CN104725580B - 一种白云石矿复合吸水剂及其制备方法 - Google Patents
一种白云石矿复合吸水剂及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种白云石矿复合吸水剂及其制备方法，它的步骤如下：①粉碎：将天然产出的白云石矿石制成粒径d97为0.075mm的粉料；②复合反应：原料及按质量份配比为：白云石粉30‑50、丙烯酸20‑30、氢氧化钾或氢氧化钠12‑18、丙烯酰胺40‑60、N，N‑亚甲基双丙烯酰胺0.004‑0.010、过硫酸铵0.05‑0.20、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.03‑0.06、亚硫酸氢钠0.02‑0.05、水120‑180，反应、保温生成凝胶；③后处理：将保温后的凝胶切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105℃挥发份≤10%，再粉碎得到吸水材料成品。本发明合理利用白云石矿的组成的反应活性，通过破碎、复合反应，后处理工艺得到吸水性能优、应用面广、原料成本低的白云石矿复合吸水材料。
Description
技术领域
本发明属于非金属矿粉体制备领域，特别涉及一种对应用于农林、石油钻采、干燥剂行业的白云石复合吸水剂及其制备方法。技术合理利用了白云石矿所含成分的反应活性，采用粉碎、复合反应、后处理工艺过程，得到吸水性能优、应用面广、原料成本低的白云石矿复合吸水材料。
背景技术
白云石理论化学式为CaMg(CO3)2，在水中呈碱性，能同无机和有机酸发生酸碱中和反应。天然产出的白云石矿常是伴生一种或几种硅酸盐、碳酸盐矿物的混合矿，同白云石伴生的矿物有蒙脱石、凹凸棒石、方解石、石英、长石等，这种混合矿其含的白云石量一般为25%-75%、蒙脱石15%-35%、凹凸棒石5%-25%，余量5-15%为含0~3种伴生方解石、石英、长石矿物的合计含量。白云石矿在中国河南、甘肃、江苏、湖北等地有广泛的区域分布，目前对高白云石含量的矿，主要用做冶金、涂料、造纸、化肥等原料或填料等应用，产品附加值较低；而对于白云石含量低于75%、伴生成分复杂的混合型白云石矿，目前没有形成经济、量大的应用领域，其高附加值深加工利用技术开发要求迫切。
吸水材料可广泛用于农林、石油、干燥剂等许多领域，具有广阔的应用市场，但长期存在因原料售价高致使成品成本高、应用推广难度大的缺陷，未能大面积在农林等领域推广应用。采用具有一定活性的功能矿物，同所用有机原料中具有吸水、保水功能基团进行中和、偶联、接枝、聚合，是改善吸水材料性能、降低吸水材料制备原料成本、扩大材料应用范围的有效途径。
丙烯酸是吸水材料用主要有机单体之一，聚合前常需用碱如氢氧化钾或氢氧化钠预中和至一定中和度后再参与聚合反应。利用白云石矿的碱性可减少中和碱用量，并且中和过程放出的二氧化碳能促进白云石矿在聚合单体中的分散与解离，进一步增大原料的反应活性；而同白云石伴生的硅酸盐矿物也能同丙烯酸、丙烯酰胺先偶联、接枝，再在引发剂、交联剂共同作用下进一步聚合，生成吸水功能强的Si-O-C、Si-O-CO-等键，形成孔道通畅、比表面积大、吸水性能优异的矿物复合吸水材料。
白云石矿复合吸水材料制备的整套工艺技术合理利用了白云石矿所含成分的反应活性，采用粉碎、复合反应、后处理工艺过程，得到吸水性能优、应用面广、原料成本低的矿物复合吸水材料，工艺具有原料及工艺路线选择合理、加工过程能耗低、产品性能优等显著特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对含白云石25%-75%、蒙脱石15%-35%、凹凸棒石5%-25%，余量5%-15%的合计含量为含0～3种伴生方解石、石英、长石矿物的白云石矿，制备具有吸水性能的白云石矿复合吸水剂及其制备方法。
为实现上述目的，本发明的白云石矿复合吸水剂制备包括以下步骤：
①粉碎：将天然产出的白云石矿制成粒径d97为0.075mm的粉料；
②复合反应：原料及按质量份配比为：白云石粉30-50、丙烯酸20-30、氢氧化钾或氢氧化钠12-18、丙烯酰胺40-60、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.004-0.010、过硫酸铵0.05-0.20、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.03-0.06、亚硫酸氢钠0.02-0.05、水120-180，反应时加料顺序及控制条件为：先将白云石粉加入计量水中，搅拌分散20分钟，再加入丙烯酸，后开动循环冷却水下加入氢氧化钾或氢氧化钠，控制中和时温度＜40℃，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至15-25℃，通氮气除氧下依次加入已配成溶液的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气，继续保温4h；
③后处理：将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后颗粒的105℃挥发份≤10%，再粉碎得到吸水材料成品。
更具体说，所述步骤②中用氢氧化钾含量为90%，中和制备的成品用于农林行业，用的氢氧化钠含量为95%，中和制备的成品用于石油钻采、干燥剂行业；用的（N、N）-亚甲基丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠是分别配成质量/体积浓度为0.4%、1%、4%、2%的纯水溶液后加入。
本发明所述制备方法制备的白云石矿复合吸水剂。
本发明的有益效果
采用上述发明内容技术方案的本发明，合理利用白云石矿组分的反应活性，通过粉碎、复合反应、后处理整套工艺制备过程，得到吸纯水倍数为400-660g/g的白云石矿复合高吸水剂，制备工艺具有原料成分利用合理、成品吸水性能优、应用面广、原料成本低的技术及应用效果。
具体实施方式
实施例1
一种白云石矿复合吸水剂，它的制备步骤如下：
① 将约含白云石25%、蒙脱石35%、凹凸棒石25%，方解石、石英、长石剩余合量为15%的白云石矿用破碎机、粉碎机粉碎成粒径d97为0.075mm的粉料；
② 将原料及按质量份配比为：白云石粉30、丙烯酸20、90%含量的氢氧化钾12、丙烯酰胺40、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.004、过硫酸铵0.05、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.03、亚硫酸氢钠0.02、水120，反应时加料顺序及控制条件为：先将白云石粉加入计量水中，搅拌分散20分钟，再加入丙烯酸，后开动循环冷却水下加入氢氧化钾，控制中和时温度＜40℃，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至25℃，通氮气除氧下依次加入已配成溶液的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气继续保温4h；
③后处理：将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105℃挥发份≤10%，再粉碎得到吸水材料成品。
实施例2
一种白云石矿复合吸水剂，它的制备步骤如下：
①将约含白云石25%、蒙脱石35%、凹凸棒石25%，方解石、石英、长石剩余合量为15%的白云石矿用破碎机、粉碎机粉碎成粒径d97为0.075mm的粉料；
②原料及按质量份配比为：白云石粉40、丙烯酸25、90%含量的氢氧化钾15、丙烯酰胺50、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.008、过硫酸铵0.10、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.045、亚硫酸氢钠0.04、水150，反应时加料顺序及控制条件为：先将白云石粉加入计量水中，搅拌分散20分钟，再加入丙烯酸，后开动循环冷却水下加入氢氧化钾，控制中和时温度＜40℃，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至20℃，通氮气除氧下依次加入已配成溶液的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气继续保温4h；
③后处理：将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105℃挥发份≤10%，再粉碎得到吸水材料成品。
实施例3
一种白云石矿复合吸水剂，它的制备步骤如下：
①将约含白云石25%、蒙脱石35%、凹凸棒石25%，方解石、石英、长石剩余合量为15%的白云石矿用破碎机、粉碎机粉碎成粒径d97为0.075mm的粉料；
②将原料及按质量份配比为：白云石粉50、丙烯酸30、90%含量的氢氧化钾18、丙烯酰胺60、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.010、过硫酸铵0.20、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.06、亚硫酸氢钠0.05、水180，反应时加料顺序及控制条件为：先将白云石粉加入计量水中，搅拌分散20分钟，再加入丙烯酸，后开动循环冷却水下加入氢氧化钾，控制中和时温度＜40℃，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至15℃，通氮气除氧下依次加入已配成溶液的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气继续保温4h；
③后处理：将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105℃挥发份≤10%，再粉碎得到吸水材料成品。
实施例4
一种白云石矿复合吸水剂，它的制备步骤如下：
①将约含白云石75%、蒙脱石15%、凹凸棒石5%，方解石、石英、长石剩余合量为5%的白云石矿用破碎机、粉碎机粉碎成粒径d97为0.075mm的粉料；
②将原料及按质量份配比为：白云石粉30、丙烯酸20、90%含量的氢氧化钾12、丙烯酰胺40、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.004、过硫酸铵0.05、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.03、亚硫酸氢钠0.02、水120，反应时加料顺序及控制条件为：先将白云石粉加入计量水中，搅拌分散20分钟，再加入丙烯酸，后开动循环冷却水下加入氢氧化钾，控制中和时温度＜40℃，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至25℃，通氮气除氧下依次加入已配成溶液的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气继续保温4h；
③后处理：将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105℃挥发份≤10%，再粉碎得到吸水材料成品。
实施例5
一种白云石矿复合吸水剂，它的制备步骤如下：
①将约含白云石75%、蒙脱石15%、凹凸棒石5%，方解石、石英、长石剩余合量为5%的白云石矿用破碎机、粉碎机粉碎成粒径d97为0.075mm的粉料；
②将原料及按质量份配比为：白云石粉40、丙烯25、90%含量的氢氧化钾15、丙烯酰胺50、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.080、过硫酸铵0.10、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.045、亚硫酸氢钠0.04、水150，反应时加料顺序及控制条件为：先将白云石粉加入计量水中，搅拌分散20分钟，再加入丙烯酸，后开动循环冷却水下加入氢氧化钾，控制中和时温度＜40℃，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至20℃，通氮气除氧下依次加入已配成溶液的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气继续保温4h；
③后处理：将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105℃挥发份≤10%，再粉碎得到吸水材料成品。
实施例6
一种白云石矿复合吸水剂，它的制备步骤如下：
①将约含白云石75%、蒙脱石15%、凹凸棒石5%，方解石、石英、长石剩余合量为5%的白云石矿用破碎机、粉碎机粉碎成粒径d97为0.075mm的粉料；
②将原料及按质量份配比为：白云石粉50、丙烯酸30、90%含量的氢氧化钾18、丙烯酰胺60、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.010、过硫酸铵0.20、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.06、亚硫酸氢钠0.05、水180，反应时加料顺序及控制条件为：先将白云石粉加入计量水中，搅拌分散20分钟，再加入丙烯酸，后开动循环冷却水下加入氢氧化钾，控制中和时温度＜40℃，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至15℃，通氮气除氧下依次加入已配成溶液的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气继续保温4h；
③后处理：将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105℃挥发份≤10%，再粉碎得到吸水材料成品。
实施例7
一种白云石矿复合吸水剂，它的制备步骤如下：
①将约含白云石50%、蒙脱石25%、凹凸棒石15%，方解石、石英、长石剩余合量为10%的白云石矿用破碎机、粉碎机粉碎成粒径d97为0.075mm的粉料；
②将原料及按质量份配比为：白云石粉30、丙烯20、90%含量的氢氧化钾12、丙烯酰胺40、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.004、过硫酸铵0.05、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.03、亚硫酸氢钠0.02、水120，反应时加料顺序及控制条件为：先将白云石粉加入计量水中，搅拌分散20分钟，再加入丙烯酸，后开动循环冷却水下加入氢氧化钠，控制中和时温度＜40℃，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至25℃，通氮气除氧下依次加入已配成溶液的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气继续保温4h；
③后处理：将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105℃挥发份≤10%，再粉碎得到吸水材料成品。
实施例8
一种白云石矿复合吸水剂，它的制备步骤如下：
①将约含白云石50%、蒙脱石25%、凹凸棒石15%，方解石、石英、长石剩余合量为10%的白云石矿用破碎机、粉碎机粉碎成粒径d97为0.075mm的粉料；
②将原料及按质量份配比为：白云石粉40、丙烯25、90%含量的氢氧化钾15、丙烯酰胺50、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.008、过硫酸铵0.10、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.045、亚硫酸氢钠0.04、水150，反应时加料顺序及控制条件为：先将白云石粉加入计量水中，搅拌分散20分钟，再加入丙烯酸，后开动循环冷却水下加入氢氧化钠，控制中和时温度＜40℃，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至20℃，通氮气除氧下依次加入已配成溶液的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气继续保温4h；
③后处理：将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105℃挥发份≤10%，再粉碎得到吸水材料成品。
实施例9
一种白云石矿复合吸水剂，它的制备步骤如下：
①将约含白云石50%、蒙脱石25%、凹凸棒石15%，方解石、石英、长石剩余合量为10%的白云石矿用破碎机、粉碎机粉碎成粒径d97为0.075mm的粉料；
②将原料及按质量份配比为：白云石粉50、丙烯30、90%含量的氢氧化钠18、丙烯酰胺60、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.010、过硫酸铵0.20、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.06、亚硫酸氢钠0.05、水180，反应时加料顺序及控制条件为：先将白云石粉加入计量水中，搅拌分散20分钟，再加入丙烯酸，后开动循环冷却水下加入氢氧化钠，控制中和时温度＜40℃，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至15℃，通氮气除氧下依次加入已配成溶液的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气继续保温4h；
③后处理：将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105℃挥发份≤10%，再粉碎得到吸水材料成品。
实施例10
一种白云石矿复合吸水剂，它的制备步骤如下：
①将约含白云石50%、蒙脱石25%、凹凸棒石15%，方解石、石英、长石剩余合量为10%的白云石矿用破碎机、粉碎机粉碎成粒径d97为0.075mm的粉料；
②将原料及按质量份配比为：白云石粉30、丙烯20、95%含量的氢氧化钠12、丙烯酰胺40、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.004、过硫酸铵0.05、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.03、亚硫酸氢钠0.02、水120，反应时加料顺序及控制条件为：先将白云石粉加入计量水中，搅拌分散20分钟，再加入丙烯酸，后开动循环冷却水下加入氢氧化钠，控制中和时温度＜40℃，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至25℃，通氮气除氧下依次加入已配成溶液的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气继续保温4h；
③后处理：将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105℃挥发份≤10%，再粉碎得到吸水材料成品。
实施例11
一种白云石矿复合吸水剂，它的制备步骤如下：
①将约含白云石50%、蒙脱石25%、凹凸棒石15%，方解石、石英、长石剩余合量为10%的白云石矿用破碎机、粉碎机粉碎成粒径d97为0.075mm的粉料；
②将原料及按质量份配比为：白云石粉40、丙烯25、95%含量的氢氧化钠14、丙烯酰胺50、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.008、过硫酸铵0.10、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.045、亚硫酸氢钠0.04、水150，反应时加料顺序及控制条件为：先将白云石粉加入计量水中，搅拌分散20分钟，再加入丙烯酸，后开动循环冷却水下加入氢氧化钠，控制中和时温度＜40℃，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至20℃，通氮气除氧下依次加入已配成溶液的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气继续保温4h；
③后处理：将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105℃挥发份≤10%，再粉碎得到吸水材料成品。
实施例12
一种白云石矿复合吸水剂，它的制备步骤如下：
①将约含白云石50%、蒙脱石25%、凹凸棒石15%，方解石、石英、长石剩余合量为10%的白云石矿用破碎机、粉碎机粉碎成粒径d97为0.075mm的粉料；
②将原料及按质量份配比为：白云石粉50、丙烯30、95%含量的氢氧化钠18、丙烯酰胺60、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.010、过硫酸铵0.20、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.06、亚硫酸氢钠0.05、水180，反应时加料顺序及控制条件为：先将白云石粉加入计量水中，搅拌分散20分钟，再加入丙烯酸，后开动循环冷却水下加入氢氧化钠，控制中和时温度＜40℃，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至15℃，通氮气除氧下依次加入已配成溶液的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气继续保温4h；
③后处理：将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105℃挥发份≤10%，再粉碎得到吸水材料成品。
Claims (4)
1.一种白云石矿复合吸水剂制备方法，白云石矿含白云石25%-75%、蒙脱石15%-35%、凹凸棒石5%-25%，余量5%-15%为含1～3种伴生方解石、石英、长石矿物的合计含量，其特征在于它的制备步骤如下：
①粉碎：将天然产出的白云石矿石制成粒径d97为0.075mm的粉料；
②复合反应：原料及按质量份配比为：白云石粉30-50、丙烯酸20-30、氢氧化钾或氢氧化钠12-18、丙烯酰胺40-60、N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.004-0.010、过硫酸铵0.05-0.20、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.03-0.06、亚硫酸氢钠0.02-0.05、水120-180，反应时加料顺序及控制条件为：先将白云石粉加入计量水中，搅拌分散20分钟，再加入丙烯酸，后开动循环冷却水下加入氢氧化钾或氢氧化钠，控制中和时温度＜40℃，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至15-25℃，通氮气除氧下依次加入已配成水溶液的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气，继续保温4h；
③后处理：将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后颗粒的105℃挥发份≤10%，再粉碎得到吸水材料成品。
2.根据权利要求1所述的一种白云石矿复合吸水剂制备方法，其特征在于：所述步骤②中用氢氧化钾含量90%，中和制备的成品用于农林行业，用氢氧化钠含量95%，中和制备的成品用于石油钻采、干燥剂行业。
3.根据权利要求1所述的一种白云石矿复合吸水剂制备方法，其特征在于：所述步骤②用的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠溶液是配成质量/体积浓度分别为0.4%、1%、4%、2%的纯水溶液。
4.如权利要求1-3任一项所述方法制备的白云石矿复合吸水剂。
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