減少的結(jié)晶二氧化硅的硅藻土產(chǎn)品及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有減少的方石英含量的硅藻土產(chǎn)品，及其制造方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 硅藻土在利用其吸附，過濾以及其它性質(zhì)許多應(yīng)用中已被使用多年。硅藻土礦石 是一種自然產(chǎn)生的礦石，其相當(dāng)容易碾成精細的粉末。硅藻土主要由水藻類的硅藻的骨骼 殘留形成，并主要包括二氧化硅，伴有某些少量的鈉，鋁和鐵。不同元素的百分比可根據(jù)硅 藻土的來源和收集點而變化，但一般來說，無定形的二氧化娃構(gòu)成了超過娃藻土 85%的重 量。
[0003] 硅藻土可用作助濾劑、在包括牙膏的產(chǎn)品用作柔和的磨料、機械殺蟲劑、液體吸收 劑、用于涂料的消光劑、塑料和橡膠中的增強填料、塑料膜中的防結(jié)塊劑，化學(xué)催化劑中的 多孔載體、貓砂、以及炸藥中的穩(wěn)定成分。因為其為耐熱的，其還可用作隔熱材料。
[0004] 由于硅藻土的高的孔隙度，以及通過改善硅藻土產(chǎn)品的粒徑可調(diào)節(jié)該孔隙度，所 以硅藻土是一種優(yōu)越的助濾劑。硅藻土還為優(yōu)越的填料，通過合適的處理，最后的硅藻土產(chǎn) 品可以制備成明殼的、白色形式。
[0005] 用于制備硅藻土的傳統(tǒng)的方法一般以碾碎和研磨步驟來開始，其中將硅藻土在打 開的圓形（circuit)中研磨成粒徑中值約為10-20微米。其隨后送去煅燒，該礦石在約大 于1000° C，一般在具有助熔劑的條件下進行加熱。在煅燒過程中使用的高溫和助熔劑產(chǎn) 生了高滲透性的產(chǎn)品。為了制造最后的產(chǎn)品明亮，該助熔劑一般為鈉助熔劑。
[0006] 在具有鈉助熔劑的煅燒步驟中，硅藻外殼中的顯著量的無定形二氧化硅轉(zhuǎn)化成結(jié) 晶二氧化硅，主要為方石英的形式。這種轉(zhuǎn)化發(fā)生在在有或沒有助熔劑的加入的情況下的 高溫煅燒下。不幸的是，方石英可為非理想的，特別是其以可吸入或空中浮游的形式存在 (例如，粒徑小于10微米)。利用傳統(tǒng)方法產(chǎn)生的硅藻土產(chǎn)品可包含大于I wt%的可吸入或 空中浮游的方石英，且所包括的方石英總含量為50-75 wt%。結(jié)果，硅藻土生產(chǎn)商努力地減 少方石英硅藻土中方石英的含量，特別是方石英或結(jié)晶二氧化硅中的可吸入或空中浮游的 顆粒的含量。不幸的是，到目前為止，這些努力還沒有成功開發(fā)出一種經(jīng)濟的方法，該方法 能夠制備具有理想明亮的、白的外觀的低方石英的硅藻土產(chǎn)品。
[0007] CIE標(biāo)準(zhǔn)觀察者函數(shù)用于確定標(biāo)準(zhǔn)人類觀察者是如何感應(yīng)顏色的。該CIE三基色 刺激值（XYZ)從CIE標(biāo)準(zhǔn)觀察者函數(shù)中計算得到，并考慮到照明的類型和樣品的反射。該 XYZ值基于理想漫反射的照明來計算得到，理想漫反射在每個波長處具有100的反射率。定 義理想白色的Y值等于100。CIE公開15. 2 (1986)包括在XYZ顏色映射表上的信息以及 CIE標(biāo)準(zhǔn)觀察者函數(shù)。對于硅藻土產(chǎn)品來說，許多應(yīng)用需要明亮、白色的外觀，以及因此較高 的Y值。
[0008] 已知地，不管是否加入助熔劑，從無定形二氧化硅到方石英的轉(zhuǎn)變發(fā)生在高溫下， 且當(dāng)加入鈉基助熔劑時，會加速該轉(zhuǎn)化。相應(yīng)地，減少結(jié)晶二氧化硅形成的努力包括嘗試在 沒有助熔劑的情況下進行煅燒，在具有非鈉基助熔劑(例如：鉀）情況下的煅燒，減少硅藻土 暴露在煅燒高溫下的時間（也稱為"閃速煅燒")，完全去掉煅燒步驟，或在助熔煅燒中加入 鉀化合物。鉀基助熔劑被成功地用于制備硅藻土助濾劑，但鉀基助熔劑的使用并沒有產(chǎn)生 中間體或高滲透性的助濾劑。
[0009] 因此，需要具有明亮白色外觀、高滲透性以及具有低含量方石英的硅藻土產(chǎn)品以 及制造該娃藻土產(chǎn)品的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 在一個方面，公開了用于制備硅藻土產(chǎn)品的方法。該公開的方法可包括研磨硅藻 土礦石以制備研磨的硅藻土。該研磨硅藻土可隨后利用鈉助熔劑來煅燒，以制備助熔煅燒 (flux-calcined)的娃藻土，或可直接煅燒娃藻土，以制備直接煅燒的娃藻土。術(shù)語"煅燒 的硅藻土"將在此被限定成包含了助熔煅燒和直接煅燒的材料。該方法可隨后還包括將煅 燒的硅藻土與氫氧化鉀混合在一起，來制備煅燒的硅藻土和氫氧化鉀的混合物。最后，該方 法還包括加熱煅燒的硅藻土和氫氧化鉀的混合物來制備硅藻土產(chǎn)品。
[0011] 在另一個方面，公開了一種將硅藻土轉(zhuǎn)化為低方石英液體吸附劑的方法，所述硅 藻土用作過濾劑并包括在過濾中捕獲的固體方石英。該公開的方法包括將硅藻土和固體與 氫氧化鉀混合，以制備硅藻土、固體以及氫氧化鉀的混合物。該方法還包括加熱硅藻土、固 體以及氫氧化鉀的混合物，以制備低方石英的液體吸附劑。
[0012] 在另一個方面，公開了一種硅藻土產(chǎn)品，其包括具有少于約55 wt%方石英的硅藻 土，且所述娃藻土的Y值約大于88。
[0013] 在上述的任意一個或多個實施例中，該煅燒的硅藻土可包括方石英的第一含量， 且該硅藻土產(chǎn)品可包括方石英的第二含量，其中該第二含量少于該第一含量。在這種概念 的另一個細化例子中，該第二含量可以比第一含量約少一半。在這種概念的另一個細化例 子中，該第二含量可比第一含量約少25%。在這種概念的另一個細化例子中，該第二含量可 比第一含量約少20%。
[0014] 在上述任一個或多個實施例中，該煅燒的硅藻土和氫氧化鉀的混合物可包括達到 約15%氫氧化鉀。在這種概念的另一個細化例子中，該混合物可包括約0. 5%到約15%%的 氫氧化鉀。在這種概念的另一個細化例子中，該混合物可包括約2. 5%到約15%%的氫氧化 鉀。
[0015] 在上述的任意一個或多個實施例中，該硅藻土產(chǎn)品可包括約10%到約17%的方石 英。
[0016] 在上述的任意一個或多個實施例中，當(dāng)與煅燒的硅藻土混合時，該氫氧化鉀為粉 末形式?？商娲兀摎溲趸浛梢运芤夯驖{液的形式來加入。
[0017] 在上述的任意一個或多個實施例中，煅燒的硅藻土和氫氧化鉀的混合物的加熱可 在約649° C至約1100° C之間的溫度范圍來進行。在這種概念的另一個細化例子中，該 溫度范圍可從約850° C至約1100° C。
[0018] 在上述的任意一個或多個實施例中，硅藻土產(chǎn)品所具有的Y值為至少88。在這種 概念的另一個實施例中，該硅藻土產(chǎn)品可具有約88至約94的Y值。
[0019] 在上述的任意一個或多個實施例中，該煅燒的硅藻土和氫氧化鉀混合物的加熱可 在范圍約5分鐘到約40分鐘的時間段內(nèi)進行。
[0020] 在上述的任意一個或多個實施例中，該硅藻土產(chǎn)品包含約少于20 wt%的方石英。
【具體實施方式】
[0021] 助熔煅燒的硅藻土的助濾劑、填料、以及其它產(chǎn)品的制備需要鈉助熔化合物的使 用，該鈉助熔化合物使得到的硅藻土聚集以及變得明亮，從而使得它們適用于過濾，并在自 然和直接煅燒級的硅藻土不適用的應(yīng)用中用作功能添加劑。但是，鈉助熔劑的加入對促進 包括硅藻殼的無定形二氧化硅的抗結(jié)晶性具有負面效應(yīng)，其導(dǎo)致了稱為方石英的結(jié)晶二氧 化硅相的形成。方石英如上所述，方石英如其它形式的結(jié)晶二氧化硅(例如石英)一樣，方石 英是不期望的。上述公開是針對助熔煅燒硅藻土產(chǎn)品和包含顯著量的方石英的直接煅燒硅 藻土產(chǎn)品的處理，以減少其中方石英的含量。令人驚訝地，已發(fā)現(xiàn)通過將固定(粉末)，或溶 液的氫氧化鉀加入到現(xiàn)存的硅藻土產(chǎn)品中，并對混合物進行中度加熱可減少硅藻土產(chǎn)品中 的方石英的含量，同時保持或甚至增加了硅藻土產(chǎn)品的亮度。
[0022] 因此，一般來說，在此公開的方法包括將氫氧化鉀與包含方石英的硅藻土產(chǎn)品進 行混合。該混合物隨后被加熱，且氫氧化鉀和加熱的結(jié)合導(dǎo)致了硅藻土產(chǎn)品中結(jié)晶二氧化 硅或方石英含量的下降。已發(fā)現(xiàn)向煅燒(助熔或直接)硅藻土產(chǎn)品中加入氫氧化鉀達到約15 wt%的量會在加熱處理中產(chǎn)生聚集，并降低了助熔煅燒的硅藻土中方石英的量達到約87%， 以及直接煅燒的硅藻土中方石英的量約78%?，F(xiàn)驚訝地發(fā)現(xiàn)，氫氧化鉀的加