申请日2017.07.28
公开(公告)日2017.11.17
IPC分类号C01B33/40
摘要
本发明公开了一种利用活性白土废水制备的碱性白土及其应用，属于膨润土深加工技术领域，所述碱性白土是经过配料制浆、酸活化反应、压滤、碱化等步骤制成的。本发明生产的碱性白土经过改性，制成的改性膨润土耐热剂无毒、无味，安全环保，性能优异，其中碱含量为达50‑57wt%，活性指数为97%‑99%，热稳定时间为169‑176min。
权利要求书
1.一种利用活性白土废水制备的碱性白土，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：
S1：将膨润土和活性白土废水混合，在搅拌下混合均匀，制得浆状物料A;
S2：将步骤S1制得的浆状物料A加入到混合酸中，在转速为300-500r/min条件下加入抗坏血酸、分子筛催化剂和葡萄糖酸钠搅拌，在微波作用下反应，所述微波作用的条件为：功率为125-180W，加热至83-95℃，保持在83-95℃条件下反应0.7-2h，制得浆状物料B;
S3：将步骤S2制得的浆状物料B在压力为0.92-0.96MPa条件下进行压滤，制得含水率为18.2%-26.7%的滤饼A;
S4：向步骤S3制得的滤饼A加水搅拌溶解，加水量为滤饼A重量的5.8-7.3倍，搅拌溶解滤饼A完成后加入聚丙烯酸钙搅拌0.5-1h使溶液沉淀，将沉淀物在压力为0.91-0.95MPa条件下进行压滤，制得含水率为18%-27%的滤饼B;
S5：将步骤S4制得的滤饼B加水搅拌溶解，加水量为滤饼B重量的4.8-6.1倍，搅拌溶解滤饼B完成后，加入浓度为2.3%-15.4%的碱性溶液，制得浆物料C;
S6：将步骤S5制得的浆物料C在压力为0.9-0.95MPa条件下进行压滤，制得含水率为16.7%-26.3%的滤饼C;
S7：将步骤S6制得的滤饼C放在离心机中，在离心转速为3000-5000r/min条件下除水至滤饼C含水率≤3.2%后粉碎，所得粉碎物过筛A，制得碱性白土。
2.根据权利要求1所述的利用活性白土废水制备的碱性白土，其特征在于，步骤S1中所述活性白土废水的浓度为2.3%-20.5%。
3.根据权利要求1所述的利用活性白土废水制备的碱性白土，其特征在于，步骤S1中所述膨润土和活性白土废水的重量比为1-2.6:2.5-16.1。
4.根据权利要求1所述的利用活性白土废水制备的碱性白土，其特征在于，步骤S1中所述搅拌转速为300-500r/min。
5.根据权利要求1所述的利用活性白土废水制备的碱性白土，其特征在于，步骤S2中所述混合酸的浓度为7.2%-22.4%。
6.根据权利要求5所述的利用活性白土废水制备的碱性白土，其特征在于，所述混合酸为浓度14.2-19.6wt%的草酸、浓度30-36.2wt%的酒石酸、浓度21.7-22.3wt%的枸椽酸组成的混合酸。
7.根据权利要求6所述的利用活性白土废水制备的碱性白土，其特征在于，所述草酸、酒石酸、枸椽酸的积比1.8-6.3:2.5-5.2:1.2-2.6。
8.根据权利要求6所述的利用活性白土废水制备的碱性白土，其特征在于，所述混合酸与浆状物料A的重量比为1-2.8:3.6-17。
9.根据权利要求1所述的利用活性白土废水制备的碱性白土，其特征在于，步骤S2中所述抗坏血酸、分子筛催化剂、葡萄糖酸钠与浆状物料A的重量比为2.6-5.5:0.8-1.6:0.9-2:46.8-152。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的碱性白土的应用，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将碱性白土配成浓度为2.4%-10.6%的溶液，加入碱性白土质量6%-20%的月桂醇硫酸和钠碱性白土质量2%-4%的五氧化二钒，在转速200-400r/min条件下搅拌反应75-120min，制得浆物料D;
(2)向步骤(1)制得的浆物料D中加入碱性白土质量3%-5%的三乙酰丙酮铝，在温度为60-70℃，转速200-400r/min条件下搅拌75-120min，制得浆物料E;
(3)将步骤(2)制得的浆物料E在压力为0.9-0.95MPa条件下进行压滤，制得含水率为32%-45%的滤饼D;
(4)将步骤(3)制得的滤饼D放在离心机中，在离心转速为3500-6000r/min条件下除水至滤饼D含水率≤3.5%后粉碎，所得粉碎物过筛B，制得改性膨润土耐热剂。
说明书
一种利用活性白土废水制备的碱性白土及其应用
【技术领域】
本发明属于膨润土深加工技术领域，具体涉及一种利用活性白土废水制备的碱性白土及其应用。
【背景技术】
膨润土称为天然纳米材料、万用粘土。我国膨润土品质优良，矿储量居世界第二位，除少量出口作为有机膨润土的原料外，其余皆以膨润土粉和活性白土形式行销国内，这些产品属初级产品，经济效益不高，资源利用水平低。为了获得更大的经济效益，需要开发高科技含量的系列化新产品，拓展应用新领域。
PVC(聚氯乙烯)是由氯乙烯聚合反应生成的热塑性聚合物，由于其制品具有软硬度易调控、力学性能较好、耐腐蚀、电绝缘性好、透明性高以及价廉等优点，在建筑、轻工、化工、电子、航天、汽车、农业等领域中具有广泛的用途。但是，PVC在加工过程中容易发生热降解现象，产生氯化氢，并且氯化氢具有催化加速降解作用。因此，通常需要添加耐热剂以抑制热降解，提高PVC制品的性能。
PVC耐热剂一般为弱碱性物质，主要有铅盐类、金属皂类、有机物类及它们的混合物，这些耐热剂在使用过程中，其活性组分直接与PVC接触，在PVC热成型加工后稳定剂与PVC部分分解释放出来的氯化氢反应，生成氯化物盐类，这些盐类对PVC的性能会产生影响。类水滑石PVC耐热剂是一种层状弱碱材料，虽然其层间具有吸附氯化氢的能力，但其吸附容量不大，起活性组分的主要是其晶层，它与氯化氢反应后生成氯化铝和氯化镁，对PVC的导电、机械力学性能也产生影响。
目前我国PVC耐热剂的产量不断增加，其中有毒、污染严重的铅系耐热剂不但没有减少，反而有一定的增加，这对日益重视环境与安全的今天是格格不入的。膨润土、氢氧化钙或氢氧化钠都是无毒、无味的，使碱性白土作为耐热剂有了良好的安全环保性基础。碱性白土中的氢氧化钙具有极强的吸附氯化氢能力，膨润土本身也具有材料填充剂功能，吸附氯化氢后的产物留在蒙脱石内，因而有望成为一种性能优良的耐热剂。
广西具有丰富膨润土资源，其中宁明县的膨润土矿最大，已探明储量为6.1亿吨，占全国储量的1/4，田东县的膨润土矿蒙脱石含量在80%以上。因此，开发改性膨润土耐热剂，对发展广西地方经济具有重要的意义。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种利用活性白土废水制备的碱性白土及其应用，以解决现有技术中改性膨润土碱含量、活性指数低，热稳定时间短的问题。本发明制备的改性膨润土耐热剂无毒、无味，安全环保，质量高。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种利用活性白土废水制备的碱性白土，其制备方法包括以下步骤：
S1：将膨润土和活性白土废水混合，在搅拌下混合均匀，制得浆状物料A;
S2：将步骤S1制得的浆状物料A加入到混合酸中，在转速为300-500r/min条件下加入抗坏血酸、分子筛催化剂和葡萄糖酸钠搅拌，在微波作用下反应，所述微波作用的条件为：功率为125-180W，加热至83-95℃，保持在83-95℃条件下反应0.7-2h，制得浆状物料B;
S3：将步骤S2制得的浆状物料B在压力为0.92-0.96MPa条件下进行压滤，制得含水率为18.2%-26.7%的滤饼A;
S4：向步骤S3制得的滤饼A加水搅拌溶解，加水量为滤饼A重量的5.8-7.3倍，搅拌溶解滤饼A完成后加入聚丙烯酸钙搅拌0.5-1h使溶液沉淀，将沉淀物在压力为0.91-0.95MPa条件下进行压滤，制得含水率为18%-27%的滤饼B;
S5：将步骤S4制得的滤饼B加水搅拌溶解，加水量为滤饼B重量的4.8-6.1倍，搅拌溶解滤饼B完成后，加入浓度为2.3%-15.4%的碱性溶液，制得浆物料C;
S6：将步骤S5制得的浆物料C在压力为0.9-0.95MPa条件下进行压滤，制得含水率为16.7%-26.3%的滤饼C;
S7：将步骤S6制得的滤饼C放在离心机中，在离心转速为3000-5000r/min条件下除水至滤饼C含水率≤3.2%后粉碎，所得粉碎物过筛A，制得碱性白土。
进一步地，步骤S1中所述活性白土废水的浓度为2.3%-20.5%。
进一步地，步骤S1中所述膨润土和活性白土废水的重量比为1-2.6:2.5-16.1。
进一步地，步骤S1中所述搅拌转速为300-500r/min。
进一步地，步骤S2中所述混合酸的浓度为7.2%-22.4%。
进一步地，所述混合酸为浓度14.2-19.6wt%的草酸、浓度30-36.2wt%的酒石酸、浓度21.7-22.3wt%的枸椽酸组成的混合酸，
进一步地，所述草酸、酒石酸、枸椽酸的积比1.8-6.3:2.5-5.2:1.2-2.6。
进一步地，所述混合酸与浆状物料A的重量比为1-2.8:3.6-17。
进一步地，步骤S2中所述抗坏血酸、分子筛催化剂、葡萄糖酸钠与浆状物料A的重量比为2.6-5.5:0.8-1.6:0.9-2:46.8-152。
一种碱性白土的应用，包括以下步骤：
(1)将碱性白土配成浓度为2.4%-10.6%的溶液，加入碱性白土质量6%-20%的月桂醇硫酸和钠碱性白土质量2%-4%的五氧化二钒，在转速200-400r/min条件下搅拌反应75-120min，制得浆物料D;
(2)向步骤(1)制得的浆物料D中加入碱性白土质量3%-5%的三乙酰丙酮铝，在温度为60-70℃，转速200-400r/min条件下搅拌75-120min，制得浆物料E;
(3)将步骤(2)制得的浆物料E在压力为0.9-0.95MPa条件下进行压滤，制得含水率为32%-45%的滤饼D;
(4)将步骤(3)制得的滤饼D放在离心机中，在离心转速为3500-6000r/min条件下除水至滤饼D含水率≤3.5%后粉碎，所得粉碎物过筛B，制得改性膨润土耐热剂。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的改性膨润土耐热剂碱含量为50-57wt%，活性指数为97%-99%，热稳定时间为169-176min;
(2)由实例3与对比例1-4的改性膨润土耐热剂碱含量、活性指数、热稳定时间可知抗坏血酸、分子筛催化剂和葡萄糖酸钠的添加起到了协同作用，均提高了碱含量、活性指数、热稳定时间，这可能是抗坏血酸起到还原作用，分子筛催化剂起到催化作用，葡萄糖酸钠起到络合作用，三种成分之间起到了协同作用。
(3)本发明生产的改性膨润土耐热剂无毒、无味，安全环保。
【具体实施方式】
实施例1
一种改性膨润土耐热剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将膨润土和浓度为2.4%的活性白土废水按重量比为1:2.51混合，在转速为300r/min条件下搅拌均匀，制得浆状物料A;
S2：将步骤S1制得的浆状物料A加入到浓度为7.2%的混合酸中，所述混合酸为浓度14.3wt%的草酸、浓度30-36.2wt%的酒石酸、浓度21.7wt%的枸椽酸按体积比1.8:2.5:1.2组成的混合酸，浆状物料A与混合酸的重量比为1:3.6，在转速为300r/min条件下加入抗坏血酸、分子筛催化剂和葡萄糖酸钠搅拌，抗坏血酸、分子筛催化剂、葡萄糖酸钠与浆状物料A的重量比为2.6-5.5:0.8-1.6:0.9-2:46.8-152，在微波功率为125-180W，加热至83-95℃，保持在83-95℃条件下反应0.7-2h，制得浆状物料B;
S3：将步骤S2制得的浆状物料B在压力为0.92MPa条件下进行压滤，制得含水率为18.2%的滤饼A;
S4：向步骤S3制得的滤饼A加水搅拌溶解，加水量为滤饼A重量的5.8倍，搅拌溶解滤饼A完成后加入聚丙烯酸钙搅拌0.5h使溶液沉淀，将沉淀物在压力为0.91MPa条件下进行压滤，制得含水率为18%的滤饼B;
S5：将步骤S4制得的滤饼B加水搅拌溶解，加水量为滤饼B重量的4.8倍，搅拌溶解滤饼B完成后，加入浓度为2.3%的碱性溶液，制得浆物料C;
S6：将步骤S5制得的浆物料C在压力为0.9MPa条件下进行压滤，制得含水率为16.7%的滤饼C;
S7：将步骤S6制得的滤饼C放在离心机中，在离心转速为3000r/min条件下除水至滤饼C含水率为3.2%后粉碎，所得粉碎物过筛A，制得碱性白土。
S8：将步骤S7制得的碱性白土配成浓度为2.4%的溶液，加入碱性白土质量6%的月桂醇硫酸和钠碱性白土质量2%的五氧化二钒，在转速200r/min条件下搅拌反应120min，制得浆物料D;
S9：向步骤S8制得的浆物料D中加入碱性白土质量3%的三乙酰丙酮铝，在温度为60℃，转速200r/min条件下搅拌120min，制得浆物料E;
S10：将步骤S9制得的浆物料E在压力为0.9MPa条件下进行压滤，制得含水率为32%的滤饼D;
S11：将步骤S10制得的滤饼D放在离心机中，在离心转速为3500r/min条件下除水至滤饼D含水率为3.5%后粉碎，所得粉碎物过筛B，制得改性膨润土耐热剂。
实施例2
一种改性膨润土耐热剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将膨润土和浓度为12.2%的活性白土废水按重量比为1.8:9.3混合，在转速为400r/min条件下搅拌均匀，制得浆状物料A;
S2：将步骤S1制得的浆状物料A加入到浓度为15%的混合酸中，所述混合酸为浓度17.2wt%的草酸、浓度34.5wt%的酒石酸、浓度22wt%的枸椽酸按体积比4.1:3.6:1.8组成的混合酸，浆状物料A与混合酸的重量比为1.9:10，在转速为400r/min条件下加入抗坏血酸、分子筛催化剂和葡萄糖酸钠搅拌，抗坏血酸、分子筛催化剂、葡萄糖酸钠与浆状物料A的重量比为2.6-5.5:0.8-1.6:0.9-2:46.8-152，在微波功率为125-180W，加热至83-95℃，保持在83-95℃条件下反应0.7-2h，制得浆状物料B;
S3：将步骤S2制得的浆状物料B在压力为0.94MPa条件下进行压滤，制得含水率为22%的滤饼A;
S4：向步骤S3制得的滤饼A加水搅拌溶解，加水量为滤饼A重量的6.5倍，搅拌溶解滤饼A完成后加入聚丙烯酸钙搅拌0.8h使溶液沉淀，将沉淀物在压力为0.93MPa条件下进行压滤，制得含水率为22%的滤饼B;
S5：将步骤S4制得的滤饼B加水搅拌溶解，加水量为滤饼B重量的5.2倍，搅拌溶解滤饼B完成后，加入浓度为9%的碱性溶液，制得浆物料C;
S6：将步骤S5制得的浆物料C在压力为0.93MPa条件下进行压滤，制得含水率为23%的滤饼C;
S7：将步骤S6制得的滤饼C放在离心机中，在离心转速为4000r/min条件下除水至滤饼C含水率为2.8%后粉碎，所得粉碎物过筛A，制得碱性白土。
S8：将步骤S7制得的碱性白土配成浓度为6.3%的溶液，加入碱性白土质量14%的月桂醇硫酸和钠碱性白土质量3%的五氧化二钒，在转速300r/min条件下搅拌反应100min，制得浆物料D;
S9：向步骤S8制得的浆物料D中加入碱性白土质量4%的三乙酰丙酮铝，在温度为65℃，转速300r/min条件下搅拌100min，制得浆物料E;
S10：将步骤S9制得的浆物料E在压力为0.92MPa条件下进行压滤，制得含水率为40%的滤饼D;
S11：将步骤S10制得的滤饼D放在离心机中，在离心转速为5000r/min条件下除水至滤饼D含水率为3.2%后粉碎，所得粉碎物过筛B，制得改性膨润土耐热剂。
实施例3
一种改性膨润土耐热剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将膨润土和浓度为20.2%的活性白土废水按重量比为2.6:16混合，在转速为500r/min条件下搅拌均匀，制得浆状物料A;
S2：将步骤S1制得的浆状物料A加入到浓度为22.4%的混合酸中，所述混合酸为浓度19.6wt%的草酸、浓度36.2wt%的酒石酸、浓度22.3wt%的枸椽酸按体积比6.3:5.2:2.6组成的混合酸，浆状物料A与混合酸的重量比为2.8:17，在转速为500r/min条件下加入抗坏血酸、分子筛催化剂和葡萄糖酸钠搅拌，抗坏血酸、分子筛催化剂、葡萄糖酸钠与浆状物料A的重量比为2.6-5.5:0.8-1.6:0.9-2:46.8-152，在微波功率为125-180W，加热至83-95℃，保持在83-95℃条件下反应0.7-2h，制得浆状物料B;
S3：将步骤S2制得的浆状物料B在压力为0.96MPa条件下进行压滤，制得含水率为26.7%的滤饼A;
S4：向步骤S3制得的滤饼A加水搅拌溶解，加水量为滤饼A重量的7.3倍，搅拌溶解滤饼A完成后加入聚丙烯酸钙搅拌1h使溶液沉淀，将沉淀物在压力为0.95MPa条件下进行压滤，制得含水率为27%的滤饼B;
S5：将步骤S4制得的滤饼B加水搅拌溶解，加水量为滤饼B重量的6.1倍，搅拌溶解滤饼B完成后，加入浓度为15.4%的碱性溶液，制得浆物料C;
S6：将步骤S5制得的浆物料C在压力为0.95MPa条件下进行压滤，制得含水率为26.3%的滤饼C;
S7：将步骤S6制得的滤饼C放在离心机中，在离心转速为5000r/min条件下除水至滤饼C含水率为2.8%后粉碎，所得粉碎物过筛A，制得碱性白土。
S8：将步骤S7制得的碱性白土配成浓度为10.6%的溶液，加入碱性白土质量20%的月桂醇硫酸和钠碱性白土质量4%的五氧化二钒，在转速400r/min条件下搅拌反应120min，制得浆物料D;
S9：向步骤S8制得的浆物料D中加入碱性白土质量5%的三乙酰丙酮铝，在温度为70℃，转速400r/min条件下搅拌75min，制得浆物料E;
S10：将步骤S9制得的浆物料E在压力为0.95MPa条件下进行压滤，制得含水率为45%的滤饼D;
S11：将步骤S10制得的滤饼D放在离心机中，在离心转速为6000r/min条件下除水至滤饼D含水率为3.1%后粉碎，所得粉碎物过筛B，制得改性膨润土耐热剂。
对比例1
步骤S中同时不加入抗坏血酸、分子筛催化剂和葡萄糖酸钠，其他制备工艺与实施例3的制备工艺相同。
对比例2
步骤S中不加入抗坏血酸，其他制备工艺与实施例3的制备工艺相同。
对比例3
步骤S中同时不加入分子筛催化剂，其他制备工艺与实施例3的制备工艺相同。
对比例4
步骤S中同时不加入葡萄糖酸钠，其他制备工艺与实施例3的制备工艺相同。
实施例1-3和对比1-4的改性膨润土耐热剂颗粒的碱含量、活性指数、热稳定时间分析结果见下表。
由上表可知，本发明制备的改性膨润土耐热剂碱含量为50-57wt%，活性指数为97%-99%，热稳定时间为169-176min，
由实例3与对比例1-4的改性膨润土耐热剂碱含量、活性指数、热稳定时间可知抗坏血酸、分子筛催化剂和葡萄糖酸钠的添加起到了协同作用，均提高了碱含量、活性指数、热稳定时间，这可能是抗坏血酸起到还原作用，分子筛催化剂起到催化作用，葡萄糖酸钠起到络合作用，三种成分之间起到了协同作用。
以上内容不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术入员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。