一種菱鎂石復(fù)合吸水劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于非金屬礦粉體深加工領(lǐng)域，特別涉及一種對(duì)應(yīng)用于農(nóng)林、石油鉆采、干燥劑行業(yè)的菱鎂石復(fù)合吸水劑及其制備方法。技術(shù)合理利用了菱鎂石礦所含成分的反應(yīng)活性，采用粉碎、復(fù)合反應(yīng)、后處理工藝過(guò)程，得到吸水、保水性能優(yōu)、應(yīng)用面廣、原料成本低的菱鎂石復(fù)合吸水、保水材料。
【背景技術(shù)】
[0002]菱鎂石化學(xué)式為MgCO3,礦石呈粒狀或塊狀，菱鎂石礦物含量高、結(jié)晶好的礦石呈玻璃光澤，天然產(chǎn)出的菱鎂石礦中常含少量的鐵、錳等化和物，使菱鎂石礦石呈現(xiàn)灰白色、黃褐色、淡紅色等，菱鎂石礦的菱鎂石礦物含量約30%至90%，優(yōu)質(zhì)菱鎂石礦呈雪白色的玻璃光澤。菱鎂石礦在中國(guó)的遼寧、國(guó)外的巴西和津巴布韋及澳大利亞等有廣泛的資源分布；目前菱鎂礦石主要用作提煉金屬鎂原料，也在耐火材料、建材原料、鎂鹽制備等方面有一定的應(yīng)用；而對(duì)于菱鎂石含量低于50%、伴生組分成分復(fù)雜的混合型菱鎂石礦，目前沒(méi)有形成經(jīng)濟(jì)、量大的應(yīng)用領(lǐng)域，其高附加值的深加工利用技術(shù)開發(fā)要求迫切。
[0003]粉碎后的菱鎂石礦粉在水中呈一定堿性，能同無(wú)機(jī)和有機(jī)酸發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，礦石中的鎂元素由于反應(yīng)活性強(qiáng)、質(zhì)輕，用作復(fù)合吸水材料制備原料時(shí)，鎂及其反應(yīng)形成的基團(tuán)對(duì)氧、氫氧健有較強(qiáng)的親和力和束縛作用，較現(xiàn)多用的硅酸鹽、鋁酸鹽型礦物復(fù)合吸水材料中S1、Al組份對(duì)-0H、H2O的吸附和束水作用更強(qiáng)。物性檢測(cè)表明，用菱鎂石制備的復(fù)合吸水材料較膨潤(rùn)土、高嶺土、凹凸棒土等復(fù)合吸水材料具有更高的吸水、保水倍數(shù)及水化穩(wěn)定性，并且反應(yīng)過(guò)程中放出二氧化碳形成的孔洞更有利于吸水過(guò)程游離水向復(fù)合材料內(nèi)部的浸入，具有更快、更高的吸水速率、吸水倍數(shù)和水化穩(wěn)定性。
[0004]吸水材料可廣泛用于農(nóng)林、石油、干燥劑等許多領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)，但長(zhǎng)期存在因原料售價(jià)高致使成品成本高、應(yīng)用推廣難度大的缺陷，未能大面積在農(nóng)林等領(lǐng)域推廣應(yīng)用。采用具有一定活性和束水功能的礦物，同有機(jī)原料中具有吸水、保水功能的基團(tuán)進(jìn)行中和、偶聯(lián)、接枝、聚合反應(yīng)，是改善吸水材料性能、降低材料制備原料成本、擴(kuò)大材料應(yīng)用范圍的有效途徑。
[0005]丙烯酸是吸水材料用主要有機(jī)單體之一，聚合前常需用堿如氫氧化鉀或氫氧化鈉預(yù)中和至一定中和度后再參與聚合反應(yīng)，利用菱鎂石礦的堿性可減少中和堿用量，并且中和過(guò)程放出的二氧化碳能促進(jìn)菱鎂石礦在聚合單體中的分散與解離，進(jìn)一步增大原料的反應(yīng)活性；而同低品位菱鎂石伴生的其它硅酸鹽、碳酸鹽礦物也能同丙烯酸、丙烯酰胺先偶聯(lián)、接枝或部分中和，再在引發(fā)劑、交聯(lián)劑共同作用下進(jìn)一步聚合，Mg-O-C, Mg-O-CO-較S1-o-c, S1-O-CO-, Ca-O-C, Ca-O-CO-等鍵具有更強(qiáng)的吸水、束水功能，可形成孔道通暢、比表面積大、吸水性能優(yōu)異的以菱鎂石為主的復(fù)合型吸水材料，且菱鎂石含量越高制備的材料吸水、保水性能越好。
[0006]菱鎂石復(fù)合吸水材料制備的整套工藝技術(shù)合理利用了菱鎂石礦所含成分的反應(yīng)活性，采用粉碎、復(fù)合反應(yīng)、后處理工藝過(guò)程，得到吸水性能優(yōu)、應(yīng)用面廣、原料成本低的礦物復(fù)合吸水材料，工藝具有原料及工藝路線選擇合理、加工過(guò)程能耗低、產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域廣、性能優(yōu)等顯著特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種針對(duì)菱鎂石含量30%_90%的菱鎂石礦制備具有吸水、保水性能的菱鎂石復(fù)合吸水劑及其制備方法。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的菱鎂石復(fù)合吸水劑制備包括以下步驟:
①粉碎:將天然產(chǎn)出的菱鎂石礦制成粒徑d97為0.075mm的粉料；
②復(fù)合反應(yīng):原料及按質(zhì)量份配比為:菱鎂石粉20-50、丙烯酸20-30、氫氧化鉀或氫氧化鈉8-15、丙烯酰胺30-50、(N、N)_亞甲基丙烯酰胺0.004-0.010、過(guò)硫酸銨0.05-0.20、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽0.03-0.08、亞硫酸氫鈉0.02-0.06、水105-180，反應(yīng)時(shí)加料順序及控制條件為:攪拌下將菱鎂石粉、氫氧化鉀或氫氧化鈉加入計(jì)量水中，攪拌分散、溶解20分鐘，之后開動(dòng)循環(huán)冷卻水下加入丙烯酸，以反應(yīng)中和液溫度< 40°C控制丙烯酸加入速度，之后加入丙烯酰胺攪拌溶解20分鐘，繼續(xù)攪拌下冷卻反應(yīng)液至15-25°C，通氮?dú)獬跸乱来渭尤胍雅涑扇芤旱?N、N)-亞甲基丙烯酰胺、過(guò)硫酸銨、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、亞硫酸氫鈉水溶液，反應(yīng)生成初凝膠后停止通氮?dú)?，繼續(xù)保溫4h ;
③后處理:將保溫后的凝膠塊切粒、干燥，控制干燥后顆粒的105°C揮發(fā)份<10%，再粉碎得到吸水材料成品。
[0009]更具體說(shuō)，所述步驟②中用氫氧化鉀含量90%，其中和制備的成品用于農(nóng)林行業(yè)；用氫氧化鈉含量95%的片堿，中和制備的成品用于石油鉆采、干燥劑行業(yè)，也可用氫氧化鈉含量30%的液堿替代氫氧化鈉含量95%的片堿，使用液堿時(shí)反應(yīng)配比用水量減少；用的(N、N)-亞甲基丙烯酰胺、過(guò)硫酸銨、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、亞硫酸氫鈉是分別配成質(zhì)量/體積濃度為0.4%、1%、4%、2%的純水溶液后加入。
[0010]本發(fā)明所述制備方法制備的菱鎂石復(fù)合吸水劑。
[0011]本發(fā)明的有益效果
采用上述
【發(fā)明內(nèi)容】
技術(shù)方案的本發(fā)明，合理利用菱鎂石礦組分的反應(yīng)活性、對(duì)水的親和及束縛力，通過(guò)粉碎、復(fù)合反應(yīng)、后處理整套工藝制備過(guò)程，得到吸純水倍數(shù)為700-1200g/g、吸0.9%NaCl鹽水倍數(shù)為50-85 g/g的菱鎂石復(fù)合高吸水、保水劑，制備工藝具有原料成分利用合理、成品吸水性能優(yōu)、應(yīng)用面廣、原料成本低的技術(shù)及應(yīng)用效果。
【具體實(shí)施方式】
[0012]實(shí)施例1
一種菱鎂石復(fù)合吸水劑，它的制備步驟如下:
①將菱鎂石含量30%的菱鎂石礦用破碎機(jī)、粉碎機(jī)粉碎成粒徑d97為0.075mm的粉料；
②將原料及按質(zhì)量份配比為:菱鎂石粉50、丙烯酸20、90%含量的氫氧化鉀10、丙烯酰胺30、(N、N)_亞甲基丙烯酰胺0.004、過(guò)硫酸銨0.05、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽0.03、亞硫酸氫鈉0.02、水120，反應(yīng)時(shí)加料順序及控制條件為:先將菱鎂石粉、氫氧化鉀加入計(jì)量水中，攪拌分散、溶解20分鐘，開動(dòng)循環(huán)冷卻水下再加入丙烯酸，以控制中和液的溫度< 40°C控制丙烯酸加入速度，之后加入丙烯酰胺攪拌溶解20分鐘，繼續(xù)攪拌下冷卻反應(yīng)液至25°C，通氮?dú)獬跸乱来渭尤氚磁浔攘恳雅涑少|(zhì)量/體積濃度分別為0.4% (N、N)-亞甲基丙烯酰胺、1%過(guò)硫酸銨、4%偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、2%亞硫酸氫鈉的純水溶液，反應(yīng)生成初凝膠后停止通氮?dú)饫^續(xù)保溫4h ;
③后處理:將保溫后的凝膠塊切粒、干燥，控制干燥后的顆粒105°C揮發(fā)份< 10%，再粉碎得到吸水材料成品。
[0013]實(shí)施例2
一種菱鎂石復(fù)合吸水劑，它的制備步驟如下:
①將菱鎂石含量30%的菱鎂礦用破碎機(jī)、粉碎機(jī)粉碎成粒徑d97為0.075mm的粉料；
②將原料及按質(zhì)量份配比為:菱鎂石粉50、丙烯酸25、90%含量的氫氧化鉀12、丙烯酰胺40、(N、N)-亞甲基丙烯酰胺0.008、過(guò)硫酸銨0.10、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽0.05、亞硫酸氫鈉0.04、水150，反應(yīng)時(shí)加料順序及控制條件為:先將菱鎂石粉、氫氧化鉀加入計(jì)量水中，攪拌分散、溶解20分鐘，開動(dòng)循環(huán)冷卻水下再加入丙烯酸，以控制中和液的溫度< 40°C控制丙烯酸加入速度，之后加入丙烯酰胺攪拌溶解20分鐘，繼續(xù)攪拌下冷卻反應(yīng)液至25°C，通氮?dú)獬跸乱来渭尤氚磁浔攘恳雅涑少|(zhì)量/體積濃度分別為0.4% (N、N)-亞甲基丙烯酰胺、1%過(guò)硫酸銨、4%偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、2%亞硫酸氫鈉的純水溶液，反應(yīng)生成初凝膠后停止通氮?dú)饫^續(xù)保溫4h ;
③后處理:將保溫后的凝膠塊切粒、干燥，控制干燥后的顆粒105°C揮發(fā)份<10%，再粉碎得到吸水材料成品。
[0014]實(shí)施例3
一種菱鎂石復(fù)合吸水劑，它的制備步驟如下:
①將菱鎂石含量30%的菱鎂礦用破碎機(jī)、粉碎機(jī)粉碎成粒徑d97為0.075mm的粉料；
②將原料及按質(zhì)量份配比為:菱鎂石粉50、丙烯酸30、90%含量的氫氧化鉀15、丙烯酰胺50、(N、N)-亞甲基丙烯酰胺0.010、過(guò)硫酸銨0.20、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽0.08、亞硫酸氫鈉0.06、水180，反應(yīng)時(shí)加料順序及控制條件為:先將菱鎂石粉、氫氧化鉀加入計(jì)量水中，攪拌分散、溶解20分鐘，開動(dòng)循環(huán)冷卻水下再加入丙烯酸，以控制中和液的溫度< 40°C控制丙烯酸加入速度，之后加入丙烯酰胺攪拌溶解20分鐘，繼續(xù)攪拌下冷卻反應(yīng)液至25°C，通氮?dú)獬跸乱来渭尤氚磁浔攘恳雅涑少|(zhì)量/體積濃度分別為0.4% (N、N)-亞甲基丙烯酰胺、1%過(guò)硫酸銨、4%偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、2%亞硫酸氫鈉的純水溶液，反應(yīng)生成初凝膠后停止通氮?dú)饫^續(xù)保溫4h ;
③后處理:將保溫后的凝膠塊切粒、干燥，控制干燥后的顆粒105°C揮發(fā)份<10%，再粉碎得到吸水材料成品。
[0015]實(shí)施例4
一種菱鎂石復(fù)合吸水劑，它的制備步驟如下:
①將菱鎂石含量50%的菱鎂礦用破碎機(jī)、粉碎機(jī)粉碎成粒徑d97為0.075mm的粉料；
②將原料及按質(zhì)量份配比為:菱鎂石粉30、丙烯酸20、90%含量的氫氧化鉀10、丙烯酰胺30、(N、N)_亞甲基丙烯酰胺0.004、過(guò)硫酸銨0.05、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽0.03、亞硫酸氫鈉0.02、水120，反應(yīng)時(shí)加料順序及控制條件為:先將菱鎂石粉、氫氧化鉀加入計(jì)量水中，攪拌分散、溶解20分鐘，開動(dòng)循環(huán)冷卻水下再加入丙烯酸，以控制中和液的溫度< 40°C控制丙烯酸加入速度，之后加入丙烯酰胺攪拌溶解20分鐘，繼續(xù)攪拌下冷卻反應(yīng)液至25°C，通氮?dú)獬跸乱来渭尤氚磁浔攘恳雅涑少|(zhì)量/體積濃度分別為0.4% (N、N)-亞甲基丙烯酰胺、1%過(guò)硫酸銨、4%偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、2%亞硫酸氫鈉的純水溶液，反應(yīng)生成初凝膠后停止通氮?dú)饫^續(xù)保溫4h ;
③后處理:將保溫后的凝膠塊切粒、干燥，控制干燥后的顆粒105°C揮發(fā)份< 10%，再粉碎得到吸水材料成品。
[0016]實(shí)施例5
一種菱鎂石復(fù)合吸水劑，它的制備步驟如下:
①將菱鎂石含量50%的菱鎂礦用破碎機(jī)、粉碎機(jī)粉碎成粒徑d97為0.075mm的粉料；
②將原料及按質(zhì)量份配比為:菱鎂石粉30、丙烯酸25、90%含量的氫氧化鉀12、丙烯酰胺40、(N、N)-亞甲基丙烯酰胺0.008、過(guò)硫酸銨0.10、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽0.05、亞硫酸氫鈉0.04、水150，反應(yīng)時(shí)加料順序及控制條件為:先將菱鎂石粉、氫氧化鉀加入計(jì)量水中，攪拌分散、溶解20分鐘，開動(dòng)循環(huán)冷卻水下再加入丙烯酸，以控制中和液的溫度< 40°C控制丙烯酸加入速度，之后加入丙烯酰胺攪拌溶解20分鐘，繼續(xù)攪拌下冷卻反應(yīng)液至25°C，通氮?dú)獬跸乱来渭尤氚磁浔攘恳雅涑少|(zhì)量/體積濃度分別為0.4% (N、N)-亞甲基丙烯酰胺、1%過(guò)硫酸銨、4%偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、2%亞硫酸氫鈉的純水溶液，反應(yīng)生成初凝膠后停止通氮?dú)饫^續(xù)保溫4h ;
③后處理:將保溫后的凝膠塊切粒、干燥，控制干燥后的顆粒105°C揮發(fā)份<10%，