没有限制，只要达到除去砂石、石英，目数在5000目以下的目的即可。下述实施例中所述复合分散剂为聚丙烯酸钠分散剂与萘磺酸盐分散剂按照质量比I. 75:2均匀混合得到。聚丙烯酸钠分散剂采用深圳海川化工科技有限公司的DS-FS聚丙烯酸钠分散剂；萘磺酸盐分散剂采用深圳海川化工科技有限公司的Lomar D水性体系用分散剂。实施例I :
一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，包括以下步骤
(1)对高岭土原矿进行提纯处理；
(2)取提纯后的高岭土100g、15mg/L的氮甲基吡咯烷酮(NMF) 5mL，在高速混合机中混合5min，后于80°C烘箱干燥2h，得到预混合料；
(3)将步骤(2)得到的预混料IOOg与尿素2.Og在高速混合机中混合lOmin，后移入烘箱，温度设置为90°C，密封保温2h，得到混合料；
(4)将步骤(3)得到的混合料在高速混合机中打散，同时加入O.35g的复合分散剂，混 合IOmin后，得到低粘度的高岭土。依据国家标准“GB/T 14564-2008”进行粘浓度测试，经过上述处理后，高岭土样品的粘浓度可以由66. 9%提高到71. 05%。实施例2
一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，包括以下步骤
(1)对高岭土原矿进行提纯处理；
(2)取提纯后的高岭土100g、15mg/L的氮甲基吡咯烷酮(NMF) 7mL，在高速混合机中混合lOmin，后于85°C烘箱干燥2h，得到预混合料；
(3)将步骤(2)得到的预混料100g与尿素4. 5g在高速混合机中混合lOmin，后移入烘箱，温度设置为90°C，密封保温3h，得到混合料；
(4)将步骤(3)得到的混合料在高速混合机中打散，同时加入O.35g的复合分散剂，混合IOmin后，得到低粘度的高岭土。依据国家标准“GB/T 14564-2008”进行粘浓度测试，经过上述处理后，高岭土样品的粘浓度可以由66. 9%提高到71. 24%。实施例3
一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，包括以下步骤
(1)对高岭土原矿进行提纯处理；
(2)取提纯后的高岭土100g、15mg/L的氮甲基吡咯烷酮(NMF) 10mL，在高速混合机中混合8min，后于90°C烘箱干燥2h，得到预混合料；
(3)将步骤(2)得到的预混料100g与尿素3. Og在高速混合机中混合15min，后移入烘箱，温度设置为95°C，密封保温4h，得到混合料；
(4)将步骤(3)得到的混合料在高速混合机中打散，同时加入O.30g的复合分散剂，混合IOmin后，得到低粘度的高岭土。依据国家标准“GB/T 14564-2008”进行粘浓度测试，经过上述处理后，高岭土样品的粘浓度可以由66. 9%提高到71. 11%。实施例4:
一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，包括以下步骤
(1)对高岭土原矿进行提纯处理；
(2)取提纯后的高岭土100g、15mg/L的氮甲基吡咯烷酮(NMF) 7. 5mL，在高速混合机中混合5min，后于95°C烘箱干燥2h，得到预混合料；(3)将步骤(2)得到的预混料100g与尿素5. O g在高速混合机中混合12min，后移入烘箱，温度设置为90°C，密封保温5h，得到混合料；
(4)将步骤(3)得到的混合料在高速混合机中打散，同时加入O.50g的复合分散剂，混合IOmin后得到，得到低粘度的高岭土。依据国家标准“GB/T 14564-2008”进行粘浓度测试，经过上述处理后，高岭土样品的粘浓度可以由66. 9%提高到71. 19%。实施例5
一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，包括以下步骤
(1)对高岭土原矿进行提纯处理；· (2)取提纯后的高岭土100g、15mg/L的氮甲基吡咯烷酮(NMF) 10mL，在高速混合机中混合lOmin，后于85°C烘箱干燥2h，得到预混合料；
(3)将步骤(2)得到的预混料100g与尿素6. Og在高速混合机中混合15min，后移入烘箱，温度设置为90°C，密封保温2h，得到混合料；
(4)将步骤(3)得到的混合料在高速混合机中打散，同时加入O.IOg的复合分散剂，混合15min后，得到低粘度的高岭土。依据国家标准“GB/T 14564-2008”进行粘浓度测试，经过上述处理后，高岭土样品的粘浓度可以由66. 9%提高到71. 15%。实施例6
一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，包括以下步骤
(1)对高岭土原矿进行提纯处理；
(2)取提纯后的高岭土100g、15mg/L的氮甲基吡咯烷酮(NMF) 6mL，在高速混合机中混合5min，后于90°C烘箱干燥2h，得到预混合料；
(3)将步骤(2)得到的预混料100g与尿素4. 5g在高速混合机中混合lOmin，后移入烘箱，温度设置为95°C，密封保温3h，得到混合料；
(4)将步骤(3)得到的混合料在高速混合机中打散，同时加入O.35g的复合分散剂，混合IOmin后，得到低粘度的高岭土。依据国家标准“GB/T 14564-2008”进行粘浓度测试，经过上述处理后，高岭土样品的粘浓度可以由66. 9%提高到71. 33%。实施例7
一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，包括以下步骤
(1)对高岭土原矿进行提纯处理；
(2)取提纯后的高岭土100g、15mg/L的氮甲基吡咯烷酮(NMF) 5mL，在高速混合机中混合lOmin，后于85°C烘箱干燥2h，得到预混合料；
(3)将步骤(2)得到的预混料100g与尿素7. Og在高速混合机中混合lOmin，后移入烘箱，温度设置为90°C，密封保温4h，得到混合料；
(4)将步骤(3)得到的混合料在高速混合机中打散，同时加入O.30g的复合分散剂，混合10分钟后，得到低粘度的高岭土。依据国家标准“GB/T 14564-2008”进行粘浓度测试，经过上述处理后，高岭土样品的粘浓度可以由66. 9%提高到71. 26%。
实施例8
一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，包括以下步骤
(1)对高岭土原矿进行提纯处理；
(2)取提纯后的高岭土100g、15mg/L的氮甲基吡咯烷酮(NMF) 5mL，在高速混合机中混合5min，后于90°C烘箱干燥2h，得到预混合料；
(3)将步骤(2)得到的预混料IOOg与尿素10.Og在高速混合机中混合lOmin，后移入烘箱，温度设置为105°C，密封保温3h，得到混合料；
(4)将步骤(3)得到的混合料在高速混合机中打散，同时加入O.40g的复合分散剂，混合IOmin后，得到低粘度的高岭土。 依据国家标准“GB/T 14564-2008”进行粘浓度测试，经过上述处理后，高岭土样品的粘浓度可以由66. 9%提高到71. 20%。实施例9:
一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，包括以下步骤
(1)对高岭土原矿进行提纯处理；
(2)取提纯后的高岭土100g、15mg/L的氮甲基吡咯烷酮(NMF) 5mL，在高速混合机中混合5min，后于85°C烘箱干燥2h，得到预混合料；
(3)将步骤(2)得到的预混料100g与尿素4. 5g在高速混合机中混合lOmin，后移入烘箱，温度设置为100°C，密封保温3h，得到混合料；
(4)将步骤(3)得到的混合料在高速混合机中打散，同时加入O.35g的复合分散剂，混合IOmin后，得到低粘度的高岭土。依据国家标准“GB/T 14564-2008”进行粘浓度测试，经过上述处理后，高岭土样品的粘浓度可以由66. 9%提高到71. 30%。实施例10
一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，包括以下步骤
(1)对高岭土原矿进行提纯处理；
(2)取提纯后的高岭土100g、15mg/L的氮甲基吡咯烷酮(NMF) 7. 5mL，在高速混合机中混合5min，后于90°C烘箱干燥2h，得到预混合料；
(3)将步骤(2)得到的预混料IOOg与尿素8.Og在高速混合机中混合lOmin，后移入烘箱，温度设置为90°C，密封保温3h，得到混合料；
(4)将步骤(3)得到的混合料在高速混合机中打散，同时加入O.35g的复合分散剂，混合IOmin后，得到低粘度的高岭土。依据国家标准“GB/T 14564-2008”进行粘浓度测试，经过上述处理后，高岭土样品的粘浓度可以由66. 9%提高到71. 25%。实施例11
一种降低高岭土粘度的工艺方法，包括以下步骤
(1)对闻岭土(纯度闻、无伊利石)进彳丁提纯处理；
(2)取提纯后的高岭土100g、15mg/L的氮甲基吡咯烷酮(NMF) 5mL，在高速混合机中混合5min，后于95°C烘箱干燥2h，得到预混合料；
(3)将步骤(2)得到的预混料IOOg与尿素4.5g在高速混合机中混合lOmin，后移入烘箱，温度设置为95°C，密封保温3h，得到混合料；
(4)将步骤(3)得到的混合料在高速混合机中打散，同时加入O. 35g的复合分散剂，混合IOmin后得到高粘浓度的高岭土。依据国家标准“GB/T 14564-2008”进行粘浓度测试，经过上述处理后，高岭土样品 的粘浓度可以由68. 9%提高到74. 0%。
权利要求
1.一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，其特征在于它包括以下步骤 (1)对高岭土原矿进行提纯处理； (2)将提纯后的高岭土和氮甲基吡咯烷酮混合，氮甲基吡咯烷酮的添加质量为高岭土质量的O. 075% O. 15%，在高速混合机中混合5 lOmin，然后于烘箱中于80 95°C温度下干燥2h，得到预混合料； (3)按照尿素和预混合料的质量比为(I 5):50，将尿素和预混合料在高速混合机中混合10 15min，再移入烘箱中于温度90 105°C密封保温2 5 h，得到混合料； (4)将步骤(3)得到的混合料在高速混合机中打散，同时按照混合料质量的I 5wt%。加入复合分散剂，混合10 15 min后，得到低粘度的高岭土。
2.根据权利要求I所述的一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，其特征在于所述的氮甲基吡咯烷酮的浓度为15mg/L，体积为5 10 mL。
3.根据权利要求I所述的一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，其特征在于步骤(3)中所述尿素和预混合料的质量比为(3 5) :50。
4.根据权利要求I所述的一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，其特征在于步骤(3)中所述尿素使用时采用高速粉碎机打散。
5.根据权利要求I所述的一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，其特征在于步骤(3)中所述保温时间为2 3h。
6.根据权利要求I所述的一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，其特征在于步骤(4)中所述复合分散剂为聚丙烯酸钠分散剂与萘磺酸盐分散剂按照质量比I.75:2均匀混合得到。
7.根据权利要求I所述的一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，其特征在于步骤(4)中所述复合分散剂用量为混合料质量的3 4%。。
全文摘要
本发明涉及一种降低含伊利石高岭土粘度的工艺方法，它包括以下步骤(1)对于原料进行提纯；(2)将高岭土和氮甲基吡咯烷酮按比例在高速混合机中混合均匀，然后于烘箱中干燥得到预混合料；(3)将预混合料与尿素按比例在高速混合机中混合，再移入烘箱中密封保温，得到混合料；(4)将混合料在高速混合机中打散，加入复合分散剂，混合后得到低粘度的高岭土。本发明能够有效地降低含伊利石高岭土产品的粘度，不受高岭土矿结晶程度、矿物组成的影响。
文档编号C09C1/42GK102838887SQ20121032032
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月3日 优先权日2012年9月3日
发明者仇秀梅, 严春杰, 王洪权, 马玉南, 周春宇, 陈颂文 申请人:中国地质大学(武汉), 合浦县锦海高岭土有限公司