一种适用于赤泥脱碱的表面活性剂及赤泥脱碱方法 |
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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 | 1.一种赤泥脱碱方法,其特征在于包括以下步骤: |
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说明书全文 | 一种适用于赤泥脱碱的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] 赤泥是氧化铝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水溶液混合时,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: [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%。 [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。 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。 [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。 |