CN110498625A - 一种水泥六价铬还原剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥六价铬还原剂，属于建筑材料技术领域。它是由以下重量份的组分组成：三氧化二锑5‑20份，聚羧酸超分散剂1‑5份，消泡剂0.2‑0.5份，羟丙基甲基纤维素0.1‑0.3份，水70‑90份。本发明采用三氧化二锑作为六价铬还原组分，三氧化二锑常温条件下是固体，在碱性条件下才表现出较好的还原活性，对温度和湿度不敏感，较传统的亚铁盐和亚锡盐类还原剂有很大的优势，因此可以保持还原剂长效性。本发明还原剂产品形式为悬浮液，通过合成的聚羧酸超分散剂以及其他辅料的相互作用，使得产品能以悬浮液的形式相对稳定的保存，这样不仅保留了三氧化二锑的固体优势，而且为产品的使用提供了便利。

Description

一种水泥六价铬还原剂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种水泥六价铬还原剂及其制备方法。

背景技术

水泥为粉状水硬性胶凝材料，其在加水搅拌后能在水中或空气中发生硬化，可与砂石一起作用制成混凝土使用。

近年来，水泥工业的发展消耗了大量的工业固体废弃物，在消耗废弃物的同时也将一些污染物带入水泥当中，可溶性六价铬就是其中的一种。在水泥粉磨过程中，水泥磨内的含铬钢球和水泥原料都是水泥六价铬的重要来源。六价铬为吞入性毒物/吸入性极毒物，皮肤接触可能导致敏感，更有可能造成遗传缺陷，对环境具有持久危险性。水泥中的六价铬可通过硬化后的水接触溶出到环境当中去，因此严格控制水泥六价铬含量是阻断铬污染的有效途径。

目前在水泥工业生产过程中，较为常用的六价铬还原剂是硫酸亚铁、亚锡盐类等无机还原剂。硫酸亚铁在掺量为0.5%时表现出较好的铬还原效果，但是硫酸亚铁自身极易吸潮、并且化学性质不稳定，导致其易板结，易失效。亚锡盐掺量低，除铬效果好，但是其价格贵，水泥生产带入成本较高，产品推广较难。因此寻找一种价格合适，除铬效果好的还原剂就显得很有必要性。

发明内容

针对现阶段水泥工业生产过程中六价铬还原剂的研究现状，本发明考虑使用三氧化二锑作为六价铬还原剂的主要原料，提出悬浮液的产品形式，以满足水泥生产实际需要。

本发明采用以下技术方案：

一种水泥六价铬还原剂，它是由以下重量份的原料制成：三氧化二锑5-20份，聚羧酸超分散剂1-5份，消泡剂0.2-0.5份，羟丙基甲基纤维素0.1-0.3份，水70-90份。

所述聚羧酸超分散剂通过以下方法制得：

1）将30-50重量份的甲基丙烯酸和10-18重量份的聚乙二醇放入反应容器中，加入80-100重量份的三氯甲烷和0.4-0.8重量份的对苯二酚，在氮气保护氛围110℃冷凝回流3.5h，得初品；

2）将初品在40℃减压蒸馏去除三氯甲烷，得酯化大单体；

3）将60-70重量份的烯丙基聚氧乙烯醚、10-20重量份苯乙烯磺酸钠、80重量份的蒸馏水、0.4-0.8重量份的过硫酸铵和0.2-0.5重量份的甲基丙烯磺酸钠置于反应容器中，将步骤2）得到的酯化大单体通过恒压滴液漏斗在反应初1h内全部加至反应容器中，70℃反应3h，反应结束后用氢氧化钠溶液调节pH至7-8，得聚羧酸超分散剂。

所述聚乙二醇为聚乙二醇-800。

所述烯丙基聚氧乙烯醚的分子量为1200。

所述三氧化二锑为工业品，含量为99.5%。

所述消泡剂为有机硅消泡剂，型号为XP-17。

所述羟丙基甲基纤维素为10万粘度。

所述还原剂在使用时掺量为水泥重量的0.05-0.1%。

一种上述的水泥六价铬还原剂的制备方法，它包括以下步骤：

1）取羟丙基甲基纤维素溶于80℃热水中，搅拌溶解之后，冷却留存备用；

2）将制备的聚羧酸超分散剂溶于水中，加入三氧化二锑，用剪切分散剂快速剪切分散形成悬浮液，之后加入消泡剂；

3）最后待搅拌一段时间之后，加入羟丙基甲基纤维素溶液，搅拌均匀，得到悬浮液形式的六价铬还原剂。

本发明的有益效果：

1）本发明采用三氧化二锑作为六价铬还原组分，三氧化二锑常温条件下是固体，在碱性条件下才表现出较好的还原活性，对温度和湿度不敏感，较传统的亚铁盐和亚锡盐类还原剂有很大的优势，因此可以保持还原剂长效性。另外水泥水化环境是碱性环境，有利于三氧化二锑还原性的发挥。

2）本发明还原剂产品形式为悬浮液，通过合成的聚羧酸超分散剂以及其他辅料的相互作用，使得产品能以悬浮液的形式相对稳定的保存，这样不仅保留了三氧化二锑的固体优势，而且为产品的使用提供了便利。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。

实施例1

一种水泥六价铬还原剂，是由以下重量份的原料制成：三氧化二锑20份，聚羧酸超分散剂5份，消泡剂0.5份，羟丙基甲基纤维素0.3份，水90份。所述三氧化二锑为工业品，含量99.5%；所述消泡剂为有机硅消泡剂，型号为XP-17；所述羟丙基甲基纤维素为10万粘度。所述聚羧酸超分散剂通过以下方法制得：

1）将50重量份的甲基丙烯酸和18重量份的聚乙二醇放入反应容器中，加入100重量份的三氯甲烷和0.8重量份的对苯二酚，在氮气保护氛围110℃冷凝回流3.5h，得初品；

2）将初品在40℃减压蒸馏去除三氯甲烷，得酯化大单体；

3）将70重量份的烯丙基聚氧乙烯醚、20重量份苯乙烯磺酸钠、80重量份的蒸馏水、0.8重量份的过硫酸铵和0.5重量份的甲基丙烯磺酸钠置于反应容器中，将步骤2)得到的酯化大单体通过恒压滴液漏斗在反应初1h内全部加至反应容器中，70℃反应3h，反应结束后用氢氧化钠溶液调节pH至7-8，得聚羧酸超分散剂。

所述甲基丙烯酸为含量99.9%工业品；

所述聚乙二醇为聚乙二醇-800；

所述烯丙基聚氧乙烯醚的分子量为1200。

一种水泥六价铬还原剂，其制备方法如下：

1）取上述重量份的羟丙基甲基纤维素溶于80℃热水中，搅拌溶解之后，冷却留存备用。

2）将制备的聚羧酸超分散剂溶于水中，按比例加入合适的三氧化二锑，用剪切分散剂快速剪切分散形成悬浮液，之后加入消泡剂。

3）最后待搅拌一段时间之后，加入羟丙基甲基纤维素溶液，搅拌均匀，得到悬浮液形式的六价铬还原剂。

实施例2

一种水泥六价铬还原剂，是由以下重量份的原料制成：三氧化二锑10份，聚羧酸超分散剂3份，消泡剂0.2份，羟丙基甲基纤维素0.1份，水80份。所述三氧化二锑为工业品，含量99.5%；所述消泡剂为有机硅消泡剂，型号为XP-17；所述羟丙基甲基纤维素为10万粘度。所述聚羧酸超分散剂通过以下方法制得：

1）将50重量份的甲基丙烯酸和18重量份的聚乙二醇放入反应容器中，加入100重量份的三氯甲烷和0.8重量份的对苯二酚，在氮气保护氛围110℃冷凝回流3.5h，得初品；

2）将初品在40℃减压蒸馏去除三氯甲烷，得酯化大单体；

3）将70重量份的烯丙基聚氧乙烯醚、20重量份苯乙烯磺酸钠、80重量份的蒸馏水、0.8重量份的过硫酸铵和0.5重量份的甲基丙烯磺酸钠置于反应容器中，将步骤2)得到的酯化大单体通过恒压滴液漏斗在反应初1h内全部加至反应容器中，70℃反应3h，反应结束后用氢氧化钠溶液调节pH至7-8，得聚羧酸超分散剂。

所述甲基丙烯酸为含量99.9%工业品；

所述聚乙二醇为聚乙二醇-800；

所述烯丙基聚氧乙烯醚的分子量为1200。

一种水泥六价铬还原剂，其制备方法如下：

1）取上述重量份的羟丙基甲基纤维素溶于80℃热水中，搅拌溶解之后，冷却留存备用。

2）将制备的聚羧酸超分散剂溶于水中，按比例加入三氧化二锑，用剪切分散剂快速剪切分散形成悬浮液，之后加入消泡剂。

3）最后待搅拌一段时间之后，加入羟丙基甲基纤维素溶液，搅拌均匀，得到悬浮液形式的六价铬还原剂。

实施例3

一种水泥六价铬还原剂，是由以下重量份的原料制成：三氧化二锑5份，聚羧酸超分散剂1份，消泡剂0.2份，羟丙基甲基纤维素0.1份，水70份。所述三氧化二锑为工业品，含量99.5%；所述消泡剂为有机硅消泡剂，型号为XP-17；所述羟丙基甲基纤维素为10万粘度。所述聚羧酸超分散剂通过以下方法制得：

1）将50重量份的甲基丙烯酸和18重量份的聚乙二醇放入反应容器中，加入100重量份的三氯甲烷和0.8重量份的对苯二酚，在氮气保护氛围110℃冷凝回流3.5h，得初品；

2）将初品在40℃减压蒸馏去除三氯甲烷，得酯化大单体；

3）将70重量份的烯丙基聚氧乙烯醚、20重量份苯乙烯磺酸钠、80重量份的蒸馏水、0.8重量份的过硫酸铵和0.5重量份的甲基丙烯磺酸钠置于反应容器中，将步骤2)得到的酯化大单体通过恒压滴液漏斗在反应初1h内全部加至反应容器中，70℃反应3h，反应结束后用氢氧化钠溶液调节pH至7-8，得聚羧酸超分散剂。

所述甲基丙烯酸为含量99.9%工业品；

所述聚乙二醇为聚乙二醇-800；

所述烯丙基聚氧乙烯醚的分子量为1200。

一种水泥六价铬还原剂，其制备方法如下：

1）取上述重量份的羟丙基甲基纤维素溶于80℃热水中，搅拌溶解之后，冷却留存备用。

2）将制备的聚羧酸超分散剂溶于水中，按配比加入三氧化二锑，用剪切分散剂快速剪切分散形成悬浮液，之后加入消泡剂。

3）最后待搅拌一段时间之后，加入羟丙基甲基纤维素溶液，搅拌均匀，得到悬浮液形式的六价铬还原剂。

除铬效果测试：

水泥物料配比：选择熟料80%，炉渣5%，粉煤灰5%，天然石膏5%和石灰石5%。分四个试验组，每个试验组称取5Kg水泥物料，分别按配比加入实施例1-3以及市售亚铁盐还原剂混合均匀，另设空白对比例，即不添加除铬剂。分别加入Φ500×500mm水泥实验小磨，粉磨20分钟，然后将磨制的水泥按照 GB31893－2015《水泥中水溶性铬（VI）的限量及测定方法》标准测定水溶性铬（VI）的含量。

从实施例实验数据来看，本发明六价铬还原剂具有较好的六价铬还原效果，在掺量极低的情况下，就可以将空白16.9ppm含量的Cr⁶⁺降低到5ppm以下，实施例1更是将其含量降低到0.15ppm，不仅低于GB31893－2015《水泥中水溶性铬（VI）的限量及测定方法》标准要求的10ppm以下，更是低于欧盟要求的水泥产品铬（VI）含量不得高于2ppm的要求。另外，从水泥强度和细度来看，还原剂不会对水泥物理性能造成不利影响。

需要说明的是，上述实施例仅仅是实现本发明的优选方式的部分实施例，而非全部实施例。显然，基于本发明的上述实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种水泥六价铬还原剂，其特征在于，它是由以下重量份的原料制成：三氧化二锑5-20份，聚羧酸超分散剂1-5份，消泡剂0.2-0.5份，羟丙基甲基纤维素0.1-0.3份，水70-90份。

2.根据权利要求1所述的水泥六价铬还原剂，其特征在于，所述聚羧酸超分散剂通过以下方法制得：

1）将30-50重量份的甲基丙烯酸和10-18重量份的聚乙二醇放入反应容器中，加入80-100重量份的三氯甲烷和0.4-0.8重量份的对苯二酚，在氮气保护氛围110℃冷凝回流3.5h，得初品；

2）将初品在40℃减压蒸馏去除三氯甲烷，得酯化大单体；

3）将60-70重量份的烯丙基聚氧乙烯醚、10-20重量份苯乙烯磺酸钠、80重量份的蒸馏水、0.4-0.8重量份的过硫酸铵和0.2-0.5重量份的甲基丙烯磺酸钠置于反应容器中，将步骤2）得到的酯化大单体通过恒压滴液漏斗在反应初1h内全部加至反应容器中，70℃反应3h，反应结束后用氢氧化钠溶液调节pH至7-8，得聚羧酸超分散剂。

3.根据权利要求2所述的水泥六价铬还原剂，其特征在于，所述聚乙二醇为聚乙二醇-800。

4.根据权利要求2所述的水泥六价铬还原剂，其特征在于，所述烯丙基聚氧乙烯醚的分子量为1200。

5.根据权利要求1所述的水泥六价铬还原剂，其特征在于，所述三氧化二锑为工业品，含量为99.5%。

6.根据权利要求1所述的水泥六价铬还原剂，其特征在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂，型号为XP-17。

7.根据权利要求1所述的水泥六价铬还原剂，其特征在于，所述羟丙基甲基纤维素为10万粘度。

8.根据权利要求1所述的水泥六价铬还原剂，其特征在于，所述还原剂在使用时掺量为水泥重量的0.05-0.1%。

9.一种权利要求1所述的水泥六价铬还原剂的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1）取羟丙基甲基纤维素溶于80℃热水中，搅拌溶解之后，冷却留存备用；

2）将制备的聚羧酸超分散剂溶于水中，加入三氧化二锑，用剪切分散剂快速剪切分散形成悬浮液，之后加入消泡剂；

3）最后待搅拌一段时间之后，加入羟丙基甲基纤维素溶液，搅拌均匀，得到悬浮液形式的六价铬还原剂。