CN103521170A - 一种聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

一种聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法及其应用，将硫酸铝溶于水中，调节pH值为4.0-8.0，静置后倒出上清液，将膨润土按其与硫酸铝的质量比为1:(1-5)加入到下浊液中，搅拌后静置，倒去上清液，将下浊液干燥，得聚合硫酸铝改性膨润土。该方法反应速度快、操作简单、改性效果好。制得的聚合硫酸铝改性膨润土多孔疏松，比表面积大，易研磨，除硅效果好，可作为绿液除硅剂或用于制备绿液除硅剂，能降低除硅剂的用量，提高硅去除率。另外本发明提供的用聚合硫酸铝改性膨润土除绿液中硅的方法操作简单方便、反应速度快、聚合硫酸铝改性膨润土的用量低，硅去除率高，绿液的pH值变化很小，能降低企业耗能及成本，增加经济效益。

Description

一种聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于造纸工业领域，特别涉及一种聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法及其应用。

背景技术

膨润土，是以蒙脱石为主的含水粘土矿，蒙脱石中间是铝氧八面体，上下为硅氧四面体所组成的三层片状结构的粘土矿物，蒙脱石的主要元素为Na、Al、O、Si等，晶胞中还存在某些阳离子，如Mg、Na、K、Cu等，它们和晶胞作用很不牢固，易被其他阳离子交换。因此，膨润土具有优良的物理性质，包括吸水性、溶胀性、黏结性、吸附性等，其中，溶胀性和吸附性具有广泛的应用价值，它也是衡量膨润土好坏的重要指标。

改性膨润土的强吸附性和高膨胀性被广泛应用于造纸系统，表现出了相当多的优越性，例如，利用改性膨润土在助留助滤、填料以及造纸废水处理方面有了很大的发展，尤其是造纸废水处理，利用改性膨润土较好的吸附性能来处理废水，吸附黑液中的有机物以及作为混凝剂来处理麦草浆黑液。但是，由于我国木材资源的匮乏，非木材资源的丰富，我国造纸原料结构已经悄悄地发生变化，竹浆草浆的投入比例开始上升，但是草浆竹浆原料相对于木材原料的硅元素含量较高，这些硅元素经过蒸煮被带入到制浆黑液，二氧化硅的存在使黑液在蒸发过程中黏度随浓度的增大快速增加，从而影响黑液的蒸发，造成蒸发设备的结垢，黑液燃烧后随绿液带入到碱回收工段，绿液中的硅酸钠在苛化过程中形成硅酸钙，颗粒细腻难沉淀，难过滤，导致白泥洗涤困难，白泥残碱量高，碱流失量大以及白泥煅烧成石灰需要很高的消耗，最终造成整个工段原料的大量损失，这就叫做“硅干扰问题”。

传统的膨润土除硅方法中，膨润土在强碱性或者过饱和溶液中发挥作用，都必须提前加水润胀，润胀的膨润土在水中成悬浮态，才具有膨胀以及吸附硅的性能，但是，这样会使绿液pH下降，浓度下降。另外，经过铝盐改性后的膨润土经过干燥，十分坚硬，不易研磨，对机器能耗消耗大，并且剩下许多研磨不了的大颗粒造成原料的浪费，造成企业生产成本的增加，降低了企业的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法及其应用，该制备方法反应速度快、操作简单，制得的聚合硫酸铝改性膨润土能够用于绿液除硅，硅的去除率高，且除硅时绿液pH变化小。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其具体步骤为：

将硫酸铝溶解于水中，搅拌成溶液，调节溶液的pH值为4.0-8.0，然后静置至溶液分层，倒出上清液，将膨润土按其与硫酸铝的质量比为1:(1-5)加入到下浊液中，搅拌后静置至分层，然后倒去上清液，将下浊液放入烘箱干燥，得到聚合硫酸铝改性膨润土。

所述的膨润土为钠基膨润土或钙基膨润土。

用氢氧化钠颗粒、氢氧化钠溶液、碳酸钠颗粒或碳酸钠溶液调节溶液的pH值。

所述的静置至溶液分层所需的时间为2-5h。

所述的将膨润土加入到下浊液中的搅拌时间为2-5h，然后静置10-24h。

所述的干燥时间为10-24h。

所述的聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法制得的聚合硫酸铝改性膨润土作为绿液除硅剂的应用。

所述的聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法制得的聚合硫酸铝改性膨润土在制备绿液除硅剂中的应用。

用所述的聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法制得的聚合硫酸铝改性膨润土除绿液中硅的方法，其具体步骤为：

取澄清后的苛化段绿液倒入反应容器中，加热至90-100℃，然后向每1L绿液中加入10-50g的聚合硫酸铝改性膨润土，搅拌反应后过滤，得到用聚合硫酸铝改性膨润土除硅后的绿液。

所述的搅拌反应时间为5-30min。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

本发明提供的聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，先将硫酸铝溶解于水中调节pH值并静置分层，然后加入膨润土搅拌，再经后处理即可得到聚合硫酸铝改性膨润土。用聚合硫酸铝这种聚合态大分子对膨润土进行改性，可以将膨润土的层间距撑大，提高改性后膨润土对硅的去除率，使其容易研磨。同时该制备方法还具有原料易得、反应速度快、操作简单、设备要求低、能耗低、成本低、且改性效果好的优点。

本发明制得的聚合硫酸铝改性膨润土多孔疏松，比表面积大，易研磨，不用过筛，能够降低对研磨机器的能耗，且对硅元素的吸附能力强，除硅效果好，可作为绿液除硅剂，尤其是造纸竹浆绿液除硅剂，并且在绿液除硅时可脱附循环利用，同时还可用于制备绿液除硅剂，尤其是造纸竹浆绿液除硅剂，能够降低绿液除硅时除硅剂的用量，提高硅去除率，从而降低绿液除硅的成本。

本发明提供的用聚合硫酸铝改性膨润土除绿液中硅的方法，将绿液加热后向其中加入聚合硫酸铝改性膨润土，搅拌反应后过滤即可除去绿液中的大部分硅元素。该方法操作简单方便、反应速度快、设备要求低、能耗低、成本低、除硅时聚合硫酸铝改性膨润土的用量低，每1L绿液中仅需加入10-50g的聚合硫酸铝改性膨润土即可达到良好的除硅效果，除硅效率最高可达99.8%，硅去除率较传统的铝盐改性膨润土除硅方法有较大的提高，并且除硅后绿液的pH值变化很小，pH值的变化率小于等于1.4%，能够为企业降低耗能及成本，增加企业的经济效益。

附图说明

图1是本发明制备的聚合硫酸铝改性膨润土的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

以下各实施例中所用的绿液是来自碱法制浆厂碱回收车间绿液澄清槽，绿液成分：总碱137.21g/L，活性碱39.88g/L，Na₂CO₃97.27g/L，Na₂S31.94g/L，SiO₂4.36g/L，绿液的pH为12.94。

实施例1：

聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其具体步骤为：

取12g硫酸铝溶解于水中，搅拌成溶液，缓慢加入氢氧化钠颗粒调节溶液的pH值为4.0，静置2h至溶液分层，倒出上清液，将钠基膨润土按其与硫酸铝的质量比为3:8加入到下浊液中，搅拌2h，静置10h，倒去上清液，将下浊液放入烘箱干燥10h，研磨，得到聚合硫酸铝改性膨润土。

用聚合硫酸铝改性膨润土除绿液中硅的方法，其具体步骤为：

取1g研磨后的聚合硫酸铝改性膨润土粉末，倒入盛有90℃100mL绿液的烧杯中，搅拌5min后过滤，得到用聚合硫酸铝改性膨润土除硅后的绿液。测得除硅后的绿液中硅酸盐含量为1.94g/L，硅去除率为55.5%，绿液pH值为12.80，pH值减小率为1%。（硅去除率为除硅后绿液中硅酸盐含量除以原绿液中二氧化硅的含量）

实施例2：

聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其具体步骤为：

取12g硫酸铝溶解于水中，搅拌成溶液，缓慢加入氢氧化钠颗粒调节溶液的pH值为5.5，静置2h至溶液分层，倒出上清液，将钠基膨润土按其与硫酸铝的质量比为3:8加入到下浊液中，搅拌2h，静置10h，倒去上清液，将下浊液放入烘箱干燥10h，研磨，得到聚合硫酸铝改性膨润土。

用聚合硫酸铝改性膨润土除绿液中硅的方法，其具体步骤为：

取1g研磨后的聚合硫酸铝改性膨润土粉末，倒入盛有90℃100mL绿液的烧杯中，搅拌5min后过滤，得到用聚合硫酸铝改性膨润土除硅后的绿液。测得除硅后的绿液中硅酸盐含量为1.83g/L，硅去除率为58%，绿液pH值为12.95，pH值增加率为0.08%。

实施例3：

聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其具体步骤为：

取12g硫酸铝溶解于水中，搅拌成溶液，缓慢加入氢氧化钠溶液调节溶液的pH值为8.0，静置2h至溶液分层，倒出上清液，将钠基膨润土按其与硫酸铝的质量比为3:8加入到下浊液中，搅拌2h，静置10h，倒去上清液，将下浊液放入烘箱干燥10h，研磨，得到聚合硫酸铝改性膨润土。

用聚合硫酸铝改性膨润土除绿液中硅的方法，其具体步骤为：

取1g研磨后的聚合硫酸铝改性膨润土粉末，倒入盛有90℃100mL绿液的烧杯中，搅拌5min后过滤，得到用聚合硫酸铝改性膨润土除硅后的绿液。测得除硅后的绿液中硅酸盐含量为1.90g/L，硅去除率为56.4%，绿液pH值为12.93，pH值减小率为0.1%。

实施例4：

聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其具体步骤为：

取12g硫酸铝溶解于水中，搅拌成溶液，缓慢加入氢氧化钠颗粒调节溶液的pH值为5.5，静置2h至溶液分层，倒出上清液，将钠基膨润土按其与硫酸铝的质量比为1:1加入到下浊液中，搅拌2h，静置10h，倒去上清液，将下浊液放入烘箱干燥10h，研磨，得到聚合硫酸铝改性膨润土。

用聚合硫酸铝改性膨润土除绿液中硅的方法，其具体步骤为：

取1g研磨后的聚合硫酸铝改性膨润土粉末，倒入盛有90℃100mL绿液的烧杯中，搅拌5min后过滤，得到用聚合硫酸铝改性膨润土除硅后的绿液。测得除硅后的绿液中硅酸盐含量为2.58g/L，硅去除率为40.8%，绿液pH值为12.90，pH值减小率为0.3%。

实施例5：

聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其具体步骤为：

取12g硫酸铝溶解于水中，搅拌成溶液，缓慢加入氢氧化钠颗粒调节溶液的pH值为5.5，静置2h至溶液分层，倒出上清液，将钠基膨润土按其与硫酸铝的质量比为1:4加入到下浊液中，搅拌2h，静置10h，倒去上清液，将下浊液放入烘箱干燥10h，研磨，得到聚合硫酸铝改性膨润土。

用聚合硫酸铝改性膨润土除绿液中硅的方法，其具体步骤为：

取1g研磨后的聚合硫酸铝改性膨润土粉末，倒入盛有90℃100mL绿液的烧杯中，搅拌5min后过滤，得到用聚合硫酸铝改性膨润土除硅后的绿液。测得除硅后的绿液中硅酸盐含量为2.03g/L，硅去除率为53.4%，绿液pH值为12.75，pH值减小率为1.4%。

实施例6：

聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其具体步骤为：

取12g硫酸铝溶解于水中，搅拌成溶液，缓慢加入氢氧化钠溶液调节溶液的pH值为5.5，静置2h至溶液分层，倒出上清液，将钠基膨润土按其与硫酸铝的质量比为3:8加入到下浊液中，搅拌2h，静置10h，倒去上清液，将下浊液放入烘箱干燥10h，研磨，得到聚合硫酸铝改性膨润土。

用聚合硫酸铝改性膨润土除绿液中硅的方法，其具体步骤为：

取1.6g研磨后的聚合硫酸铝改性膨润土粉末，倒入盛有90℃100mL绿液的烧杯中，搅拌5min后过滤，得到用聚合硫酸铝改性膨润土除硅后的绿液。测得除硅后的绿液中硅酸盐含量为1.19g/L，硅去除率为72.7%，绿液pH值为12.92，pH值减小率为0.15%。

实施例7：

聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其具体步骤为：

取12g硫酸铝溶解于水中，搅拌成溶液，缓慢加入氢氧化钠颗粒调节溶液的pH值为5.5，静置2h至溶液分层，倒出上清液，将钠基膨润土按其与硫酸铝的质量比为3:8加入到下浊液中，搅拌2h，静置10h，倒去上清液，将下浊液放入烘箱干燥10h，研磨，得到聚合硫酸铝改性膨润土。

用聚合硫酸铝改性膨润土除绿液中硅的方法，其具体步骤为：

取5g研磨后的聚合硫酸铝改性膨润土粉末，倒入盛有90℃100mL绿液的烧杯中，搅拌5min后过滤，得到用聚合硫酸铝改性膨润土除硅后的绿液。测得除硅后的绿液中硅酸盐含量为0.01g/L，硅去除率为99.8%，绿液pH值为12.80，pH值减小率为1%。

实施例8：

聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其具体步骤为：

取12g硫酸铝溶解于水中，搅拌成溶液，缓慢加入氢氧化钠颗粒调节溶液的pH值为5.5，静置2h至溶液分层，倒出上清液，将钠基膨润土按其与硫酸铝的质量比为3:8加入到下浊液中，搅拌2h，静置10h，倒去上清液，将下浊液放入烘箱干燥10h，研磨，得到聚合硫酸铝改性膨润土。

用聚合硫酸铝改性膨润土除绿液中硅的方法，其具体步骤为：

取1.6g研磨后的聚合硫酸铝改性膨润土粉末，倒入盛有90℃100mL绿液的烧杯中，搅拌5min后过滤，得到用聚合硫酸铝改性膨润土除硅后的绿液。测得除硅后的绿液中硅酸盐含量为1.33g/L，硅去除率为69.5%，绿液pH值为12.94，pH值减小率为0%。

实施例9：

聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其具体步骤为：

取12g硫酸铝溶解于水中，搅拌成溶液，缓慢加入氢氧化钠颗粒调节溶液的pH值为5.5，静置2h至溶液分层，倒出上清液，将钠基膨润土按其与硫酸铝的质量比为3:8加入到下浊液中，搅拌2h，静置10h，倒去上清液，将下浊液放入烘箱干燥10h，研磨，得到聚合硫酸铝改性膨润土。

用聚合硫酸铝改性膨润土除绿液中硅的方法，其具体步骤为：

取1.6g研磨后的聚合硫酸铝改性膨润土粉末，倒入盛有90℃100mL绿液的烧杯中，搅拌30min后过滤，得到用聚合硫酸铝改性膨润土除硅后的绿液。测得除硅后的绿液中硅酸盐含量为1.15g/L，硅去除率为73.6%，绿液pH值为12.91，pH值减小率为0.23%。

实施例10：

聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其具体步骤为：

取12g硫酸铝溶解于水中，搅拌成溶液，缓慢加入碳酸钠颗粒调节溶液的pH值为6.5，静置5h至溶液分层，倒出上清液，将钙基膨润土按其与硫酸铝的质量比为1:5加入到下浊液中，搅拌3h，静置15h，倒去上清液，将下浊液放入烘箱干燥20h，研磨，得到聚合硫酸铝改性膨润土。

用聚合硫酸铝改性膨润土除绿液中硅的方法，其具体步骤为：

取2g研磨后的聚合硫酸铝改性膨润土粉末，倒入盛有100℃100mL绿液的烧杯中，搅拌20min后过滤，得到用聚合硫酸铝改性膨润土除硅后的绿液。

实施例11：

聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其具体步骤为：

取12g硫酸铝溶解于水中，搅拌成溶液，缓慢加入碳酸钠颗粒调节溶液的pH值为7.5，静置3h至溶液分层，倒出上清液，将钙基膨润土按其与硫酸铝的质量比为1:2加入到下浊液中，搅拌4h，静置24h，倒去上清液，将下浊液放入烘箱干燥15h，研磨，得到聚合硫酸铝改性膨润土。

用聚合硫酸铝改性膨润土除绿液中硅的方法，其具体步骤为：

取3g研磨后的聚合硫酸铝改性膨润土粉末，倒入盛有95℃100mL绿液的烧杯中，搅拌10min后过滤，得到用聚合硫酸铝改性膨润土除硅后的绿液。

实施例12：

聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其具体步骤为：

取12g硫酸铝溶解于水中，搅拌成溶液，缓慢加入碳酸钠溶液调节溶液的pH值为5.0，静置4h至溶液分层，倒出上清液，将钙基膨润土按其与硫酸铝的质量比为1:3加入到下浊液中，搅拌5h，静置20h，倒去上清液，将下浊液放入烘箱干燥24h，研磨，得到聚合硫酸铝改性膨润土。

用聚合硫酸铝改性膨润土除绿液中硅的方法，其具体步骤为：

取4g研磨后的聚合硫酸铝改性膨润土粉末，倒入盛有92℃100mL绿液的烧杯中，搅拌15min后过滤，得到用聚合硫酸铝改性膨润土除硅后的绿液。

图1是本发明制备的聚合硫酸铝改性膨润土的扫描电镜图，从图中可以看出制得的聚合硫酸铝改性膨润土颗粒较小、多孔疏松、比表面积大。

另外，本发明制得的聚合硫酸铝改性膨润土在绿液除硅时可脱附循环利用，将除硅后的聚合硫酸铝改性膨润土加入2mol/L氢氧化钠溶液，搅拌12-24h，静置10-12h倒去上清液，烘干下浊液，即得再生的聚合硫酸铝改性膨润土。

Claims (10)

1.一种聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其特征在于，其具体步骤为：

将硫酸铝溶解于水中，搅拌成溶液，调节溶液的pH值为4.0-8.0，然后静置至溶液分层，倒出上清液，将膨润土按其与硫酸铝的质量比为1:(1-5)加入到下浊液中，搅拌后静置至分层，然后倒去上清液，将下浊液放入烘箱干燥，得到聚合硫酸铝改性膨润土。

2.根据权利要求1所述的聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其特征在于：所述的膨润土为钠基膨润土或钙基膨润土。

3.根据权利要求1或2所述的聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其特征在于：用氢氧化钠颗粒、氢氧化钠溶液、碳酸钠颗粒或碳酸钠溶液调节溶液的pH值。

4.根据权利要求1或2所述的聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其特征在于：所述的静置至溶液分层所需的时间为2-5h。

5.根据权利要求1或2所述的聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其特征在于：所述的将膨润土加入到下浊液中的搅拌时间为2-5h，然后静置10-24h。

6.根据权利要求1或2所述的聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法，其特征在于：所述的干燥时间为10-24h。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法制得的聚合硫酸铝改性膨润土作为绿液除硅剂的应用。

8.根据权利要求1-6中任意一项所述的聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法制得的聚合硫酸铝改性膨润土在制备绿液除硅剂中的应用。

9.用权利要求1-6中任意一项所述的聚合硫酸铝改性膨润土的制备方法制得的聚合硫酸铝改性膨润土除绿液中硅的方法，其特征在于，其具体步骤为：

取澄清后的苛化段绿液倒入反应容器中，加热至90-100℃，然后向每1L绿液中加入10-50g的聚合硫酸铝改性膨润土，搅拌反应后过滤，得到用聚合硫酸铝改性膨润土除硅后的绿液。

10.根据权利要求9所述的用聚合硫酸铝改性膨润土除绿液中硅的方法，其特征在于：所述的搅拌反应时间为5-30min。