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一种适用于赤泥脱表面活性剂及赤泥脱碱方法

申请号 CN202210243986.X 申请日 2022-03-14 公开(公告)号 CN114558880B 公开(公告)日 2024-04-16
申请人 武汉理工大学; 洛阳君江建材科技有限公司; 淄博高新技术产业开发区先进陶瓷研究院; 发明人 孙华君; 周大稳; 邓腾飞; 薛永杰; 黄端平; 董海泉;
摘要 本 发明 公开了一种适用于赤泥脱 碱 的 表面活性剂 ,采用以下方式制备而来:在添有浓 硫酸 的木质素磺酸钠 水 溶液中加入 氧 化剂升温至70‑90℃反应1‑2h;加入磺化剂保温继续反应1‑2h,得到改性木质素磺酸钠溶液;将改性木质磺酸钠溶液与无机分散剂混合,得到适用于赤泥脱碱的复合表面活性剂;公开的赤泥脱碱方法中加入了上述复合表面活性剂;本发明选用木质素磺酸钠表面活性剂进行改性,通过先氧化再硫化的方法,去除分子量过大和过小的组分,进而获得分散性能提高的改性木质素磺酸钠;与无机分散剂进行复合,所得复合表面活性剂具有较高的界面活性、良好的乳化增溶能 力 、较强的耐温能力,并且更加适用于赤泥粉体在水溶液中的分散。
权利要求

1.一种赤泥脱方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将赤泥原料经干燥、球磨、过筛后制备赤泥粉体;
(2)所得赤泥粉体与去离子混合,加入适用于赤泥脱碱的表面活性剂,搅拌分散制得赤泥泥浆;
(3)对所得赤泥泥浆进行脱碱处理;
所述适用于赤泥脱碱的表面活性剂,采用以下方式制备而来:
在添有浓硫酸的木质素磺酸钠水溶液中加入化剂升温至70‑90℃反应1‑2h;所述的木质素磺酸钠溶液浓度为0.3‑0.5g/ml,浓硫酸用量为木质素磺酸钠质量的1‑5%;所述氧化剂为过氧化氢、高锰酸、过硫酸铵、亚硫酸盐、甲、酚或异氰酸酯;氧化剂用量为木质素磺酸钠质量的5%;
加入磺化剂保温继续反应1‑2h,得到改性木质素磺酸钠溶液;所述磺化剂为亚硫酸钠;
磺化剂的用量为木质素磺酸钠质量的10‑50%;
将改性木质磺酸钠溶液与无机分散剂混合,得到适用于赤泥脱碱的复合表面活性剂;
所述无机分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、水玻璃的一种;改性木质磺酸钠与无机分散剂的质量比为(1‑3):1。
2.如权利要求1所述赤泥脱碱方法,其特征在于步骤1中球磨转速为500‑600r/min,球磨时间为24‑36h。
3.如权利要求1所述赤泥脱碱方法,其特征在于步骤2中赤泥粉体与去离子水混合的质量比为1:(3‑10);所述复合表面活性剂的加入量占所得赤泥泥浆总质量的0.1‑1%。
4.如权利要求1所述赤泥脱碱方法,其特征在于步骤2中搅拌分散温度为70‑100℃;搅拌速度为150‑300r/min,搅拌时间为3‑10h。
5.如权利要求1所述赤泥脱碱方法,其特征在于步骤3所述脱碱处理为CO2气体脱碱法。

说明书全文

一种适用于赤泥脱表面活性剂及赤泥脱碱方法

技术领域

[0001] 本发明属于材料技术领域,具体涉及一种表面活性剂及赤泥脱碱方法。

背景技术

[0002] 赤泥是生产过程产生的主要废弃物,也是氧化铝厂最大的污染源。随着铝工业的发展和铝土矿石品位的降低,赤泥排放量将越来越大,由于赤泥中含有大量的强碱性物质,因此赤泥的后续处理应用过程中脱碱处理则是较为关键的一步。目前赤泥脱碱应用最广泛的就是湿法处理,在该过程中赤泥在与溶液混合时,由于表面的羟基的亲水性效果够好,不能充分混合,可能会抑制脱碱的效率,进而影响赤泥的有效利用与转化。
[0003] 现有的无机分散剂碱性强,且分散性能一般;而有机分散剂由于分子结构复杂、相对分子量大使得浆体黏度大,均不适用于赤泥的脱碱处理。

发明内容

[0004] 本发明目的之一在于提供一种适用于赤泥脱碱的表面活性剂,能够有效促进赤泥泥浆的分散性和均一性,进而提高赤泥脱碱效率;本发明目的之二在于提供一种赤泥脱碱方法,解决赤泥造成的环境污染和占地问题,并且实现赤泥的综合利用且工艺成本低廉。
[0005] 为实现上述目的,采用技术方案如下:
[0006] 一种适用于赤泥脱碱的表面活性剂,采用以下方式制备而来:
[0007] 在添有浓硫酸的木质素磺酸钠水溶液中加入氧化剂升温至70‑90℃反应1‑2h;
[0008] 加入磺化剂保温继续反应1‑2h,得到改性木质素磺酸钠溶液;
[0009] 将改性木质磺酸钠溶液与无机分散剂混合,得到适用于赤泥脱碱的复合表面活性剂。
[0010] 按上述方案,所述的木质素磺酸钠溶液水溶液浓度为0.3‑0.5g/ml,浓硫酸用量为木质素磺酸钠质量的1‑5%。
[0011] 按上述方案,所述氧化剂为过氧化氢、高锰酸、过硫酸铵、亚硫酸盐、甲、酚或异氰酸酯;氧化剂用量为木质素磺酸钠质量的5%。
[0012] 按上述方案,所述磺化剂为亚硫酸钠;磺化剂的用量为木质素磺酸钠质量的10‑50%。
[0013] 按上述方案,所述无机分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、水玻璃的一种;改性木质磺酸钠与无机分散剂的质量比为(1‑3):1。
[0014] 一种赤泥脱碱方法,包括以下步骤:
[0015] (1)将赤泥原料经干燥、球磨、过筛后制备赤泥粉体;
[0016] (2)所得赤泥粉体与去离子水混合,加入上述复合表面活性剂,搅拌分散制得赤泥泥浆;
[0017] (3)对所得赤泥泥浆进行脱碱处理。
[0018] 按上述方案,步骤1中球磨转速为500‑600r/min,球磨时间为24‑36h。
[0019] 按上述方案,步骤2中赤泥粉体与去离子水混合的质量比为1:(3‑10)。
[0020] 按上述方案,步骤2中所述复合表面活性剂的加入量占所得赤泥泥浆总质量的0.1‑1%。
[0021] 按上述方案,步骤2中搅拌分散温度为70‑100℃;搅拌速度为150‑300r/min,搅拌时间为3‑10h。
[0022] 按上述方案,步骤3所述脱碱处理为CO2气体脱碱法。优化的方案中,CO2气体的流量为0.5‑2L/min;CO2气体浓度>90%。
[0023] 相对于现有技术,本发明有益效果在于:
[0024] 选用对泥浆分散性能较优的木质素磺酸钠表面活性剂进行改性,通过先氧化再硫化的方法,去除分子量过大和过小的组分,进而获得分散性能提高的改性木质素磺酸钠。
[0025] 改性木质素磺酸钠与无机分散剂进行复合,所得复合表面活性剂具有较高的界面活性、良好的乳化增溶能、较强的耐温能力,并且更加适用于赤泥粉体在水溶液中的分散。

具体实施方式

[0026] 以下实施例进一步阐释本发明的技术方案,但不作为对本发明保护范围的限制;在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0027] 具体实施方式中提供了一种适用于赤泥脱碱的表面活性剂,制备过程如下:
[0028] 添加有浓硫酸的的木质素磺酸钠水溶液中加入氧化剂升温至70‑90℃反应1‑2h;木质素磺酸钠溶液水溶液浓度为0.3‑0.5g/ml,浓硫酸用量为木质素磺酸钠质量的1‑5%;
[0029] 加入磺化剂保温继续反应1‑2h,得到改性木质素磺酸钠溶液;
[0030] 将改性木质磺酸钠溶液与无机分散剂混合,得到适用于赤泥脱碱的复合表面活性剂。
[0031] 其中,氧化剂为过氧化氢、高锰酸钾、过硫酸铵、亚硫酸盐、甲醛、酚或异氰酸酯;氧化剂用量为木质素磺酸钠质量的5%;所述磺化剂为亚硫酸钠;磺化剂的用量为木质素磺酸钠质量的10‑50%。
[0032] 优化的方案中,无机分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、水玻璃的一种;所述改性木质磺酸钠溶液与无机分散剂的质量比为(1‑3):1。
[0033] 具体实施方式中同时还提供了一种赤泥脱碱方法:
[0034] (1)将赤泥原料经干燥、球磨、过筛后制备赤泥粉体;
[0035] (2)所得赤泥粉体与去离子水混合,加入上述复合表面活性剂,搅拌分散制得赤泥泥浆;
[0036] (3)对所得赤泥泥浆进行脱碱处理。
[0037] 优化的方案中,步骤1中球磨转速为500‑600r/min,球磨时间为24‑36h。
[0038] 优化的方案中,步骤2中赤泥粉体与去离子水混合的质量比为1:(3‑10)。
[0039] 优化的方案中,步骤2中所述复合表面活性剂的加入量占所得赤泥泥浆总质量的0.1‑1%。
[0040] 优化的方案中,步骤2中搅拌分散温度为70‑100℃;搅拌速度为150‑300r/min,搅拌时间为3‑10h。
[0041] 优化的方案中,步骤3所述脱碱处理为CO2气体脱碱法。优化的方案中,CO2气体的流量为0.5‑2L/min;CO2气体浓度>90%。
[0042] 对比例1
[0043] (1)赤泥粉体制备:将赤泥原料称重后,置于弗炉中,在110℃下干燥24h,得到干燥后的赤泥,再采用XGB2型行星式球磨机对干燥后的赤泥原料进行破碎球磨,球磨转速为500r/min,球磨时间为12h,且球:原料比为2:1,将球磨后原料过400目筛制得赤泥粉料备用。
[0044] (2)制备泥浆:将所得的赤泥粉体、去离子水按质量1:5的固液比放入搅拌容器中,使用78HW‑1型恒温磁力搅拌器搅拌制得赤泥泥浆,搅拌温度为60℃,搅拌速度为200r/min,搅拌时间为5h。
[0045] (3)初始泥浆pH值、Zeta电位值的测定:利用PHS‑3C型酸度计、NanoPlus Zeta电位分析仪分别测量泥浆的pH值与Zeta电位值。
[0046] (4)脱碱:利用气体流量计向制备所得的赤泥泥浆中通入浓度>90%的CO2气体,气体流量为0.8L/min,在70℃下进行2h脱碱反应后得到脱碱泥浆。
[0047] (5)脱碱泥浆pH值的测定:利用PHS‑3C型酸度计测量脱碱后泥浆的pH值。
[0048] 在未添加表面活性剂的赤泥泥浆的对照实验组中,初始泥浆pH值为10.57、Zeta电位值为23.88mV,再经过2h的CO2气体的脱碱反应后,脱碱泥浆pH值为8.93。
[0049] 对比例2
[0050] (1)赤泥粉体制备:将赤泥原料称重后,置于马弗炉中,在110℃下干燥24h,得到干燥后的赤泥,再采用XGB2型行星式球磨机对干燥后的赤泥原料进行破碎球磨,球磨转速为500r/min,球磨时间为12h,且球:原料比为2:1,将球磨后原料过400目筛制得赤泥粉料备用。
[0051] (2)制备泥浆:将所得的赤泥粉体、去离子水按质量1:5的固液比放入搅拌容器中,加入0.6wt%的浓度为0.4g/ml的木质素磺酸钠水溶液作为表面活性剂,使用78HW‑1型恒温磁力搅拌器搅拌制得赤泥泥浆,搅拌温度为60℃,搅拌速度为200r/min,搅拌时间为5h。
[0052] (3)初始泥浆pH值、Zeta电位值的测定:利用PHS‑3C型酸度计、NanoPlus Zeta电位分析仪分别测量泥浆的pH值与Zeta电位值。
[0053] (4)脱碱:利用气体流量计向制备所得的赤泥泥浆中通入浓度>90%的CO2气体,气体流量为0.8L/min,在70℃下进行2h脱碱反应后得到脱碱泥浆。
[0054] (5)脱碱泥浆pH值的测定:利用PHS‑3C型酸度计测量脱碱后泥浆的pH值。
[0055] 在加入表面活性剂后的赤泥泥浆中,经测试初始泥浆pH值为10.64、Zeta电位值为24.76mV,再经过2h的CO2气体的脱碱反应后,脱碱泥浆pH值为8.65。
[0056] 对比例3
[0057] (1)赤泥粉体制备:将赤泥原料称重后,置于马弗炉中,在110℃下干燥24h,得到干燥后的赤泥,再采用XGB2型行星式球磨机对干燥后的赤泥原料进行破碎球磨,球磨转速为500r/min,球磨时间为12h,且球:原料比为2:1,将球磨后原料过400目筛制得赤泥粉料备用。
[0058] (2)复合表面活性剂的制备:在浓度为0.4g/ml的木质素磺酸钠水溶液中加入无机分散剂六偏磷酸钠,按照木质素磺酸钠:六偏磷酸钠=2:1的质量比配比,使用78HW‑1型恒温磁力搅拌器搅拌制得复合表面活性剂备用。
[0059] (3)制备泥浆:将所得的赤泥粉体、去离子水按质量1:5的固液比放入搅拌容器中,加入0.6wt%步骤(2)中所制得的复合表面活性剂,使用78HW‑1型恒温磁力搅拌器搅拌制得赤泥泥浆,搅拌温度为60℃,搅拌速度为200r/min,搅拌时间为5h。
[0060] (4)初始泥浆pH值、Zeta电位值的测定:利用PHS‑3C型酸度计、NanoPlus Zeta电位分析仪分别测量泥浆的pH值与Zeta电位值。
[0061] (5)脱碱:利用气体流量计向制备所得的赤泥泥浆中通入浓度>90%的CO2气体,气体流量为0.8L/min,在70℃下进行2h脱碱反应后得到脱碱泥浆。
[0062] (6)脱碱泥浆pH值的测定:利用PHS‑3C型酸度计测量脱碱后泥浆的pH值。
[0063] 在加入表面活性剂后的赤泥泥浆中,经测试初始泥浆pH值为10.89、Zeta电位值为34.58mV,再经过2h的CO2气体的脱碱反应后,脱碱泥浆pH值为8.34。
[0064] 实施例4
[0065] (1)赤泥粉体制备:将赤泥原料称重后,置于马弗炉中,在110℃下干燥24h,得到干燥后的赤泥,再采用XGB2型行星式球磨机对干燥后的赤泥原料进行破碎球磨,球磨转速为500r/min,球磨时间为12h,且球:原料比为2:1,将球磨后原料过400目筛制得赤泥粉料备用。
[0066] (2)改性木质素磺酸钠的制备:以0.4g/ml的木质素磺酸钠水溶液为反应液、依次加入3%浓硫酸、5%高锰酸钾作为氧化剂、30%亚硫酸钠作磺化剂,反应温度80℃,反应时间3h,采用先氧化后硫化的方法得到改性后的木质素磺酸钠溶液。
[0067] (3)复合表面活性剂的制备:所得改性木质素磺酸钠溶液中加入无机分散剂六偏磷酸钠,按照木质素磺酸钠:六偏磷酸钠=2:1的质量比配比,使用78HW‑1型恒温磁力搅拌器搅拌制得复合表面活性剂备用。
[0068] (4)制备泥浆:将所得的赤泥粉体、去离子水按质量1:5的固液比放入搅拌容器中,加入0.6wt%步骤(3)中所制得的复合表面活性剂,使用78HW‑1型恒温磁力搅拌器搅拌制得赤泥泥浆,搅拌温度为60℃,搅拌速度为200r/min,搅拌时间为5h。
[0069] (5)初始泥浆pH值、Zeta电位值的测定:利用PHS‑3C型酸度计、NanoPlus Zeta电位分析仪分别测量泥浆的pH值与Zeta电位值。
[0070] (6)脱碱:利用气体流量计向制备所得的赤泥泥浆中通入浓度>90%的CO2气体,气体流量为0.8L/min,在70℃下进行2h脱碱反应后得到脱碱泥浆。
[0071] (7)脱碱泥浆pH值的测定:利用PHS‑3C型酸度计测量脱碱后泥浆的pH值。
[0072] 在加入表面活性剂后的赤泥泥浆中,经测试初始泥浆pH值为10.89、Zeta电位值为36.17mV,再经过2h的CO2气体的脱碱反应后,脱碱泥浆pH值为7.54。
[0073] 实施例5
[0074] (1)赤泥粉体制备:将赤泥原料称重后,置于马弗炉中,在110℃下干燥24h,得到干燥后的赤泥,再采用XGB2型行星式球磨机对干燥后的赤泥原料进行破碎球磨,球磨转速为500r/min,球磨时间为12h,且球:原料比为2:1,将球磨后原料过400目筛制得赤泥粉料备用。
[0075] (2)改性木质素磺酸钠的制备:以0.5g/ml的木质素磺酸钠水溶液为反应液,依次加入3%浓硫酸、5%过氧化氢作为氧化剂、50%亚硫酸钠作磺化剂,反应温度90℃,反应时间2h,采用先氧化后硫化的方法得到改性后的木质素磺酸钠溶液。
[0076] (3)复合表面活性剂的制备:所得改性木质素磺酸钠溶液中加入无机分散剂六偏磷酸钠,按照木质素磺酸钠:三聚磷酸钠=3:1的质量比配比,使用78HW‑1型恒温磁力搅拌器搅拌制得复合表面活性剂备用。
[0077] (4)制备泥浆:将所得的赤泥粉体、去离子水按质量1:5的固液比放入搅拌容器中,加入0.6wt%步骤(3)中所制得的复合表面活性剂,使用78HW‑1型恒温磁力搅拌器搅拌制得赤泥泥浆,搅拌温度为60℃,搅拌速度为200r/min,搅拌时间为5h。
[0078] (5)初始泥浆pH值、Zeta电位值的测定:利用PHS‑3C型酸度计、NanoPlus Zeta电位分析仪分别测量泥浆的pH值与Zeta电位值。
[0079] (6)脱碱:利用气体流量计向制备所得的赤泥泥浆中通入浓度>90%的CO2气体,气体流量为0.8L/min,在70℃下进行2h脱碱反应后得到脱碱泥浆。
[0080] (7)脱碱泥浆pH值的测定:利用PHS‑3C型酸度计测量脱碱后泥浆的pH值。
[0081] 在加入表面活性剂后的赤泥泥浆中,经测试初始泥浆pH值为10.76、Zeta电位值为46.87mV,再经过2h的CO2气体的脱碱反应后,脱碱泥浆pH值为7.76。
[0082] 实施例6
[0083] (1)赤泥粉体制备:将赤泥原料称重后,置于马弗炉中,在110℃下干燥24h,得到干燥后的赤泥,再采用XGB2型行星式球磨机对干燥后的赤泥原料进行破碎球磨,球磨转速为500r/min,球磨时间为12h,且球:原料比为2:1,将球磨后原料过400目筛制得赤泥粉料备用。
[0084] (2)改性木质素磺酸钠的制备:以0.3g/ml的木质素磺酸钠水溶液为反应液,依次加入3%浓硫酸、5%甲醛、过氧化氢作为复合氧化剂、10%亚硫酸钠作磺化剂,反应温度70℃,反应时间4h,采用先氧化后硫化的方法得到改性后的木质素磺酸钠溶液。
[0085] (3)复合表面活性剂的制备:所得改性木质素磺酸钠溶液中加入无机分散剂六偏磷酸钠,按照木质素磺酸钠:水玻璃=1:1的质量比配比,使用78HW‑1型恒温磁力搅拌器搅拌制得复合表面活性剂备用。
[0086] (4)制备泥浆:将所得的赤泥粉体、去离子水按质量1:5的固液比放入搅拌容器中,加入0.8wt%步骤(3)中所制得的复合表面活性剂,使用78HW‑1型恒温磁力搅拌器搅拌制得赤泥泥浆,搅拌温度为60℃,搅拌速度为200r/min,搅拌时间为5h。
[0087] (5)初始泥浆pH值、Zeta电位值的测定:利用PHS‑3C型酸度计、NanoPlus Zeta电位分析仪分别测量泥浆的pH值与Zeta电位值。
[0088] (6)脱碱:利用气体流量计向制备所得的赤泥泥浆中通入浓度>90%的CO2气体,气体流量为0.8L/min,在70℃下进行2h脱碱反应后得到脱碱泥浆。
[0089] (7)脱碱泥浆pH值的测定:利用PHS‑3C型酸度计测量脱碱后泥浆的pH值。
[0090] 在加入表面活性剂后的赤泥泥浆中,经测试初始泥浆pH值为10.75、Zeta电位值为43.12mV,再经过2h的CO2气体的脱碱反应后,脱碱泥浆pH值为7.85。
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