CN115087707A - 利用赤泥制备涂料用复合颜填料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种利用赤泥制备涂料用复合颜填料的方法，所述方法包括对赤泥原料进行固碱处理、超细加工处理、物理改性和化学改性。所述固碱处理是在打浆设备中在分散剂的作用下，将赤泥制成浆料，然后用酸性中和剂配成1‑50％的溶液并加入到打浆设备中，连续搅拌至中和反应完成。超细加工处理步骤包括干燥处理和超细粉碎处理，所述超细粉碎处理是选用超细粉碎设备将干燥后的赤泥粉碎。所述物理改性的步骤包括将物理改性剂和粘合助剂与超细粉碎后的赤泥混合以得到复合颜填料。所述化学改性的步骤包括利用改性设备用改性剂对复合颜填料进行表面处理以得到改性复合颜填料。

Description

利用赤泥制备涂料用复合颜填料的方法
技术领域
本发明属于工业固体废弃物绿色资源化利用领域，尤其涉及一种利用赤泥制备涂料用复合颜填料的方法。
背景技术
赤泥是工业生产氧化铝过程中产生的副产物，因含有氧化铁颜色为暗红色，其化学成分包括Al2O3、CaO、Fe2O3、SiO2、Na2O和TiO2，其矿物组成包括方解石、赤铁矿、磁铁矿、方钠石、高岭土、石英石、水铝石、钙霞石等。每生产1t氧化铝就会产生1-2t的赤泥，据统计中国赤泥的年产量接近7000万吨，总堆积量高达5亿吨。由于赤泥具有碱性强和盐分高的特征，导致其综合利用率不足5％，大量的赤泥露天堆放不仅占用大量土地，还会造成土壤、水体以及空气的污染，给自然环境带来巨大的破坏。目前，赤泥主要的应用领域是附加值较低的建材和农业领域，如制砖、路基材料、保温材料、土壤调理剂等，但在有价元素提取、废气处理、多孔材料等高附加值领域的应用鲜有成功案例。因此，如何寻找赤泥高附加值应用的途径，提高赤泥综合利用率，成为氧化铝产业面临的巨大挑战。
填料和颜料约占涂料质量的20-60％涂料是涂料重要的组成部分，在涂料中起到不可替代的作用。填料和颜料多来源于天然矿物，但随着经济的发展，自然资源和环境保护逐渐引起大家的关注，“绿水青山就是金山银山”的理念已经慢慢融入我国经济的发展。
如何节约和高附加值利用不可再生天然矿产资源和寻找替代品，已经成为摆在涂料行业面临的巨大难题。
发明内容
鉴于上述的现有赤泥综合利用方面和涂料颜填料存在的问题，本发明提供了一种利用赤泥制备涂料用复合颜填料的方法。
一种利用赤泥制备涂料用复合颜填料的方法，所述方法包括对赤泥原料进行固碱处理、超细加工处理、物理改性和化学改性；
其中，所述固碱处理是在打浆设备中在分散剂的作用下，将赤泥制成浆料，然后用酸性中和剂配成1-50％的溶液并加入到打浆设备中，连续搅拌至中和反应完成；
其中超细加工处理步骤包括干燥处理和超细粉碎处理，所述超细粉碎处理是选用超细粉碎设备将干燥后的赤泥粉碎；
所述物理改性的步骤包括将物理改性剂和粘合助剂与超细粉碎后的赤泥混合以得到复合颜填料；
所述化学改性的步骤包括利用改性设备用改性剂对复合颜填料进行表面处理以得到改性复合颜填料。
通过上述可知，本发明所述的方法所涉及的生产流程都为纯物理过程，不涉及强酸强碱、高压等过程，生产工艺安全、绿色、环保，无三废排放，对不同类型的赤泥适应性较高。由本发明所述方法生产的复合颜填料，分散均匀、与树脂亲和性好、着色效果优异，可广泛应用于油漆、水漆和粉末涂料领域。本发明的技术方案在解决了涂料行业难题的同时，真正实现对赤泥的绿色高附加值利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为根据本发明的一个实施例所述的利用赤泥制备涂料用复合颜填料的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
经过长期的研究发现，赤泥在形成过程经过碱和高温的处理，具有物化性质稳定、耐高温、耐酸碱腐蚀等特点。虽然新生的赤泥碱性较强，但经过合适的处理手段，可以使碱性变弱而直接应用于涂料中。而且赤泥中含有大量的氧化铁(颜料铁红的重要组成部分)和石英、方解石、高岭石等常用颜料和填料，因此赤泥具备生产涂料用复合颜填料的潜力。
本发明所述的方法能够针对赤泥的特性，通过合适的生产工艺制备出复合颜填料(即该复合颜填料同时具有颜料和填料的功能)，不仅解决涂料行业难题，也实现对赤泥的绿色高值化利用。
参见图1，根据本发明的实施例，提供了一种利用赤泥制备涂料用复合颜填料的方法，所述方法主要包括以下四个步骤：固碱处理步骤、超细加工步骤、物理改性步骤和化学改性步骤四个过程：
(1)固碱处理：所述固碱处理是利用酸性物质将赤泥内的碱性物质(以氢氧化钠为主)中和后变成不可溶性盐，降低赤泥的pH值。所述固碱过程是由打浆设备在分散剂的作用下，将赤泥制成一定浓度的浆料，然后再将一定量酸性中和剂配成1-50％的溶液加入打浆机，连续搅拌一段时间，至中和反应完成。
(2)超细加工步骤：所述超细加工包括干燥和超细粉碎两个过程。所述干燥是选用合适的干燥设备将固碱后赤泥含水量干燥至1％以下。所述超细粉碎是选用超细粉碎设备将干燥后的赤泥粉碎至一定细度。
(3)物理改性步骤：将一定量的物理改性剂，在少量的粘合助剂和机械力化学的作用下，与超细赤泥粉混合(例如混合均匀并紧密结合)得到复合颜填料，可用于水性涂料、油漆或粉末涂料。
(4)化学改性步骤：利用改性设备，选择合适的改性剂及用量，在一定条件下对物理改性后物料进行表面处理，制得改性复合颜填料用于水性涂料、油漆或粉末涂料。
具体地，在固碱步骤中，对赤泥进行固碱处理的目的是降低赤泥中碱含量和调节pH值。在一个示例中，由打浆设备执行固碱步骤，使赤泥的pH值下降到9以下。所述赤泥浆料的固含量为30-80％，优选地67％。所述分散剂包括聚磷酸盐、偏硅酸钠、二硅酸钠、聚羧酸盐、聚甲基丙烯酸盐、多元醇、多元胺、聚醚、聚磺酸盐中的一种或更多种的组合，优选地六偏磷酸钠。所述分散剂的用量为赤泥质量分数的0-8％，优选地0.5％。所述酸性中和剂包括原硅酸、二硅酸和偏硅酸中的一种或更多种的组合，所述酸性中和剂的用量为赤泥质量分数的0-21％。
进一步地，在超细加工步骤中，对固碱的赤泥进行超细加工以得到超细赤泥粉末，所述超细加工过程包括干燥和超细粉碎两个步骤。由干燥设备执行所述干燥赤泥的步骤，以使得赤泥的含水量低于1％，所述干燥设备包括流化床式干燥机、打散干燥粉碎机、闪蒸设备、压滤机、离心式干燥机、回转干燥机和滚筒式干燥机中的任一种或它们的任意组合，所述干燥步骤的温度范围为80-300℃，优选地150℃。将干燥后的赤泥进行超细粉碎，得到超细赤泥粉。所述超细粉碎设备包括环辊磨、机械磨、球磨机、气流磨、蒸汽磨、热空气气流磨、搅拌磨和砂磨机中的任一种或它们的任意组合。
优选地，由干法磁选机执行对干燥后的赤泥进行磁选的步骤，所述干法磁选机的磁场强度的范围为0.02-2.0T。所述超细加工后的赤泥的颗粒的粒度在800-12500目之间，优选地8000目或10000目。
对超细赤泥粉进行物理改性的目的在于得到颜色可控、防腐性能优越、着色稳定的复合颜填料。在一个示例中，所述物理改性在超细粉碎设备的磨腔内完成。所述物理改性是将物理改性剂、粘合助剂和初加工后物料一起喂入磨腔内粉碎并混合(例如混合均匀)；所述物理改性剂包括红丹、锶铬黄、锌铬黄、钡铬黄、钙铬黄、磷酸盐、磷钼酸盐、三聚磷酸二氢铝、钼酸锌、硼酸锌、云母氧化铁、钛白粉、纳米氧化锌、石墨、群青、酞菁蓝、硫酸钡、铁红、铁黑、硫酸钡等物质中的任一种或更多种的混合物；所述物理改性剂为赤泥粉质量分数的0％-30％；所述粘合助剂为硅酸钠、硅酸钾、双硅烷偶联剂等；所述粘合助剂为赤泥粉质量分数的0％-5％。
在一个示例中，在物理改性赤泥步骤之后，对赤泥粉进行化学改性以得到改性复合颜填料。在一些实施例中，由改性设备执行所述化学改性的步骤。所述改性设备包括三辊改性机、高速搅拌机和塔式改性机中的任一种或它们的任意组合，所述表面改性使用的改性剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、稀土偶联剂、脂肪酸及其盐、聚醇类物质、高级醇类中的任一种或它们的任意组合；所述改性剂用量为赤泥粉体质量的0.01-25％(例如10％或15％)；所述表面改性的温度范围为50-300℃(例如200℃)。
综上可知，所述涂料为粉末涂料、水性涂料或油漆。
以下提供了几个具体的实施例来详细说明本发明的方法的各个步骤，显然，本发明的技术方案不限于下述提供的实施例的限制。
实施例1
山西省阳泉某厂赤泥原料含水量为7％其主要化学组成如表1所示。在本实施例中，采用的加工工艺为固碱、闪蒸干燥、超细粉碎、物理改性和化学改性。具体制备工艺参数如下：首先利用打浆机在质量分数为0.3％的聚羧酸钠的作用下，将赤泥打成固含量为70％的均匀浆料，然后按照赤泥：原硅酸为98:2的比例，加入质量分数为2％的原硅酸溶液，连续搅拌3h。将中和后的浆料用闪蒸干燥机进行干燥，将赤泥含水量降低到1％以内，闪蒸干燥机设备入口温度设定为270℃，出口温度设定为100℃。将干燥后的赤泥、质量分数为1％的锶铬黄和质量分数为0.9％的酞菁蓝一起喂入流化床式气流磨的磨腔内，在0.85Mpa压力和1600rpm的分级机转速下进行超细粉碎和物理改性，得到复合颜填料A1；最后对物理改性后的部分物料利用高速搅拌机，以质量分数为1％的硅烷偶联剂(KH560)为改性剂，在120℃下连续搅拌15min，制得改性后复合颜填料A2，其粒度分布如表2所示。
表1物料化学组成
Figure BDA0003790749450000051
表2不同填料粒度分布
Figure BDA0003790749450000052
实施例2
山东省淄博某厂赤泥原料粒度较细，含水量为6.4％其主要化学组成如表3所示。在本实施例中，采用的加工工艺为固碱、闪蒸干燥、超细粉碎、物理改性和化学改性。具体制备工艺参数如下：首先利用打浆机在质量分数为0.7％的三聚磷酸钠的作用下，将赤泥打成固含量为70％的均匀浆料，然后按照赤泥：偏硅酸为97:3的比例，加入质量分数为3％的偏硅酸溶液，连续搅拌3h。将固碱后的浆料用首先用离心式干燥机，干燥至水含量为5％以内。然后将干燥后的赤泥、质量分数为0.5％的锶铬黄和质量分数为0.7％的酞菁蓝一起喂入蒸汽磨的磨腔内，进行超细粉碎和物理改性，其中蒸汽磨的磨腔内温度为190℃，蒸汽压力为1.4Mpa，蒸汽温度为270℃。制得改性后复合颜填料B1，其粒度分布如表4所示。最后，对物理改性后的物料，通过三辊改性机，在100℃下，以质量分数为0.7％的硅烷偶联剂(KH560)和质量分数为0.3％的硅烷偶联剂(KH540)为改性剂，完成化学改性制得改性复合颜填料B2，其粒度分布如表4所示。
表3物料化学组成
Figure BDA0003790749450000061
表4不同填料粒度分布
Figure BDA0003790749450000062
实施例3
利用实施例1和实施例2中制备的改性复合颜填料A2和B2，在灰色防腐油漆中与常用的颜填料体系(炭黑+钛白体+碳酸钙，对照例)进行对比实验，涂料配方和性能对比如表5所示：
表5灰色防腐油漆配方、涂料制备工艺及性能对比
Figure BDA0003790749450000063
Figure BDA0003790749450000071
实施例4
利用实施例1和实施例2中制备的复合颜填料A1和B2，在灰色防腐水性涂料中与常用的颜填料体系(炭黑+钛白体+碳酸钙，对照例)进行对比实验。涂料配方和性能对比如表6所示：
表6灰色防腐水性涂料配方、涂料制备工艺及性能对比
Figure BDA0003790749450000072
Figure BDA0003790749450000081
实施例5
利用实施例1和实施例2中制备的改性复合颜填料A2和B2，在灰色粉末涂料中与常用的颜填料体系(炭黑+钛白体+碳酸钙，对照例)进行对比实验，涂料配方和性能对比如表7所示：
表7粉末涂料配方、涂料制备工艺及性能对比
Figure BDA0003790749450000082
Figure BDA0003790749450000091
通过上述的对比分析可以明显看出，通过本发明所述的方法制备的复合颜填料，能够起到颜料和填料的双重作用，而且能够显著提高与机树脂的亲和性和分散性。与常用的颜填料体系相比，本发明所述的方法不仅能够降低涂料生产成本，而且能够显著提高涂料的储存、防腐、耐候性等性能。本发明所述的方法具有显著的环保意义和经济效益，市场前景广阔。
虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (18)

1.一种利用赤泥制备涂料用复合颜填料的方法，所述方法包括对赤泥原料进行固碱处理、超细加工处理、物理改性和化学改性；
其中，所述固碱处理是在打浆设备中在分散剂的作用下，将赤泥制成浆料，然后用酸性中和剂配成1-50％的溶液并加入到打浆设备中，连续搅拌至中和反应完成；
其中超细加工处理步骤包括干燥处理和超细粉碎处理，所述干燥处理是干燥固碱处理后的赤泥，所述超细粉碎处理是选用超细粉碎设备将干燥后的赤泥粉碎；
所述物理改性的步骤包括将物理改性剂和粘合助剂与超细粉碎后的赤泥混合以得到复合颜填料；
所述化学改性的步骤包括利用改性设备用改性剂对复合颜填料进行表面处理以得到改性复合颜填料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固碱处理后的赤泥的pH值降到9以下，赤泥的浆料的固含量为30-80％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述分散剂包括聚磷酸盐、偏硅酸钠、二硅酸钠、聚羧酸盐、聚甲基丙烯酸盐、多元醇、多元胺、聚醚、聚磺酸盐中的一种或更多种的组合，所述分散剂用量为赤泥质量分数的0-8％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述酸性中和剂包括原硅酸、二硅酸和偏硅酸中的一种或更多种的组合，所述酸性中和剂的用量为赤泥质量分数的0-21％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，由干燥设备执行赤泥的干燥步骤以使得赤泥的含水量低于1％。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述干燥设备包括流化床式干燥机、打散干燥粉碎机、闪蒸设备、压滤机、离心式干燥机、回转干燥机和滚筒式干燥机中的任一种或它们的任意组合，所述干燥步骤的温度范围为80-300℃。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述超细粉碎处理包括利用超细粉碎设备将干燥后的赤泥进行超细粉碎以得到超细赤泥粉。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述超细粉碎设备包括环辊磨、机械磨、球磨机、气流磨、蒸汽磨、热空气气流磨、搅拌磨和砂磨机中的任一种或它们的任意组合。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，由干法磁选机执行对干燥后的赤泥进行磁选，所述干法磁选机的磁场强度的范围为0.02-2.0T，所述超细加工后的赤泥的颗粒的粒度在800-12500目之间。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物理改性在超细粉碎设备的磨腔内进行。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述物理改性是将物理改性剂、粘合助剂和初加工后物料一起喂入磨腔内粉碎并混合。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述物理改性剂包括红丹、锶铬黄、锌铬黄、钡铬黄、钙铬黄、磷酸盐、磷钼酸盐、三聚磷酸二氢铝、钼酸锌、硼酸锌、云母氧化铁、钛白粉、纳米氧化锌、石墨、群青、酞菁蓝、硫酸钡、铁红、铁黑、硫酸钡中的任一种或更多种的混合物；所述物理改性剂为赤泥粉质量分数的0％-30％。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述粘合助剂为硅酸钠、硅酸钾、双硅烷偶联剂；所述粘合助剂为赤泥粉质量分数的0％-5％。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，由改性设备执行所述化学改性的步骤。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述改性设备包括三辊改性机、高速搅拌机和塔式改性机中的任一种或它们的任意组合。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述表面改性使用的改性剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、稀土偶联剂、脂肪酸及其盐、聚醇类物质、高级醇类中的任一种或它们的任意组合；所述改性剂用量为赤泥粉体质量的0.01-25％。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的方法，其中，所述表面改性的温度范围为50-300℃。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的方法，其中，所述涂料为粉末涂料、水性涂料或油漆。
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