osage

六偏磷酸钠提纯凹凸棒石的试验研究

刘蓉1胡盛1,2*杨眉2,3

（1湖北民族学院化学与环境工程学院，湖北恩施445000；2中国地质大学材料科学与化学工程学院，湖北武汉430074；3中国地质

大学教育部纳米矿物材料及应用工程研究中心，湖北武汉430074）

摘要

通过XRD手段分析了江苏省盱眙县凹凸棒石原矿(AT)的主要成分为凹凸棒石、伊利石、石英（或含蛋白石）等。用六偏磷酸钠作

为凹凸棒石提纯的分散剂、采用搅拌、静置分层等步骤除去AT中的主要杂质。正交试验优化了提纯试验，考察了凹凸棒石矿浆浓度、搅拌时间、六

偏磷酸钠用量对提纯凹凸棒石(PAT)膨胀容和平均粒径的影响。试验结果表明：凹凸棒石矿浆浓度为5%、搅拌时间60min、六偏磷酸钠用量2%时，

PAT的膨胀容最大，凹凸棒石提纯效果最佳，经XRD分析和TEM评价，纯度大于92%。

关键词凹凸棒石六偏磷酸钠提纯

中图分类号：TD97文献标识码：A文章编号：1000-8098(2010)03-0039-03

StudyonPurificationofAttapulgitebySodiumHexametahposphate

LiuRong1HuSheng1,2*YangMei2,3

(1SchoolofChemicalandEnvironmentEngineering,HubeiUniversityforNationalities,Enshi445000;2DepartmentofMaterialScienceand

ChemicalEngineering,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074;3EngineeringRearchCenterofNano-MineralMaterialsandApplication

ofMinistryofEducation;ChinaUniversityofGeosciences;Wuhan430074)

AbstractTheX-raydiffractionshowedthatattapulgite,quartzite,ledikiteandsoonweremianmineralsoftherawattapulgite(AT).Thefactors

includingthedosageofsodiumhexametahposphate,thepulpconsistencyofattapulgiteandthestirringtimewhichaffectedtheswellingcapacityof

purificationattapulgite(PAT)ultsshowedthatwhenthedosageofsodiumhexametahposphate

asdispersant,thepulpconsistencyofattapulgiteandthestirringtimewere2%,5%,60min,respectively,theswellingcapacityofpurification

attapulgitewasthebig-raydiffraction(XRD)andtransmissionelectron

microscope(TEM)showedthatthepurityquotientofpurificationattapulgitemorethan92%.

Keywordsattapulgitesodiumhexametahposphatepurification

凹凸棒石晶体多为针状纤维，单晶直径大多为

10nm~100nm，长度为0.1μm~1μm，是天然的一维纳米

材料，成为国内外学者研究的热点之一[1-5]。但是由

于天然凹凸棒石以中低品位居多，含有杂质，制约了

对凹凸棒石的研究和利用。被誉为“凹土之乡”的盱

眙县具有丰富的凹凸棒石蕴藏量，约占世界凹凸棒石

储量的50%，分离提纯以制取理想的凹凸棒石，为系

统分析其物理化学性质，进一步认识凹凸棒石纳米效

应，开发凹凸棒石纳米材料应用技术，提高我国凹凸

棒石的经济附加值，具有重要的理论和实际意义。

凹凸棒石最重要的特点之一就是在相当低的浓

度下可以形成高黏度的悬浮液且凹凸棒石胶体悬浮

液受盐的影响很小，提纯中，选择性的加入分散剂，进

入凹凸棒石棒晶、棒晶束或棒晶束聚集体之间，使其

结合力减弱，棒晶结合松解，此时，通过外加适当的机

械搅拌力，凹凸棒石棒晶束或棒晶束聚集体很易解离

开，形成悬浮液与杂质分开[6]。本实验采用六偏磷酸

钠作为提纯凹凸棒石的分

散剂，探讨凹凸棒石矿浆浓度、搅拌时间、六偏磷酸钠

用量对凹凸棒石提纯效果的影响，以膨胀容和平均粒

径预评价凹凸棒石的提纯效果，并利用XRD和TEM

对提纯效果进行进一步表征，为凹凸棒石的提纯研究

提供现实数据。

1实验部分

1.1实验样品和化学试剂

凹凸棒石样品：经粉碎

的江苏省盱眙县产凹凸棒石高黏原矿（AT），不含蒙

脱石，主要杂质为伊利石、石英（或含蛋白石）等，其

XRD图谱见图1。试剂为六偏磷酸钠，分析纯，天津

市东丽区泰兰德化学试剂厂。

1.2

提纯方法

称取少量凹凸棒石原矿，加入蒸馏

水浸泡24h，向浸泡后的凹凸棒石水溶液加入少量六

偏磷酸钠，搅拌一定时间、静置6min、分层，分离出上

层悬浮液，干燥、粉碎即得提纯凹凸棒石（PAT）。

收稿日期：2010-03-09

基金项目：湖北省教育厅科学技术研究项目（B20101903）。

通讯作者：胡盛，E-mail:*********************.

-39-

2θ/(°)

图1凹凸棒石原矿的XRD图

谱

图2矿浆浓度对提纯凹凸棒石膨胀容的影响

第33卷第3

期

非金属矿2010年5

月

用量对凹凸棒石的平均粒径影响相当。

表2六偏磷酸钠提纯凹凸棒石正交试验数据

矿浆浓度

/%

搅拌时间

/min

六偏磷酸钠用量

/%

平均粒径

/µm

膨胀容

/(mL/g)

样号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

5

15

10

20

5

15

10

20

5

15

10

20

5

15

10

20

60

120

120

60

90

30

30

90

30

90

90

30

120

60

60

120

6

2

6

2

2

6

2

6

8

4

8

4

4

8

4

8

3.85

5.31

4.27

5.66

5.71

6.04

3.20

5.91

3.95

5.97

4.86

6.26

5.31

5.71

5.60

6.62

14.2

11.2

10.6

9.2

10.8

8.6

11.4

5.8

11.8

8.0

8.1

6.8

14.0

7.8

8.8

8.0

1.3提纯效果的评价

膨胀容是评价矿物的一个重

要指标，对图1分析可知，AT中主要杂质是伊利石、

石英等。凹凸棒石的膨胀容比伊利石、石英均大，采

用膨胀容预评价凹凸棒石的提纯效果：膨胀容越大、

凹凸棒石纯度越高；膨胀容越小、凹凸棒石纯度越低。

膨胀容测试参考SN/T0990-2001《出口颗粒膨润土

中白度、酸度及膨胀容的检验方法》。

凹凸棒石的平均粒径通过四川省轻工业研究设

计院生产的JL-1155型激光粒度测试仪测试，由于凹

凸棒石是天然的一维纳米材料，用平均粒径辅助膨胀

容预评价凹凸棒石的提纯效果。

用荷兰帕纳科公司生产的X'PertPRODY2198

型X-射线衍射仪对PAT进行评价[7]，根据矿物的特

征峰及峰面积分析凹凸棒石的纯度。

采用荷兰PHILIPS公司生产的CM12型透射电

子显微镜表征超声分散后的PAT的微观形貌，进一步

分析凹凸棒石的纯度。

2结果与讨论

粒度分析

K

1

K2

K3

K4

R

4.71

4.48

5.76

6.11

1.63

4.86

5.21

5.61

5.38

0.75

4.97

5.79

5.02

5.29

0.82

膨胀容分析

K12.7

9.7

8.9

7.5

5.25

9.7

10.0

8.2

11.0

2.78

10.7

9.4

9.8

8.9

1.73

1

K

2

K3

K4

R

2.1膨胀容预评价凹凸棒石提纯效果

试验考察了

根据表2中数据分析，分别作凹凸棒石矿浆浓

度、搅拌时间和六偏磷酸钠用量对凹凸棒石膨胀容、

平均粒径的关系，结果见图2~图4。

随着凹凸棒石矿浆浓度的增加，提纯凹凸棒石的

膨胀容是逐渐变小的，平均粒径是先减小后增加（见

图2），当凹凸棒石的矿浆浓度为10%时，平均粒径最

小，此时预评价凹凸棒石的提纯效果较好，综合膨胀

容和平均粒径与凹凸棒石的矿浆浓度的变化关系知，

当凹凸棒石的矿浆浓度为5%时，预评价凹凸棒石的

凹凸棒石矿浆浓度、搅拌时间、六偏磷酸钠对凹凸棒

石提纯效果的影响，采用膨胀容来进行评价，正交试

验水平因素见表1，正交试验数据见表2。

表1六偏磷酸钠提纯凹凸棒石正交试验水平因素表

因素

凹凸棒石原矿浓度/%搅拌时间/min六偏磷酸钠用量/%

1

2

3

4

5

10

15

20

30

60

90

120

2

4

6

8

由表2中膨胀容的数据分析表明，凹凸棒石的矿

浆浓度对凹凸棒石的膨胀容影响最大，因为矿浆浓度

的极差最大。搅拌时间对凹凸棒石的膨胀容影响其

次，六偏磷酸钠用量对凹凸棒石的膨胀容影响最小。

从平均粒径的数据分析可知，各因素对凹凸棒石的平

均粒径影响大小关系为，凹凸棒石矿浆浓度对凹凸棒

石的平均粒径影响最大、搅拌时间和六偏磷酸钠

-40-

图3搅拌时间对提纯凹凸棒石膨胀容的影响

图4六偏磷酸钠用量对提纯凹凸棒石膨胀容的影响

2θ/(°)

图5提纯凹凸棒石的XRD图

谱

图6凹凸棒石的TEM图(100000

×

)

刘蓉，等六偏磷酸钠提纯凹凸棒石的试验研究

将提纯凹凸棒石浸泡并加入少量的

2.3TEM分析

六偏磷酸钠进行超声分散[8]，观察超声分散后的凹凸

棒石的微观结构进一步判断凹凸棒石的提纯效果，见

图6。提纯后的凹凸棒石的微观结构为典型的棒状

结构，通过XRD和TEM综合分析，提纯凹凸棒石的

纯度大于92%。

3结论

1.江苏省盱眙县凹凸棒石高黏矿原矿主要成分

为凹凸棒石、伊利石、石英（或含蛋白石）等。

2.采用平均粒径辅助膨胀容预评价凹凸棒石评

价效果，数据表明，采用六偏磷酸钠作为分散剂，在机

械搅拌的方式下，凹凸棒石的最佳提纯条件为：凹凸

棒石矿浆浓度5%、搅拌时间60min、六偏磷酸钠用量

2%。

和TEM分析表明，六偏磷酸钠作分散剂、

在最佳提纯条件下，提纯后的凹凸棒石的纯度大于

92%。

提纯效果最佳。

当搅拌时间改变时，提纯凹凸棒石的膨胀容变化

较复杂，见图3。随着搅拌时间的增加，膨胀容是先增

加后减小后增加，当搅拌时间为90min时，膨胀容最

小，搅拌时间为120min时，膨胀容最大，此时平均粒

径也较小，随着搅拌时间的延长，膨胀容可能会更大、

平均粒径可能更小，考虑到提纯成本，选取搅拌时间

为60min。

六偏磷酸钠用量与提纯凹凸棒石膨胀容和平均

粒径关系，见图4。六偏磷酸钠用量为2%时，提纯凹

凸棒石的膨胀容最大，平均粒径最小，此时凹凸棒石

的提纯效果最佳。

综合以上分析，当凹凸棒石矿浆浓度为5%、搅拌

时间为60min、六偏磷酸钠用量为2%时，预评价凹凸

棒石的提纯效果最佳。

参考文献：

[1]Yong-LaiLu,ZhaoLi,Zhong-ZhenYu,tructureandprop-

ertiesofhighlyfilledrubber/claynanocompositespreparedbymelt

blending[J].CompositesScienceandTechnology,2007,67:2903-2913.

[2]LihuaWang,ationandpropertiesofpolypropylene/

org-attapulgiteNanocomposites[J].Polymer,2005,46:6243-6249.

[3]ofattapulgiteonthecrystallizationbehaviorand

mechanicalpropertiesofpoly(butylenesuccinate)nanocomposites[J].

JournalofPhysicsandChemistryofSolids,2008,69:1411-1414.

[4]ShangyueShen,MeiYang,SonglinRan,ationandProperties

ofNaturalRubber/PalygorskiteCompositesbyCo-CoagulationRubber

LatexandClayAqueousSuspension[J].JournalofPolymerRearch,

2006(10):469-473.

[5]胡盛，杨眉，沈上越，等.凹凸棒石的改性及其在天然橡胶中应用[J].

硅酸盐学报，2008，36(6)：858-861.

[6]汤庆国，沈上越，周咸立，等.板桥坡缕石矿提纯及其性能研究[J].

非金属矿，2003，26(5)：38-40.

[7]熊飞，尹琳，蔡元峰，等.凹凸棒粘土中坡缕石的内标法X衍射定

量分析研究[J].高校地质学报，2005，11(3)：453-458.

[8]胡盛，杨眉.凹凸棒石超微分散及其在橡胶中的应用研究[J].非金

属矿，2007，30(6)：11-14.

2.2XRD分析根据凹凸棒石的最佳提纯条件，提

纯凹凸棒石并进行了XRD表征，结果见图5。对比

图1和图5，根据矿物的特征峰可知，PAT主要物质

为凹凸棒石、微量的石英（或蛋白石）等杂质，凹凸棒

石的特征峰更加明显，峰面积更大，纯度明显提高。

-41-