CN101230210B - 有机改性硅酸盐矿物粘土的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明有机改性硅酸盐矿物粘土的制备方法属于粘土类硅酸盐的技术领域，其具体步骤是：利用螺旋分级机进行初级提纯、利用旋流分级机进行二级提纯、利用重力分选设备进行三级提纯、絮凝浓缩、有机改性、烘干和超细粉碎，最终制得平均粒径为2.5～6.0微米的有机改性的提纯的硅酸盐矿物粘土超细粉体。该方法实现了硅酸盐矿物粘土的提纯和改性工艺过程的一次完成，提升了硅酸盐矿物粘土产品的质量，对设备的要求较低，工艺简单、条件温和，投资较小。
Description
技术领域
本发明的技术方案涉及粘土类硅酸盐的技术领域，具体地说是有机改性硅酸盐矿物粘土的制备方法。
背景技术
硅酸盐矿物粘土作为高分子复合材料的增强增韧填料，已被广泛用于橡胶、塑料、树脂等高分子化学领域，加之天然粘土矿物具有储量丰富，分布广泛，价格低廉的优点，特别是随着表面改性技术的不断创新，用作特殊用途填料新品种的硅酸盐矿物粘土的研发成为科技工作者关注的重点。
然而，天然硅酸盐矿物粘土由于本身的组成成分、晶体结构、颗粒形态、粒径分布及聚集状态随产地、矿产形成的地质条件和物资来源的不同，其性能的差异巨大；且不同批次硅酸盐矿物粘土产品间的特性、成分的一致性、均匀性和稳定性变化都很大。这就造成下游产品的质量不稳定，生产工艺条件难以优化和固定，进而影响到塑料、橡胶等高分子制品性能的稳定性，也成为制约硅酸盐矿物粘土添加量的主要因素。随着硅酸盐矿物粘土的选矿提纯技术和超微粉碎技术的突破，成本低廉的高品质硅酸盐矿物粘土粉体有望成为最有前途的高分子复合材料及制品的主要填料；继而进行提纯硅酸盐矿物粘土的表面改性，以提高制品与基体成分的相容性，行将大大提高终级产品的质量。
CN1843911提出一种硅烷偶联剂改性凹凸棒土的制备方法，是以凹凸棒土为原料，进行酸处理，得到酸化的凹凸棒土，然后，进行超声波分散，将硅烷偶联剂进行水解，硅烷偶联剂水解液与凹凸棒土进行脱水缩合反应，得到硅烷偶联剂改性凹凸棒土。由于原矿中凹凸棒石的含量较低，即使在加温条件下用盐酸处理，除对于白云石类型杂质的去除有用以外，大多数杂质矿物是难溶的，因此，酸处理对凹凸棒石品位提高的效果有限，且工艺使用大量的盐酸，在凹凸棒石晶体的微孔中会吸附很多Cl-离子，由于凹凸棒石矿浆的固液分离困难，超声波分散难以实现规模化；另一方面，固液分离后的滤饼，用去离子水洗涤至用0.1mol/L硝酸银溶液检测无氯离子，即使是实验室小样都比较困难，同时，大量使用蒸馏水进行多次洗涤，其固液分离及生产成本极高，并无实际利用价值。CN86105169和CN85103356提供了由一种季铵化物与粘土的悬浮体混合制成的一种有机粘土。两个专利均将粘土矿物与不同类型的季铵化物在水中混合物，通过一段时间高强度的剪切混合，是使混合物中每公斤干固体得到至少100干焦耳的能量，这一过程需要大量的能量供给。CN86105312和CN89108835.0披露的改善有机粘土分散性的方法，要求先用二价无机阳离子或通过离子交换的方法制成氢型粘土，然后将改性蒙脱石矿物与一种季铵盐化合物混合，季铵盐化合物的四个烷基中至少有一个为10～24个碳原子；由于使用的季铵盐化合物的浓度为0.002M～0.02M的水溶液，且季铵盐多为水溶性化合物，粘土矿物对大分子有机物的吸附和固定到自身表面的能力有限。上述专利所公开的方法应在特殊的介质条件和80℃以上的温度下长时间回流，才能够得到理想的有机改性产品。US5824226提出了一种硅烷改性粘土矿物的方法，他们利用粘土重量3％-11％的硅烷偶联剂对凹凸棒土或斯密达粘土进行表面改性，粘土矿物的挥发性成分低于4％，比表面积约113m2/g，孔隙率为0.8-0.9mL/g，平均孔径约为100埃，粒径范围250-850微米。制成表面含有R-甲硅烷基团的憎水性粘土颗粒制品，用于有机物水的处理。US4960816、US 4900767和US4798766公开了一种矿物粉体，玻璃纤维以及和层状硅酸盐进行原位聚合改性的方法。是将有机单体、共聚单体或预聚体涂敷于待改性矿物粉体表面，然后在特定气氛中，在低于1000℃的条件下进行原位聚复合反应，使矿物表面形成带有疏水基团的有机化矿物粉体，作为聚合物填料。由于需要较高的作业温度和密闭容器调节反应气氛，对设备的要求较高，投资也较大。US4818614提出在矿物粘土粉末或颗粒表面涂覆一层在邻位或对位的侧链官能团上含有至少一个Si-H基团的硅氧烷聚合物膜的方法，它是在120℃以下的密闭容器中蒸发硅氧烷化合物，形成蒸汽被导入压力为200mmHg以下的矿物粘土粉末或颗粒原料混合室，通过机械化学作用，在颗粒表面形成平均分子量大于200000的硅氧烷聚合物膜层，可作为色素、染料或化妆品的添加剂。US6071335公开了一种高岭土或高岭土族矿物的改性方法，用水蒸气制浆后，再用能够与高岭土或高岭土族矿物表面的羟基基团发生聚合的有机物处理粘土矿浆，使高岭土表面的羟基发生化学反应，进而改变矿物粘土的表面性质。
上述专利所涉及的改性矿物粘土均为原矿，由于矿物成分、晶体结构、颗粒形态及粒径分布等物化性能差异巨大，杂质矿物表面基团的不同，对改性剂的吸附和原位聚合反应的性能不同，因而影响改性效果，致使产品质量不稳定。为此，CN1821075公开了一种有机粘土的生产方法，其步骤包括将原矿粘土打浆、沉降、离心提纯制得粘土悬浮液；以叔胺为原料，水为溶剂，通入氯甲烷，制成季铵盐含量为10～30％的水溶液，在粘土悬浮液中加入适量季铵盐水溶液进行改性反应，改性后的溶液经脱水、干燥、粉碎制成有机粘土产品。该专利与上述的CN86105312具有同样的问题，即需要在特定的介质条件和较高的温度下进行较长时间反应，才能够得到有机改性产品。CN1508197公开了一种表面改性凹土补强橡胶材料的制备方法，即利用自制的新型阳离子表面改性剂对江苏地区凹土含量82％的高品位凹凸棒石原矿进行有机化改性，目的在于提高凹土在橡胶中的相容性和填料效果，但并未公开该改性剂的具体成分，也缺乏改性凹土的必要性能指标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种有机改性硅酸盐矿物粘土的制备方法，该方法实现了硅酸盐矿物粘土的提纯和改性工艺过程的一次完成，克服了已有技术对设备的要求较高，投资也较大，需要在特定的介质条件和较高的温度下进行较长时间反应及产品质量不稳定的缺点。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：有机改性硅酸盐矿物粘土的制备方法，其具体步骤如下：
第一步，利用螺旋分级机进行初级提纯
按照每kg硅酸盐矿物粘土原矿加3～15L水的比例将硅酸盐矿物粘土原矿和水加入球磨机中研磨，形成的泥浆溢流经螺旋分级机除去粒径大于0.5mm的杂质矿物后，通过泥浆泵送入搅拌桶，同时加入表面活性剂，高速搅拌30分钟后，得到高度分散的初级提纯硅酸盐矿物粘土矿浆，表面活性剂的加入量为硅酸盐矿物粘土原矿质量的0.05％～5.0％，上述的表面活性剂为聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或聚乙烯醇中的一种或两种，使用其中两种时，并不限定其间用量的配比；
第二步，利用旋流分级机进行二级提纯
将第一步制得的高度分散的初级提纯的硅酸盐矿物粘土矿浆用泥浆泵送入旋流分级机，形成的矿浆溢流进入二级搅拌筒，继续搅拌，旋流分级机底部流出的杂质矿物直接排入尾矿坝，由此去除硅酸盐矿物粘土矿浆中粒径大于0.05mm的杂质矿物，得到高度分散的二级提纯的硅酸盐矿物粘土矿浆；
第三步，利用重力分选设备进行三级提纯
将第二步制得的高度分散的二级提纯硅酸盐矿物粘土矿浆通过管道输送给重力分选设备，经过重力分选提纯，分离除去粒径大于3.0微米的细粒杂质矿物，得到高度分散的三级提纯的硅酸盐矿物粘土矿浆；
第四步，絮凝浓缩
在第三步得到的高度分散的三级提纯的硅酸盐矿物粘土矿浆中加入絮凝剂，混匀后用泥浆泵送入高效浓密机中进行浓缩，其中的大部分水分通过上清液溢流排除，得到提纯浓缩的硅酸盐矿物粘土矿浆，所述的絮凝剂为分子量50万～500万的阳离子型聚丙烯酰胺，絮凝剂的加入量为硅酸盐矿物粘土矿浆中实际所含硅酸盐矿物粘土固体总量的1.0％～2.0％，这里所说硅酸盐矿物粘土矿浆中实际所含硅酸盐矿物粘土固体总量，是取第三步得到的高度分散的三级提纯的硅酸盐矿物粘土矿浆1升，经转速为5000转/分以上的离心机进行固液分离后，倾倒出上层清液，将沉淀的粘泥烘干至含水量小于1.0％之后，称得到的硅酸盐矿物粘土固体实际重量来计算确定；
第五步，有机改性
将第四步得到的提纯浓缩的硅酸盐矿物粘土矿浆用泥浆泵送入三机搅拌桶中，用1.0M的HCl调节该矿浆的pH值为4.5或用1.0M的NaOH溶液调节该矿浆的pH值为9.5，然后加入有机改性剂，搅拌30分钟～100分钟，得到有机改性的提纯浓缩的硅酸盐矿物粘上矿浆，有机改性剂的加入量为该矿浆中所含硅酸盐矿物固体总重量的0.5％～4.0％，所述该矿浆中所含硅酸盐矿物固体总重量，是通过取1升该矿浆经烘干至含水量小于1.0％之后，称得到的固体的实际重量来计算确定；
第六步，烘干
将第五步得到的有机改性的提纯浓缩的硅酸盐矿物粘土矿浆用泥浆泵送入离心机或板框压滤机进行脱水，得到粘稠矿泥，再将该粘稠矿泥转入回转窑中烘干，烘干温度为120℃～200℃，烘干时间为2小时～4小时，得到干燥的有机改性的提纯的硅酸盐矿物粘土团聚体；
第七步，超细粉碎
用雷蒙磨将第六步得到的干燥的有机改性的提纯的硅酸盐矿物粘土团聚体粉碎和风力分级，得到平均粒径小于35微米，最大颗粒粒径小于50微米的干燥的有机改性的提纯的硅酸盐矿物粘土粉体，该矿物粘土粉体再经过气流磨进行超细粉碎，最终制得平均粒径为2.5～6.0微米的有机改性的提纯的硅酸盐矿物粘土超细粉体。
上述有机改性硅酸盐矿物粘土的制备方法的第一步中所述的硅酸盐矿物粘土为以下天然矿物粘土：膨润土(即蒙脱石)、海泡石、凹凸棒石(即坡缕石)、高岭土、绿泥石、伊利石或它们的天然混合矿物粘土。
上述有机改性硅酸盐矿物粘土的制备方法的第三步中所述的重力分选设备为跳汰机、摇床、离心分离机或碟式分离机。
上述有机改性硅酸盐矿物粘土的制备方法的第五步中所述的有机改性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种、两种或三种，使用其中两种或三种时，并不限定其间用量的配比。
上述有机改性硅酸盐矿物粘土的制备方法中所涉及的球磨机、螺旋分级机、泥浆泵、搅拌桶、旋流分级器、跳汰机、摇床、离心分离机、碟式分离机、高效浓密机、离心机、板框压滤机、回转窑、雷蒙磨和气流磨均为通用的化工机械，其使用方法也是化工技术领域所公知的。
上述有机改性硅酸盐矿物粘土的制备方法的第七步中所述的该矿物粉体颗粒粒径是用珠海欧美克科技有限公司的LS800激光粒度仪测定的；使用Philips Tacnai F20透射电镜观察颗粒表面的微观结构。
上述有机改性硅酸盐矿物粘土的制备方法的中所涉及物质的量均可按相应比例扩大或缩小。
本发明的有益效果是：
本发明方法利用硅酸盐矿物粘土工业化提纯工艺中生产的提纯矿浆为母体，在不明显增加设备投入的条件下，通过调控硅酸盐矿物粘土矿浆的物化参数，利用水解和吸附涂渍的方法，将有机改性剂均匀的分散在硅酸盐矿物粘土颗粒的表面，在干燥的过程中，有机改性剂的有机官能团与提纯硅酸盐矿物粘土粉体颗粒表面的活性基团发生缩聚反应，在硅酸盐矿物粘土粉体颗粒的表面形成均匀、牢固的有机膜，从而实现硅酸盐矿物粘土的提纯和改性工艺过程的一次完成，这就克服了已有技术对设备的要求较高，投资也较大，需要在特定的介质条件和较高的温度下进行较长时间反应及产品质量不稳定的缺点。详细叙述如下：
(1)本发明方法提升了硅酸盐矿物粘土产品的质量
本发明方法通过对低品位天然硅酸盐粘土矿物进行提纯，使硅酸盐粘土矿物得到富集，品位大幅度提高，从而提高资源的价值和扩大其适用范围。表面改性能够强化硅酸盐粘土矿物作为有机化合物填料、载体及吸附剂的性能。本发明方法还针对硅酸盐粘土矿物选矿提纯工艺过程与湿法表面改性过程中两者存在的共性问题，提出利用硅酸盐粘土矿物提纯工艺中得到的提纯硅酸盐粘土矿物矿浆为母体，通过调控矿浆的物化参数，利用偶联剂的水解和硅酸盐粘土矿物颗粒的表面吸附作用，将有机改性剂均匀的涂布在硅酸盐粘土矿物颗粒的表面，再结合干燥工艺，使该有机改性剂在硅酸盐粘土矿物颗粒的表面发生缩聚反应，形成均匀膜层，最终制得稳定性好的、能够与高分子化合物基体完全相容并进行纳米复合的优质硅酸盐粘土矿物填料。本发明方法制得的产品能够满足橡胶、塑料和树脂等有机高分子聚合物对增强增韧填料的质量要求，也能够用于精细化工、医药、化妆品、高档建材、食品饮料加工及污染处理等新兴行业。
(2)本发明方法对设备的要求较低，工艺简单、条件温和，投资较小
本发明方法实现了硅酸盐矿物粘土的提纯和改性工艺过程的一次完成，从而减少了繁琐的制备工艺，减少了固液分离和烘干、粉碎的次数，是理想的“一步法”硅酸盐矿物粘土提纯改性工艺流程。该发明提供的技术方案可以满足不同处理量工业化生产线制备有机改性粘土的需求，既能够满足硅酸盐矿物粘土连续性选矿提纯生产线持续不断的有机改性需求，也能够用于间歇式选矿提纯作业矿浆的有机改性需求。本发明方法使硅酸盐矿物粘土的提纯工艺与其下游产品的开发有机的结合到一起，省却了提纯粘土矿粉的再次打浆，pH值调整，改性剂水解、吸附及加温控制反应的工序，从选矿到有机改性的整个过程只进行一次脱水工艺和干燥过程，极大地节约了硅酸盐矿物粘土的脱水和干燥成本，并利用干燥过程中的温度，促成有机改性剂的有机官能团与硅酸盐矿物粘土微粒表面活性基团的缩合反应。因此，本发明方法具有生产效率高、连续性好、处理量大、加工费用低廉、设备投资省和产品质量稳定的特点，减少了不必要的重复劳动、大幅度降低了生产成本、提高了生产效率、减少设备的投入和劳动力的投入，从而有利于有机改性硅酸盐矿物粘土进行大规模、低能耗和无污染的工业化生产。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1本发明有机改性硅酸盐矿物粘土的制备方法的工艺流程图。
图2实施例1中制备的提纯有机改性凹凸棒石的粒径分布曲线。
图3实施例1中制备的提纯有机改性凹凸棒石的微观形貌。
图4实施例2中制备的提纯改性有机海泡石的粒径分布曲线。
图5实施例2中制备的提纯改性有机海泡石的微观形貌。
具体实施方式
图1表明有机改性硅酸盐矿物粘土的制备方法的工艺流程：将硅酸盐矿物粘土原矿加水进行球磨，形成的泥浆溢流经螺旋分级机，丢弃粗粒级物，细粒级物则加入表面活性剂，经由旋流分级机分选，再进行重力分选，丢弃分离出的微细粒杂质矿物，得到的提纯的硅酸盐矿物粘土矿物矿浆加入絮凝剂进行浓缩，其中的大部分水分通过溢流清液排除，得到提纯浓缩的硅酸盐矿物粘土矿浆进行pH值调节，然后加入有机改性剂，再经过脱水、烘干、超级粉碎，制得有机改性的提纯的硅酸盐矿物粘土超细粉体。
实施例1
有机改性提纯凹凸棒石的制备
第一步，利用螺旋分级机进行初级提纯
按照每kg凹凸棒石原矿加4L水的比例将凹凸棒石原矿和水加入球磨机中研磨，形成的泥浆溢流经螺旋分级机除去粒径大于0.5mm的杂质矿物后，通过泥浆泵送入搅拌桶，同时加入表面活性剂聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠，高速搅拌30分钟后，得到高度分散的初级提纯凹凸棒石矿浆，聚丙烯酸钠的加入量为凹凸棒石原矿质量的0.01％，六偏磷酸钠的加入量为凹凸棒石原矿质量的0.1％；
第二步，利用旋流分级机进行二级提纯
将第一步制得的高度分散的初级提纯的凹凸棒石矿浆用泥浆泵送入旋流分级机，形成的矿浆溢流进入二级搅拌筒，继续搅拌，旋流分级机底部流出的杂质矿物直接排入尾矿坝，由此去除凹凸棒石矿浆中粒径大于0.05mm的杂质矿物，得到高度分散的二级提纯的凹凸棒石矿浆；
第三步，利用重力分选设备进行三级提纯
将第二步制得的高度分散的二级提纯凹凸棒石矿浆通过管道输送给跳汰机，溢流经过离心机重力分选提纯，分离出粒径大于3.0微米的微细粒杂质矿物，得到高度分散的三级提纯的凹凸棒石矿浆；
第四步，絮凝浓缩
在第三步得到的高度分散的三级提纯的凹凸棒石矿浆中加入絮凝剂，混匀后用泥浆泵送入高效浓密机中进行浓缩，其中的大部分水分通过上清液溢流排除，得到提纯浓缩的凹凸棒石矿浆，所述的絮凝剂为分子量50万的阳离子型聚丙烯酰胺，絮凝剂的加入量为凹凸棒石矿浆中实际所凹凸棒石固体总量的2.0％，这里所说凹凸棒石矿浆中实际所含凹凸棒石固体总量，是取第三步得到的高度分散的三级提纯的凹凸棒石矿浆1升，经转速为5000转/分以上的离心机进行固液分离后，倾倒出上层清液，将沉淀的粘泥烘干至含水量小于1.0％之后，称得到的凹凸棒石固体实际重量来计算确定，以下实施例中絮凝剂的加入量的计算方法相同；
第五步，有机改性
将第四步得到的提纯浓缩的凹凸棒石矿浆用泥浆泵送入三机搅拌桶中，用1.0M的HCl溶液调节该矿浆的pH值为4.5，然后加入该矿浆中所含凹凸棒石固体总重量2.0％的硅烷偶联剂KH-590和2.0％钛酸酯偶联剂NXT-201两种有机改性剂，搅拌30分钟，得到有机改性的提纯浓缩的凹凸棒石矿浆，所述该矿浆中所含凹凸棒石固体总重量，是通过取1升该矿浆经烘干至含水量小于1.0％之后，称得到的固体的实际重量来计算确定的，以下实施例中有机改性剂的加入量的计算方法相同；
第六步，烘干
将第五步得到的有机改性的提纯浓缩的凹凸棒石矿浆用泥浆泵送入板框压滤机进行脱水，得到粘稠矿泥，将该粘稠矿泥转入回转窑中烘干，烘干温度为150℃，烘干时间为3小时，得到干燥的有机改性的提纯的凹凸棒石的疏松团聚体；
第七步，超细粉碎
用雷蒙磨将第六步得到的经有机改性干燥提纯凹凸棒石的疏松团聚体粉碎和风力分级，得到平均粒径小于25微米，最大颗粒粒径小于40微米的干燥的有机改性的提纯的凹凸棒石粉体，该矿物粘土粉体再经过气流磨进行超细粉碎，最终制得平均粒径为2.52微米、单分散纳米纤维的直径为20nm～50nm和比表面积大于200m2/g的有机改性的提纯的凹凸棒石超细粉体。
图2为利用LS800激光粒度仪测定的实施例1制得的有机改性的提纯的凹凸棒石超细粉体的粒径分布曲线，可见得到的有机改性的提纯的凹凸棒石超细粉体的粒径主要集中在0.5微米至4.85微米之间，其中颗粒的平均粒径为2.52微米，90％以上颗粒的直径小于3.47微米。可见粒径分布范围很窄，最适合作为高分子化合物的填料。
图3为放大了35万倍的，利用透射电子显微镜观察到的实施例1制得的有机改性的提纯的凹凸棒石超细粉体颗粒的微观形貌，可见该超细粉体颗粒呈明显的纤维状结构，单根纤维的直径为20nm～50nm，该纤维在长度方向上粗细比较均匀，表面分布有较多的2～3nm的凸起外，局部还有一些明显的缺陷。
实施例2
有机改性提纯海泡石的制备
第一步，利用螺旋分级机进行初级提纯
按照每kg海泡石原矿加10L水的比例将海泡石原矿和水加入球磨机中研磨，形成的泥浆溢流经螺旋分级机除去粒径大于0.5mm的杂质矿物后，通过泥浆泵送入搅拌桶，同时加入表面活性剂聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠，高速搅拌30分钟后，得到高度分散的初级提纯海泡石矿浆，聚丙烯酸钠的加入量为海泡石原矿质量的0.1％，六偏磷酸钠的加入量为海泡石原矿质量的0.5％；
第二步，利用旋流分级机进行二级提纯
将第一步制得的高度分散的初级提纯的海泡石矿浆用泥浆泵送入旋流分级机，形成的矿浆溢流进入二级搅拌筒，继续搅拌，旋流分级机底部流出的杂质矿物直接排入尾矿坝，由此去除海泡石矿浆中粒径大于0.05mm的杂质矿物，得到高度分散的二级提纯的海泡石矿浆；
第三步，利用重力分选设备进行三级提纯
将第二步制得的高度分散的二级提纯海泡石矿浆通过管道输送给碟式分离机，经过重力分选提纯，分离出粒径大于5.0微米的微细粒杂质矿物，得到高度分散的三级提纯的海泡石矿浆；
第四步，絮凝浓缩
在第三步得到的高度分散的三级提纯的海泡石矿浆中加入絮凝剂，混匀后用泥浆泵送入高效浓密机中进行浓缩，其中的大部分水分通过上清液溢流排除，得到提纯浓缩的海泡石矿浆，所述的絮凝剂为分子量250万的阳离子型聚丙烯酰胺，絮凝剂的加入量为海泡石矿浆中实际所海泡石固体总量的1.0％；
第五步，有机改性
将第四步得到的提纯浓缩的海泡石矿浆用泥浆泵送入三机搅拌桶中，用1.0M的HCl溶液调节该矿浆的pH值为4.5，然后加入该矿浆中所含海泡石固体总重量1.0％的硅烷偶联剂KH-570和1.0％钛酸酯偶联剂NXT-101两种有机改性剂，搅拌60分钟，得到有机改性的提纯浓缩的海泡石矿浆，
第六步，烘干
将第五步得到的有机改性的提纯浓缩的海泡石矿浆用泥浆泵送入离心机进行脱水，得到粘稠矿泥，将该粘稠矿泥转入回转窑中烘干，烘干温度为120℃，烘干时间为4小时，得到干燥的有机改性的提纯的海泡石的疏松团聚体；
第七步，超细粉碎
用雷蒙磨将第六步得到的干燥的有机改性的提纯的海泡石的疏松团聚体粉碎和风力分级，得到平均粒径小于25微米，最长纤维颗粒的长度小于50微米的干燥的有机改性的提纯的海泡石粉体，该矿物粘土粉体再经过气流磨进行超细粉碎，最终制得平均粒径为2.63微米、单分散纳米纤维的直径为50nm～100nm和比表面积大于100m2/g的有机改性的提纯的海泡石超细粉体。
图4为利用LS800激光粒度仪测定的实施例2制得的有机改性的提纯的海泡石超细粉体颗粒的粒径分布曲线，可见得到的机改性的提纯的海泡石超细粉体颗粒的粒径主要集中在0.05微米至42.0微米之间，颗粒的平均粒径为2.63微米，90％以上颗粒的直径小于11.18微米，相对于实施例1制得的有机改性的提纯的凹凸棒石超细粉体而言，其粒径分布范围较宽，适合作为高分子摩擦材料的填料。
图5为放大了4万倍的，利用透射电子显微镜观察到的实施例2制得的有机改性的提纯的海泡石超细粉体颗粒的微观形貌，可见有机改性的提纯的海泡石超细粉体颗粒呈明显的纤维状结构，单根纤维的直径为50nm～100nm，纤维在长度方向上比较均匀，表面比较光滑，从部分该纤维的弯曲程度而言，该纤维还具有一定的弹性。
实施例3
有机改性提纯膨润土的制备
第一步，利用螺旋分级机进行初级提纯
按照每kg膨润土原矿加15L水的比例将膨润土原矿和水加入球磨机中研磨，形成的泥浆溢流经螺旋分级机除去粒径大于0.5mm的杂质矿物后，通过泥浆泵送入搅拌桶，同时加入表面活性剂聚丙烯酸钠和三聚磷酸钠，高速搅拌30分钟后，得到高度分散的初级提纯膨润土矿浆，聚丙烯酸钠的加入量为膨润土原矿质量的2.5％，六偏磷酸钠的加入量为膨润土原矿质量的2.5％；
第二步，利用旋流分级机进行二级提纯
将第一步制得的高度分散的初级提纯的膨润土矿浆用泥浆泵送入旋流分级机，形成的矿浆溢流进入二级搅拌筒，继续搅拌，旋流分级机底部流出的杂质矿物直接排入尾矿坝，由此去除膨润土矿浆中粒径大于0.05mm的杂质矿物，得到高度分散的二级提纯的膨润土矿浆；
第三步，利用重力分选设备进行三级提纯
将第二步制得的高度分散的二级提纯膨润土矿浆通过管道输送给摇床分选，丢弃重砂，再将得到的悬浮泥浆倒入离心机进行分选，分离出粒径大于3.0微米的微细粒杂质矿物，得到高度分散的三级提纯的膨润土矿浆；
第四步，絮凝浓缩
在第三步得到的高度分散的三级提纯的膨润土矿浆中加入絮凝剂，混匀后用泥浆泵送入高效浓密机中进行浓缩，其中的大部分水分通过上清液溢流排除，得到提纯浓缩的膨润土矿浆，所述的絮凝剂为分子量500万的阳离子型聚丙烯酰胺，絮凝剂的加入量为膨润土矿浆中实际所膨润土固体总量的1.0％；
第五步，有机改性
将第四步得到的提纯浓缩的膨润土矿浆用泥浆泵送入三机搅拌桶中，用1.0M的NaOH调节该矿浆的pH值至9.5，然后加入该矿浆中所含膨润土固体总重量1.5％的硅烷偶联剂KH-550和1.0％铝酸酯偶联剂DL-2411-C两种有机改性剂，搅拌100分钟，得到有机改性的提纯浓缩的膨润土矿浆，
第六步，烘干
将第五步得到的有机改性的提纯浓缩的膨润土矿浆用泥浆泵送入板框压滤机进行脱水，得到粘稠矿泥，将该粘稠矿泥转入回转窑中烘干，烘干温度为200℃，烘干时间为2小时，得到干燥的有机改性的提纯的膨润土的疏松团聚体；
第七步，超细粉碎
用雷蒙磨将第六步得到的干燥的有机改性的提纯的膨润土的疏松团聚体粉碎和风力分级，得到平均粒径小于20微米的干燥的有机改性的提纯的膨润土粉体，该矿物粘土粉体再经过气流磨进行超细粉碎，最终制得平均粒径为4.0微米、单分散纳米纤维的直径为10nm～50nm和比表面积大于400m2/g的有机改性的提纯的膨润土超细粉体，其测定方法同实施例2。
实施例4
有机改性提纯高岭土的制备
第一步，利用螺旋分级机进行初级提纯
按照每kg高岭土原矿加5L水的比例将高岭土原矿和水加入球磨机中研磨，形成的泥浆溢流经螺旋分级机除去粒径大于0.5mm的杂质矿物后，通过泥浆泵送入搅拌桶，同时加入表面活性剂聚丙烯酸钠，高速搅拌30分钟后，得到高度分散的初级提纯高岭土矿浆，聚丙烯酸钠的加入量为高岭土原矿质量的1.0％；
第二步，利用旋流分级机进行二级提纯
将第一步制得的高度分散的初级提纯的高岭土矿浆用泥浆泵送入旋流分级机，形成的矿浆溢流进入二级搅拌筒，继续搅拌，旋流分级机底部流出的杂质矿物直接排入尾矿坝，由此去除高岭土矿浆中粒径大于0.05mm的杂质矿物，得到高度分散的二级提纯的高岭土矿浆；
第三步，利用重力分选设备进行三级提纯
将第二步制得的高度分散的二级提纯高岭土矿浆通过管道输送给跳汰机，溢流送入离心分离机进行分选提纯，分离出粒径大于4.0微米的微细粒杂质矿物，得到高度分散的三级提纯的高岭土矿浆；
第四步，絮凝浓缩
在第三步得到的高度分散的三级提纯的高岭土矿浆中加入絮凝剂，混匀后用泥浆泵送入高效浓密机中进行浓缩，其中的大部分水分通过上清液溢流排除，得到提纯浓缩的高岭土矿浆，所述的絮凝剂为分子量350万的阳离子型聚丙烯酰胺，絮凝剂的加入量为高岭土矿浆中实际所高岭土固体总量的2.0％；
第五步，有机改性
将第四步得到的提纯浓缩的高岭土矿浆用泥浆泵送入三机搅拌桶中，用1.0M的NaOH调节该矿浆的pH值至9.5，然后加入该矿浆中所含高岭土固体总重量0.25％的硅烷偶联剂Si-792和0.25％钛酸酯偶联剂NXT-102两种有机改性剂，搅拌30分钟，得到有机改性的提纯浓缩的高岭土矿浆；
第六步，烘干
将第五步得到的有机改性的提纯浓缩的高岭土矿浆用泥浆泵送入板框压滤机进行脱水，得到粘稠矿泥，将该粘稠矿泥转入回转窑中烘干，烘干温度为160℃，烘干时间为3小时，得到干燥的有机改性的提纯的高岭土的疏松团聚体；
第七步，超细粉碎
用雷蒙磨将第六步得到的干燥的有机改性的提纯的高岭土的疏松团聚体粉碎和风力分级，得到平均粒径≤25微米的有机改性的提纯的高岭土粉体，该矿物粘土粉体再经过气流磨进行超细粉碎，最终制得平均粒径为6.0微米、片层厚度20nm～50nm，比表面积大于200m2/g的有机改性的提纯的高岭土超细粉体，其测定方法同实施例2。
实施例5
有机改性提纯伊利石的制备
第一步，利用螺旋分级机进行初级提纯
按照每kg伊利石原矿加3L水的比例将伊利石原矿和水加入球磨机中研磨，形成的泥浆溢流经螺旋分级机除去粒径大于0.5mm的杂质矿物后，通过泥浆泵送入搅拌桶，同时加入表面活性剂聚内烯酸钠，高速搅拌30分钟后，得到高度分散的初级提纯伊利石矿浆，聚丙烯酸钠的加入量为伊利石原矿质量的0.05％；
第二步，利用旋流分级机进行二级提纯
将第一步制得的高度分散的初级提纯的伊利石矿浆用泥浆泵送入旋流分级机，形成的矿浆溢流进入二级搅拌筒，继续搅拌，旋流分级机底部流出的杂质矿物直接排入尾矿坝，由此去除伊利石矿浆中粒径大于0.05mm的杂质矿物，得到高度分散的二级提纯的伊利石矿浆；
第三步，利用重力分选设备进行三级提纯
将第二步制得的高度分散的二级提纯伊利石矿浆通过管道输送给离心分离机进行分选提纯，分离出粒径大于4.0微米的微细粒杂质矿物，得到高度分散的三级提纯的伊利石矿浆；
第四步，絮凝浓缩
在第三步得到的高度分散的三级提纯的伊利石矿浆中加入絮凝剂，混匀后用泥浆泵送入高效浓密机中进行浓缩，其中的大部分水分通过上清液溢流排除，得到提纯浓缩的伊利石矿浆，所述的絮凝剂为分子量150万的阳离子型聚丙烯酰胺，絮凝剂的加入量为伊利石矿浆中实际所伊利石固体总量的2.0％；
第五步，有机改性
将第四步得到的提纯浓缩的伊利石矿浆用泥浆泵送入三机搅拌桶中，用1.0M的HCl调节该矿浆的pH值至4.5，然后加入该矿浆中所含伊利石固体总重量1.0％的硅烷偶联剂Si-570和0.5％钛酸酯偶联剂NXT-102两种有机改性剂，搅拌30分钟，得到有机改性的提纯浓缩的伊利石矿浆，
第六步，烘干
将第五步得到的有机改性的提纯浓缩的伊利石矿浆用泥浆泵送入板框压滤机进行脱水，得到粘稠矿泥，将该粘稠矿泥转入回转窑中烘干，烘干温度为150℃，烘干时间为4小时，得到干燥的有机改性的提纯的伊利石的疏松团聚体；
第七步，超细粉碎
用雷蒙磨将第六步得到的干燥的有机改性的提纯的伊利石的疏松团聚体粉碎和风力分级，得到平均粒径≤35微米的有机改性的提纯的伊利石粉体，该矿物粘土粉体再经过气流磨进行超细粉碎，最终制得平均粒径为6.0微米、片层厚度30nm～50nm，比表面积大于150m2/g的有机改性的提纯的伊利石超细粉体，其测定方法同实施例2。
实施例6
有机改性提纯绿泥石的制备
第一步，螺旋分级机初级提纯
按照每kg绿泥石原矿粉加5L水的比例将绿泥石原矿和水加入球磨机中研磨，形成的泥浆溢流经螺旋分级机除去粒径大于0.5mm的杂质矿物后，通过泥浆泵送入搅拌桶，同时加入表面活性剂聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠，高速搅拌30分钟后，得到高度分散的初级提纯绿泥石矿浆，聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠的加入量均为绿泥石原矿质量的0.05％；
第二步，利用旋流分级机进行二级提纯
将第一步制得的高度分散的初级提纯的绿泥石矿浆用泥浆泵送入旋流分级机，形成的矿浆溢流进入二级搅拌筒，继续搅拌，旋流分级机底部流出的杂质矿物直接排入尾矿坝，由此去除绿泥石矿浆中粒径大于0.05mm的杂质矿物，得到高度分散的二级提纯的绿泥石矿浆；
第三步，利用重力分选设备进行三级提纯
将第二步制得的高度分散的二级提纯绿泥石矿浆通过管道输送给离心分离机进行分选提纯，分离出粒径大于3.0微米的微细粒杂质矿物，得到高度分散的三级提纯的绿泥石矿浆；
第四步，絮凝浓缩
在第三步得到的高度分散的三级提纯的绿泥石矿浆中加入絮凝剂，混匀后用泥浆泵送入高效浓密机中进行浓缩，其中的大部分水分通过上清液溢流排除，得到提纯浓缩的绿泥石矿浆，所述的絮凝剂为分子量200万的阳离子型聚丙烯酰胺，絮凝剂的加入量为绿泥石矿浆中实际所绿泥石固体总量的1.5％；
第五步，有机改性
将第四步得到的提纯浓缩的绿泥石矿浆用泥浆泵送入三机搅拌桶中，用1.0M的NaOH调节该矿浆的pH值至9.5，然后加入该矿浆中所含绿泥石固体总重量1.25％的硅烷偶联剂Si-792和0.5％钛酸酯偶联剂NXT-102两种有机改性剂，搅拌30分钟，得到有机改性的提纯浓缩的绿泥石矿浆；
第六步，烘干
将第五步得到的有机改性的提纯浓缩的绿泥石矿浆用泥浆泵送入离心机进行脱水，得到粘稠矿泥，将该粘稠矿泥转入回转窑中烘干，烘干温度为150℃，烘干时间为4小时，得到干燥的有机改性的提纯的绿泥石的疏松团聚体；
第七步，超细粉碎
用雷蒙磨将第六步得到的干燥的有机改性的提纯的绿泥石的疏松团聚体粉碎和风力分级，得到平均粒径≤35微米的有机改性的提纯的绿泥石粉体，该矿物粘土粉体再经过气流磨进行超细粉碎，最终制得平均粒径为5.0微米、片层厚度30nm～50nm，比表面积大于150m2/g的有机改性的提纯的绿泥石超细粉体，其测定方法同实施例2。
实施例7
有机改性蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土的制备
第一步，用螺旋分级机进行初级提纯
按照每kg蒙脱石和凹凸棒石的天然混合矿物粘土原矿加6L水的比例将蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土原矿和水加入球磨机中研磨，形成的泥浆溢流经螺旋分级机除去粒径大于0.5mm的杂质矿物后，通过泥浆泵送入搅拌桶，同时加入表面活性剂聚丙烯酸钠和聚乙烯醇，高速搅拌30分钟后，得到高度分散的初级提纯蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土矿浆，聚丙烯酸钠和聚乙烯醇的加入量分别为蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土原矿质量的0.05％和0.1％；
第二步，利用旋流分级机进行二级提纯
将第一步制得的高度分散的初级提纯的蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土矿浆用泥浆泵送入旋流分级机，形成的矿浆溢流进入二级搅拌筒，继续搅拌，旋流分级机底部流出的杂质矿物直接排入尾矿坝，由此去除蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土矿浆中粒径大于0.05mm的杂质矿物，得到高度分散的二级提纯的蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土矿浆；
第三步，利用重力分选设备进行三级提纯
将第二步制得的高度分散的二级提纯蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土矿浆通过管道输送给离心分离机进行分选提纯，分离出粒径大于4.0微米的微细粒杂质矿物，得到高度分散的三级提纯的蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土矿浆；
第四步，絮凝浓缩
在第三步得到的高度分散的三级提纯的蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土矿浆中加入絮凝剂，混匀后用泥浆泵送入高效浓密机中进行浓缩，其中的大部分水分通过上清液溢流排除，得到提纯浓缩的蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土矿浆，所述的絮凝剂为分子量300万的阳离子型聚丙烯酰胺，絮凝剂的加入量为蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土矿浆中实际所蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土固体总量的2.0％；
第五步，有机改性
将第四步得到的提纯浓缩的蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土矿浆用泥浆泵送入三机搅拌桶中，用1.0M的HCl调节该矿浆的pH值至4.5，然后加入该矿浆中所含蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土固体总重量1.0％的硅烷偶联剂Si-570和1.5％钛酸酯偶联剂NXT-101两种有机改性剂，搅拌30分钟，得到有机改性的提纯浓缩的蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土矿浆，
第六步，烘干
将第五步得到的有机改性的提纯浓缩的蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土矿浆用泥浆泵送入板框压滤机进行脱水，得到粘稠矿泥，将该粘稠矿泥转入回转窑中烘干，烘干温度为160℃，烘干时间为4小时，得到干燥的有机改性的提纯的蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土的疏松团聚体；
第七步，超细粉碎
用雷蒙磨将第六步得到的干燥的有机改性的提纯的蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土的疏松团聚体粉碎和风力分级，得到平均粒径≤35微米的有机改性的提纯的蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土粉体，该矿物粘土粉体再经过气流磨进行超细粉碎，最终制得平均粒径为4.0微米、片层厚度30nm～50nm和单分散纳米纤维的直径为20nm～50nm，比表面积大于250m2/g的有机改性的提纯的蒙脱石和凹凸棒石天然混合矿物粘土超细粉体，其测定方法同实施例2。
Claims (3)
1.有机改性硅酸盐矿物粘土的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
第一步，利用螺旋分级机进行初级提纯
按照每kg硅酸盐矿物粘土原矿加3～15L水的比例将硅酸盐矿物粘土原矿和水加入球磨机中研磨，形成的泥浆溢流经螺旋分级机除去粒径大于0.5mm的杂质矿物后，通过泥浆泵送入搅拌桶，同时加入表面活性剂，高速搅拌30分钟后，得到高度分散的初级提纯硅酸盐矿物粘土矿浆，表面活性剂的加入量为硅酸盐矿物粘土原矿质量的0.05％～5.0％，上述的表面活性剂为聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或聚乙烯醇中的一种或两种，使用其中两种时，并不限定其间用量的配比；
第二步，利用旋流分级机进行二级提纯
将第一步制得的高度分散的初级提纯的硅酸盐矿物粘土矿浆用泥浆泵送入旋流分级机，形成的矿浆溢流进入二级搅拌筒，继续搅拌，旋流分级机底部流出的杂质矿物直接排入尾矿坝，由此去除硅酸盐矿物粘土矿浆中粒径大于0.05mm的杂质矿物，得到高度分散的二级提纯的硅酸盐矿物粘土矿浆；
第三步，利用重力分选设备进行三级提纯
将第二步制得的高度分散的二级提纯硅酸盐矿物粘土矿浆通过管道输送给重力分选设备，经过重力分选提纯，分离除去粒径大于3.0微米的细粒杂质矿物，得到高度分散的三级提纯的硅酸盐矿物粘土矿浆；
第四步，絮凝浓缩
在第三步得到的高度分散的三级提纯的硅酸盐矿物粘土矿浆中加入絮凝剂，混匀后用泥浆泵送入高效浓密机中进行浓缩，其中的大部分水分通过上清液溢流排除，得到提纯浓缩的硅酸盐矿物粘土矿浆，所述的絮凝剂为分子量50万～500万的阳离子型聚丙烯酰胺，絮凝剂的加入量为硅酸盐矿物粘土矿浆中实际所含硅酸盐矿物粘土固体总量的1.0％～2.0％，这里所说硅酸盐矿物粘土矿浆中实际所含硅酸盐矿物粘土固体总量，是取第三步得到的高度分散的三级提纯的硅酸盐矿物粘土矿浆1升，经转速为5000转/分以上的离心机进行固液分离后，倾倒出上层清液，将沉淀的粘泥烘干至含水量小于1.0％之后，称得到的硅酸盐矿物粘土固体实际重量来计算确定；
第五步，有机改性
将第四步得到的提纯浓缩的硅酸盐矿物粘土矿浆用泥浆泵送入三级搅拌桶中，用1.0M的HCl调节该矿浆的pH值为4.5或用1.0M的NaOH溶液调节该矿浆的pH值为9.5，然后加入有机改性剂，搅拌30分钟～100分钟，得到有机改性的提纯浓缩的硅酸盐矿物粘土矿浆，有机改性剂的加入量为该矿浆中所含硅酸盐矿物固体总重量的0.5％～4.0％，所述该矿浆中所含硅酸盐矿物固体总重量，是通过取1升该矿浆经烘干至含水量小于1.0％之后，称得到的固体的实际重量来计算确定；
第六步，烘干
将第五步得到的有机改性的提纯浓缩的硅酸盐矿物粘土矿浆用泥浆泵送入离心机或板框压滤机进行脱水，得到粘稠矿泥，再将该粘稠矿泥转入回转窑中烘干，烘干温度为120℃～200℃，烘干时间为2小时～4小时，得到干燥的有机改性的提纯的硅酸盐矿物粘土团聚体；
第七步，超细粉碎
用雷蒙磨将第六步得到的干燥的有机改性的提纯的硅酸盐矿物粘土团聚体粉碎和风力分级，得到平均粒径小于35微米，最大颗粒粒径小于50微米的干燥的有机改性的提纯的硅酸盐矿物粘土粉体，该矿物粘土粉体再经过气流磨进行超细粉碎，最终制得平均粒径为2.5～6.0微米的有机改性的提纯的硅酸盐矿物粘土超细粉体；
上述第五步中所述的有机改性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种、两种或三种，使用其中两种或三种时，并不限定其间用量的配比。
2.根据权利要求1中所述的有机改性硅酸盐矿物粘土的制备方法，其特征在于：上述方法第一步中所述的硅酸盐矿物粘土为以下天然矿物粘土：膨润土、海泡石、凹凸棒石、高岭土、绿泥石、伊利石或它们的天然混合矿物粘土。
3.根据权利要求1中所述的有机改性硅酸盐矿物粘土的制备方法，其特征在于：上述方法第三步中所述的重力分选设备为跳汰机、摇床、离心分离机或碟式分离机。
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