專利名稱：利用鹽湖鹵水制備硅酸鎂鋰蒙脫石的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有廣泛工業(yè)用途的新型材料——硅酸鎂鋰的制備方法，尤其涉及一種以鹽湖鹵水為原料，通過水熱法制備硅酸鎂鋰蒙脫石粘土的方法。
背景技術(shù)：
天然硅酸鎂鋰是一種高純度的納米礦物材料，礦物名為鋰皂石(Hectorite)，結(jié)構(gòu)式為Na0.3(Mg，Li)3Si4O10(F，OH)2，屬于稀缺礦種。
硅酸鎂鋰具有優(yōu)異的膠體分散性、穩(wěn)定性、觸變性及懸浮性，具有廣泛的工業(yè)用途，尤其用于各種涂料、化妝品、洗滌用品、油漆、日用化工品、鋰電池、印染助劑、潤滑劑、抗靜電劑、搪瓷制品的瓷袖、煙霧劑、粘度調(diào)節(jié)劑、增稠劑、分散劑、乳膠穩(wěn)定劑、酒類凈化劑、橡膠乳膠、水泥、凝膠等是化工行業(yè)；同時也是紡織工業(yè)、日用化工、醫(yī)藥、油氣鉆井優(yōu)質(zhì)泥漿的最佳原料礦產(chǎn)。
雖然硅酸鎂鋰性能優(yōu)良、應用廣泛，但硅酸鎂鋰資源比較稀少，達到可供工業(yè)開采的鋰皂石礦床十分罕見，除美國外，世界上很少有大規(guī)模開采的工業(yè)礦床。我國硅酸鎂鋰資源很少，并且由于資源的質(zhì)量原因，選礦、提純等過程會造成大量的尾礦，既浪費其他資源，又造成周圍環(huán)境的污染和生態(tài)破壞，而進行人工合成則可以解決以上弊端，并且合成品要比天然礦物純度高，不含氟化物。但人工合成的硅酸鎂鋰價格比較昂貴，其價格大致在每噸6.5-13萬之間。
我國是鹽湖資源大國，鹽湖鋰、鎂資源是我國在世界上具有優(yōu)勢的豐有資源，其中鋰資源儲量占世界鹽湖鋰資源儲量的三分之一，主要集中分布在青海的東、西臺吉乃爾、一里坪和西藏的扎布耶鹽湖區(qū)。在青海柴達木盆地的33個鹽湖中，無機鹽總儲量達3780億噸，其中鹽湖氯化鋰儲量為1392萬噸，占我國鋰資源總儲量的80％以上；鎂鹽儲量為31.5億噸。我國鹽湖鋰資源的特點是鹽湖鹵水中鎂鋰比值高，Mg/Li約為40∶1～1200∶1。長期以來，我國對青海鹽湖資源的開發(fā)利用僅停留在鉀、鈉、硼資源的利用上，鹵水中由于鎂、鋰的化學性質(zhì)十分接近，加之鎂鋰比偏高，分離提取技術(shù)難度大，幾乎沒有可行的工藝。
青海鹽湖在提取鉀、鈉、硼、鈣資源的過程中，有10倍于鉀肥的鎂鹽重新排入鹽湖中，排放的老鹵絕大部分在存儲的過程中流失，通過滲漏的形式重新回到鹽湖的原生鹵水中。長期下去必然會使得鹽湖原生鹵水的化學組成失調(diào)，最終導致鹽湖開發(fā)工藝的動態(tài)調(diào)整，嚴重危害鹽湖資源的進一步開發(fā)。也給鹽湖的生態(tài)平衡造成嚴重的破壞，形成所謂的“鎂害”。因此，如何解決青海鹽湖的“鎂害”問題，如何綜合開發(fā)利用鹽湖資源已經(jīng)引起了國家和當?shù)卣母叨戎匾暋Ｈ绻麑⑻崛♀c、鉀、硼、鈣后的濃縮鹵水，通過加鋰或加鎂的方式來調(diào)節(jié)鹵水中鎂鋰比，就可以直接把鹵水用于合成硅酸鎂鋰，此法不但工藝簡單，避開了鎂鋰分離這一難題，而且同時綜合利用了鹽湖鎂鋰資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用鹽湖鹵水制備硅酸鎂鋰蒙脫石粘土的方法。
本發(fā)明制備硅酸鎂鋰蒙脫石粘土的方法為是先將可溶性硅酸鹽添加至鹽湖濃縮鹵水中，再用堿溶液調(diào)節(jié)混合液的PH值不小于11，并用初級鎂產(chǎn)品及初級鋰產(chǎn)品調(diào)節(jié)混合液中鎂、鋰及硅酸鹽的化學計量比，然后將混合溶液置于高壓反應釜中，在高壓水熱條件下反應，冷卻后離心洗滌或抽濾，干燥即得硅酸鎂鋰粉體。
所述鹽湖濃縮鹵水為鹽湖自然鹵水經(jīng)提鉀、鈉、硼、鈣后，經(jīng)日曬蒸發(fā)的濃縮溶液。一般室溫下濃縮鹵水中鎂離子含量以氯化鎂計可以達到32％，鋰離子含量以氯化鋰計可以達到2.8％，其鎂鋰比(質(zhì)量比)為4∶1～40∶1。
所述硅酸鹽為硅酸鈉、硅酸鉀或硅酸鉀鈉中的任何一種。
所述堿溶液為氫氧化鈉溶液。
所述初級鎂產(chǎn)品為MgCl2、MgO中的至少一種；所述初級鋰產(chǎn)品為LiOH、LiCl、Li2CO3中的至少一種。
所述水熱條件為反應溫度150℃～250℃，反應時間6～14小時。
所述混合液中鎂、鋰及硅酸鹽的物質(zhì)的量之比為Mg2+∶Li+∶Si4+＝2.7∶0.3∶4。
上述方法制備的硅酸鎂鋰蒙脫石的分子式為A0.3+δLi03+xMg2.7-xSi4O10(OH)2，其中A為鉀或鈉離子；0≤δ≤0.4，0≤x≤0.2，且鎂和鋰總的物質(zhì)的量為3。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點
1、本發(fā)明直接采用鹽湖鹵水為原料，利用鹽湖資源中豐富的鋰、鎂資源合成硅酸鎂鋰，合成過程無需鎂鋰分離，避開了鎂鋰分離技術(shù)難題，為鹽湖資源的綜合開發(fā)利用開辟了新的思路和途徑。
2、本發(fā)明采用高壓水熱法，反應在水溶液體系中進行，反應充分，無需添加劑、催化劑，減少了雜質(zhì)的引入，產(chǎn)品純度高、質(zhì)量穩(wěn)定性和重現(xiàn)性好。
3、本發(fā)明對鹽湖鹵水中的雜質(zhì)含量要求低，工藝簡單，生產(chǎn)周期短，成本低，產(chǎn)品附加值高，適于產(chǎn)業(yè)化。
4、本發(fā)明的工藝具有原料無毒、無害，過程沒有污染，結(jié)果不產(chǎn)生廢物的綠色化學的特點。
5、本發(fā)明可適用于較大鎂鋰比例和較寬鎂鋰含量范圍的鹽湖鹵水。


圖1為本發(fā)明實施例一中制備的硅酸鎂鋰XRD2為本發(fā)明實施例二中制備的硅酸鎂鋰XRD3為本發(fā)明實施例三中制備的硅酸鎂鋰XRD圖具體實施方式
實施例一取1000g濃縮鹵水，其化學組成重量百分比為LiCl 2.50％；NaCl 1.42％；KCl 0.18％；MgCl229.13％；MgSO43.75％；B2O31.66％；H2O 61.37％；將2234.78g Na2SiO3·9H2O添加至鹽湖濃縮鹵水中，攪拌使其充分混合后，加入NaOH溶液調(diào)節(jié)混合液的PH值至11，并用394.02g MgCl2·6H2OH調(diào)節(jié)混合液中鎂、鋰及硅酸鹽的物質(zhì)的量之比為Mg2+∶Li+∶Si4+＝2.7∶0.3∶4；然后將混合溶液置于高壓反應釜中，在250℃，反應6小時，冷卻，取出凝膠狀產(chǎn)物，離心洗滌，干燥，研磨成粉體。經(jīng)XRD測試所得白色粉體樣品為硅酸鎂鋰蒙脫石粘土。其組成為Na2O 3.23％；Li2O 1.17％；MgO 28.39％；SiO262.71％；H2O 4.70％?；厥章蕿?2％。
實施例二取1000g濃縮鹵水，其化學組成重量百分比為LiCl 1.20％；NaCl 1.82％；KCl 0.28％；MgCl228.60％；MgSO43.25％；B2O31.76％；H2O 63.09％；將1214.07g液體硅酸鉀鈉(aK2O·bNa2O·cSiO2·nH2O，其中K2O5.5％；Na2O5.5％；SiO224.0％)加入濃縮鹵水中，攪拌使其充分混合后，加入NaOH溶液調(diào)節(jié)混合液的PH值至12，并用9.18g LiCl2·2H2O調(diào)節(jié)混合液中鎂、鋰及硅酸鹽的物質(zhì)的量之比為Mg2+∶Li+∶Si4+＝2.7∶0.3∶4；然后將混合溶液置于高壓反應釜中，在200℃反應10小時，冷卻，取出凝膠狀產(chǎn)物，離心洗滌，干燥，研磨成粉體。經(jīng)XRD測試所得白色粉體樣品為硅酸鎂鋰蒙脫石粘土。其組成為Na2O 2.96％；Li2O 1.18％；MgO 28.60％；SiO262.98％；H2O 4.28％?；厥章蕿?0％。
實施例三取1000g濃縮鹵水，其化學組成重量百分比為LiCl 2.50％；NaCl 1.42％；KCl 0.18％；MgCl229.13％；MgSO43.75％；B2O31.66％；H2O 61.37％。將1630.10g液體硅酸鉀(K2SiO3·nH2O)加入濃縮鹵水中，攪拌使其充分混合后，加入NaOH溶液調(diào)節(jié)混合液的PH值至14，并用MgO調(diào)節(jié)混合液中鎂、鋰及硅酸鹽的物質(zhì)的量之比為Mg2+∶Li+∶Si4+＝2.7∶0.3∶4；然后將混合溶液置于高壓反應釜中，在150℃反應14小時，冷卻，取出凝膠狀產(chǎn)物，離心洗滌，干燥，研磨成粉體。經(jīng)XRD測試所得白色粉體樣品為硅酸鎂鋰蒙脫石粘土。其組成為Na2O 1.03％；Li2O 1.16％；MgO 28.72％；SiO263.07％；H2O 6.02％。回收率為89％。
以鹽湖濃縮鹵水為原料，通過可溶性硅酸鹽及初級鎂、鋰產(chǎn)品調(diào)節(jié)鎂、鋰及硅酸鹽物質(zhì)的量之比，并在高壓水熱條件下反應制備硅酸鎂鋰蒙脫石粘土的實施例有很多，這里不再一一贅述。
權(quán)利要求
1.一種利用鹽湖鹵水制備硅酸鎂鋰蒙脫石的方法，是將可溶性硅酸鹽添加至鹽湖濃縮鹵水中，用堿溶液調(diào)節(jié)混合液的PH值不小于11，并用初級鎂產(chǎn)品及初級鋰產(chǎn)品調(diào)節(jié)混合液中鎂、鋰及硅酸鹽的化學計量比，然后將混合溶液置于高壓反應釜中，在高壓水熱條件下反應，冷卻后離心洗滌或抽濾，干燥即得硅酸鎂鋰粉體。
2.如權(quán)利要求1所述利用鹽湖鹵水制備硅酸鎂鋰蒙脫石的方法，其特征在于所述硅酸鹽為硅酸鈉、硅酸鉀或硅酸鉀鈉中的任何一種。
3.如權(quán)利要求1所述利用鹽湖鹵水制備硅酸鎂鋰蒙脫石的方法，其特征在于所述堿溶液為氫氧化鈉溶液。
4.如權(quán)利要求1所述利用鹽湖鹵水制備硅酸鎂鋰蒙脫石的方法，其特征在于所述鹽湖濃縮鹵水為鹽湖自然鹵水經(jīng)提鉀、鈉、硼、鈣后，經(jīng)日曬蒸發(fā)的濃縮溶液。
5.如權(quán)利要求1所述利用鹽湖鹵水制備硅酸鎂鋰蒙脫石的方法，其特征在于所述初級鎂產(chǎn)品為MgCl2、MgO中的至少一種；所述初級鋰產(chǎn)品為LiOH、LiCl、Li2CO3中的至少一種。
6.如權(quán)利要求1所述利用鹽湖鹵水制備硅酸鎂鋰蒙脫石的方法，其特征在于所述水熱條件為反應溫度150℃～250℃，反應時間6～14小時。
7.如權(quán)利要求1所述利用鹽湖鹵水制備硅酸鎂鋰蒙脫石的方法，其特征在于所述混合液中鎂、鋰及硅酸鹽的物質(zhì)的量之比為Mg2+∶Li+∶Si4+＝2.7∶0.3∶4。
8.如權(quán)利要求1所述方法制備的硅酸鎂鋰蒙脫石。
9.如權(quán)利要求8所述的硅酸鎂鋰蒙脫石，其特征在于其分子式為A0.3+δLi0.3+xMg2.7-xSi4O10(OH)2，其中A為鉀或鈉離子。
10.如權(quán)利要求9所述的硅酸鎂鋰蒙脫石，其特征在于0≤δ≤0.4，0≤x≤0.2，且鎂和鋰總的物質(zhì)的量為3。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種直接利用鹽湖鹵水合成硅酸鎂鋰蒙脫石的方法，該方法是將可溶性硅酸鹽添加至鹽湖濃縮鹵水中，用堿溶液調(diào)節(jié)混合液的pH值不小于11，并用初級鎂產(chǎn)品及初級鋰產(chǎn)品調(diào)節(jié)混合液中鎂、鋰及硅酸鹽的化學計量比，然后將混合溶液置于高壓反應釜中，在高壓水熱條件下反應，冷卻后離心洗滌或抽濾，干燥即得硅酸鎂鋰粉體。本發(fā)明利用鹽湖資源中豐富的鋰、鎂資源合成硅酸鎂鋰，合成過程無需鎂鋰分離，避開了鎂鋰分離技術(shù)難題，工藝簡單，生產(chǎn)周期短，成本低，產(chǎn)品附加值高，適于產(chǎn)業(yè)化；本發(fā)明原料無毒、無害，工藝過程沒有污染，結(jié)果不產(chǎn)生廢物，為鹽湖資源的綜合開發(fā)利用開辟了新的思路和途徑。
文檔編號C01B33/20GK1789124SQ20051009640
公開日2006年6月21日 申請日期2005年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月17日
發(fā)明者姚穎, 賈永忠, 孫進賀, 景燕, 李武 申請人:中國科學院青海鹽湖研究所