CN111153423A - 含有pah的复合抑制剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及氧化铝生产技术，确切地说，是一种新型的含有高分子量丙烯酸‑丙烯酸羟丙酯共聚物(简称PAH)的复合抑制剂及其制备方法和应用。本发明通过在氧化铝烧结熟料浸出过程中添加复合抑制剂，有效解决了现有抑制剂存在添加量大、抑制效果不理想以及具有颜色影响产品质量等问题。本发明在满足工业生产使用的添加量以及不影响产品质量的前提下，使氧化铝浸出率较没加抑制剂的提高了2‑4％，较现有抑制效果较好的聚丙烯酸钠抑制剂增加氧化铝产量2.0％左右，经济效益显著。
Description
技术领域
本发明涉及氧化铝生产技术，确切地说，是一种新型的含有高分子量丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物(简称PAH)的复合抑制剂及其制备方法和应用，将该复合抑制剂用于抑制烧结法氧化铝熟料溶出过程的二次反应，可提高熟料氧化铝溶出率。
背景技术
我国高品位铝土矿资源贫乏，多年来铝土矿进口量占年消耗量的60％以上。因此，从立足我国现有资源角度出发，寻找铝土矿替代资源，开发适用于低品位铝土矿生产氧化铝及含铝资源如高铝粉煤灰提取氧化铝工艺刻不容缓。碱石灰烧结法是处理低铝硅比含铝资源较为成熟有效的方法之一。碱石灰烧结法生产的氧化铝烧结熟料含有一定数量的β-硅酸二钙，简称β-C2S，其可与铝酸钠溶液中的NaOH、Na2CO3和NaAl(OH)4相互作用，生成含铝的水石榴石和钠硅渣化合物，导致熟料已溶出的氧化铝被反应沉淀而产生损失，该反应被称为二次反应。如何降低熟料溶出过程中二次反应带来的不利影响，提高氧化铝浸出率，对提高氧化铝的铝产量，提高经济效益具有重大的经济意义。实际生产中已采用多种抑制二次反应方法，如低苛性比溶出、高碳酸钠浓度、适宜的溶出温度、快速分离赤泥、二段磨溶出等，但是二次反应损失仍旧很大。
研究发现，在溶出过程中添加聚合物抑制剂，使抑制剂吸附包裹在β-硅酸二钙表面，减少其与铝酸钠溶液接触，可以抑制二次反应的发生。该方法因操作简单，可以在不改变原有的生产工艺和设备的条件下抑制二次反应，达到提高氧化铝浸出率和工业技术指标的目的。
关于添加抑制剂抑制二次反应进行了许多研究工作，王亮在文章“提高熟料净溶出率的措施”(《轻金属》，2015，6：19-22)中，对天然高分子抑制剂TTPK的添加进行了半工业试验，实验结果表明TTPK的添加量约为熟料总量的1％时，氧化铝净溶出率平均提高2.2％。该添加剂虽然具有一定的抑制效果，但添加量较高不适用于实际生产。
权昆在文章“铝酸钠溶液中硅酸二钙的分解及抑制”(《有色矿冶》，2005，21(2)：29-34)中，研究了某种添加剂为干赤泥的0.1％时，和空白相比，氧化铝溶出率提高1％。张程忠在论文“抑制熟料溶出二次反应添加剂的研究”(《东北大学博士论文》，2008，P28)中，研究聚丙烯酸钠对烧结法熟料溶出过程二次反应的影响，研究发现，含有羧基的聚丙烯酸钠，其最佳添加量为熟料量的0.10％时，和空白相比，氧化铝的溶出率提高2.17％；上述研究的抑制剂最佳添加量基本满足实际生产要求，和空白相比，氧化铝浸出率提高为1％～2％左右，抑制效果有待进一步改善。
张程忠在“腐殖酸钠抑制氧化铝熟料溶出二次反应机理探讨”(《化工学报》，2008,vol.59No.2)文章中，对于含有羧基、酚羟基等多种官能团的高分子腐植酸钠聚合物抑制剂的研究结果表明，当添加量为熟料的0.43％时，氧化铝溶出率较空白样提高了3.87％，具有明显抑制二次反应，提高氧化铝浸出率的作用。其主要作用机理是多种官能团的协同作用。但由于腐殖酸钠颜色较黑，严重影响氢氧化铝产品质量，另一方面，添加量较大，无法应用于实际生产。
因此，寻找、研发新型高效抑制剂，对提高氧化铝浸出率和工业技术指标，促进低品位铝资源的开发利用，具有积极的实际与经济意义。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种含有高分子量丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物(简称PAH)的复合抑制剂，它可以有效解决现有抑制剂添加量大、抑制效果不理想以及具有颜色影响产品质量等问题；
本发明的第二个目的在于提供一种所述含有PAH的复合抑制剂的制备方法；
本发明的第三个目的在于提供一种所述含有PAH的复合抑制剂在烧结法氧化铝熟料溶出过程中的应用，将该复合抑制剂应用于氧化铝熟料溶出过程中能够有效抑制溶出过程的二次反应，明显提高氧化铝浸出率，增加氧化铝生产企业的经济效益。
一种含有PAH的复合抑制剂，包括高分子量丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物(简称PAH)和聚丙烯酸钠(简称PAAS、市售产品)；丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物占质量比为20-80％,聚丙烯酸钠占质量比为20-80％。
所述高分子量丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物是具有羧基及脂基多种官能团的自制聚合物产品，其结构式为：
其中n＝50-200，m＝100-450；分子量为20000-70000。
丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物占质量比优选50-80％，聚丙烯酸钠占质量比优选20-50％。
一种含有PAH的复合抑制剂的制备方法，将所述自制的丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物和市售的聚丙烯酸钠混合均匀即得所述含有PAH的复合抑制剂；所述自制的丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物是以丙烯酸、丙烯酸羟丙酯为原料，水为溶剂，巯基丙酸为链转移剂，过硫酸铵为氧化剂，维生素C为还原剂，过硫酸铵与维生素C构成的氧化还原体系为聚合反应的自由基引发剂；所述各组分配比如下，其中丙烯酸简称AA，丙烯酸羟丙酯简称HPA，过硫酸铵简称APS，维生素C简称Vc；
AA的质量:HPA的质量＝0.54～1.62:1；
AA与HPA质量之和：AA与HPA及水的质量之和＝20-40％；
链转移剂巯基丙酸的质量:AA和HPA的质量之和＝0.5-4％；
APS与Vc的质量之和：AA与HPA质量之和＝0.5-4％；
APS的质量:Vc的质量＝1～3:1；
将APS、水以及AA放在反应容器内，在温度30～60℃下，搅拌溶解、混合均匀，得混合液甲；将Vc、水、HPA以及巯基丙酸加到另一反应容器内，搅拌混合均匀,得混合液乙；将混合液乙缓慢加入装有混合液甲的反应容器中，边加入边搅拌，与混合液甲进行聚合反应，反应温度保持在30～60℃，混合液乙加入结束后，再继续搅拌2～5h，得到无色或淡黄色粘稠液体丙；然后将粘稠液体丙倒入装有无水乙醇液体的反应容器中，搅拌、静置，过滤后得无色透明固体沉淀物；将该无色透明固体沉淀物加到装有甲醇液体的反应容器中，搅拌，沉析2h，过滤，滤饼干燥至恒重，得无色固体为丙烯酸-丙烯酸羟丙酯高分子量共聚物PAH。
所述各组分优化配比为:
AA的质量:HPA的质量＝0.78～1.24:1；
AA与HPA质量之和：AA与HPA及水的质量之和＝30-40％；
链转移剂巯基丙酸的质量:AA和HPA的质量之和＝0.5-2％；
APS与Vc的质量之和：AA与HPA质量之和＝0.5-2％；
APS的质量:Vc的质量＝1.5～3:1。
聚合温度和时间优化为：聚合温度30～40℃，聚合时间3～5h。
一种含有PAH的复合抑制剂在烧结法氧化铝熟料溶出过程中的应用。
一种氧化铝烧结熟料浸出工艺，首先将所述含有PAH的复合抑制剂溶解于浸出熟料用的调整液甲中得到溶有共聚物PAH的调整液乙，再将所述调整液乙加到反应容器中，加热温度至70～85℃后保温；然后将氧化铝烧结熟料加到所述调整液乙中，搅拌混合均匀，搅拌速度为300r/min，浸出时间为60～80min；浸出结束后，过滤得铝酸钠溶液，再将铝酸钠溶液按现有技术制备氢氧化铝；
其中，所述调整液甲的体积与氧化铝烧结熟料的质量比为4～5:1，所述含有PAH的复合抑制剂添加质量为氧化铝烧结熟料质量的0.03-0.1％；所述调整液甲由工业氢氧化铝、分析纯氢氧化钠和碳酸钠调配而成。
本发明基于高分子量丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物PAH含有羧基及脂基多种官能团的特点，提出一种新的聚合方法，制备出高分子量共聚物PAH，将其创新性地与聚丙烯酸钠复配形成复合抑制剂用于抑制烧结法氧化铝熟料溶出过程中二次反应，提高了氧化铝溶出率。
本发明通过在氧化铝烧结熟料浸出过程中添加复合抑制剂，有效解决了现有抑制剂存在添加量大、抑制效果不理想以及具有颜色影响产品质量等问题。在氧化铝生产过程中，氧化铝浸出率是一个非常重要的技术指标，氧化铝浸出率提高十分不易，每提高0.5％对氧化铝企业来说都将带来可观的收益。例如，每吨熟料(熟料的氧化铝含量按35％)氧化铝浸出率提高0.5％，则多产的氧化铝为：1×35％×0.5％＝0.00175(吨)；一年生产熟料按200万吨计，那么可多产氧化铝：2000000×0.00175＝3500(吨)，则可增加效益为3500(吨)×3000(元/吨)＝1050万元。本发明在满足工业生产使用的添加量以及不影响产品质量的前提下，使氧化铝浸出率较没加抑制剂的提高了2-4％，较现有抑制效果较好的聚丙烯酸钠抑制剂增加氧化铝产量2.0％左右，经济效益显著。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步详细说明，但发明的保护范围并不限于所述内容。
氧化铝烧结熟料化学成分质量含量为Al2O3 35.5％；Na2O19.5％；SiO211.42％；Fe2O36.51％；CaO19.18％、K2O 1.78％、TiO2 2.56％。
实施例中浸出熟料用的调整液甲中苛性碱质量浓度为36g/L、氧化铝质量浓度为46g/L，碳碱质量浓度为25g/L。
实施例1(丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物PAH的制备)：
称取0.13g过硫酸铵置于100ml四口烧瓶中，加入17ml蒸馏水，水浴加热温度30℃，搅拌溶解后，加入9.5g丙烯酸，搅拌均匀得混合液甲；另称取0.065g维C置于一烧杯中，加入17ml蒸馏水溶解，溶解后向烧杯中加入8.6g的丙烯酸羟丙酯、0.12g的巯基丙酸，搅拌混均得混合液乙，将混合液乙加入到恒压漏斗中，缓慢滴加(1滴/s)到四口烧瓶中，边滴加边搅拌。滴加结束后，再继续搅拌4h，得到淡黄色粘稠液体丙。将粘稠液体丙倒入装有200ml无水乙醇的大烧杯中，搅拌溶解未反应单体，静置后去掉上清液，离心分离后得无色透明固体沉淀物。将沉淀物加入装有甲醇的烧杯中，搅拌、沉析2h后，抽滤，滤饼置于真空干燥箱中干燥至恒重，得无色固体为共聚物丙烯酸-丙烯酸羟丙酯PAH。该丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物PAH的分子量为45215，结构式中n＝122，m＝278。
实施例2(复合抑制剂的准备及应用)：
分别称取实施例1制备的PAH聚合物0.021g与市售聚丙烯酸钠0.014g，将两者混合即得复合抑制剂。将0.035g的复合抑制剂(为熟料量的0.07％)溶于浸出熟料用的200ml调整液甲中得到调整液乙，将调整液乙加入三口烧瓶中，置于恒温水浴中加热至80℃并保温。称取烧结法氧化铝烧结熟料50g加入至调整液乙中，搅拌混合均匀，搅拌速度为300r/min，开始浸出计时，浸出时间为70min。浸出结束后，干过滤，准确称量滤液体积，定容分析，计算氧化铝浸出率。计算结果与不加抑制剂的相同浸出过程的空白氧化铝浸出率对比，得到抑制剂提高氧化铝浸出率增值，氧化铝浸出率增值为3.97％。
实施例3(实施例2的对比试验)：
称取市售聚丙烯酸钠(PAAS)0.035g(为熟料量的0.07％)溶于浸出熟料用的200ml调整液甲中得调整液乙，将调整液乙加入三口烧瓶中，置于恒温水浴中加热至80℃并保温。称取烧结法氧化铝烧结熟料50g加入至调整液乙中，以聚四氟搅拌浆搅拌，搅拌速度为300r/min，开始浸出计时，浸出时间为70min。浸出结束后，干过滤，准确称量滤液体积，定容分析，计算氧化铝浸出率。计算结果与不加抑制剂的相同浸出过程的空白氧化铝浸出率对比，得抑制剂提高氧化铝浸出率增值，氧化铝浸出率增值为2.18％。
实施例4(丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物PAH的制备)：
称取0.2g过硫酸铵置于100ml四口烧瓶中，加入17ml蒸馏水，水浴加热温度30℃，搅拌溶解；溶解后，加入8.4g丙烯酸，搅拌均匀；另称取0.1g维C置于一烧杯中，加入17ml蒸馏水溶解；溶解后向烧杯中加入9.4克的丙烯酸羟丙酯，0.23g的巯基丙酸，搅拌混均，将混合液加入到恒压漏斗中，缓慢滴加(1滴/s)到四口烧瓶中，边滴加边搅拌。滴加结束后，再继续搅拌4h，得到淡黄色粘稠液体。将该液体倒入装有200ml无水乙醇的大烧杯中，搅拌溶解未反应单体，静置后去掉上清液，离心分离后得无色透明固体沉淀物。将沉淀物加入装有甲醇的烧杯中，搅拌、沉析2h后，抽滤，滤饼置于真空干燥箱中干燥至恒重，得无色固体为共聚物丙烯酸-丙烯酸羟丙酯(PAH)。该丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物PAH的分子量为23652，结构式中n＝62，m＝146。
实施例5(复合抑制剂的准备及应用)：
分别称取实施例4制备的PAH聚合物0.02g与市售聚丙烯酸钠0.005g，将两者混合即得复合抑制剂。将0.025g的复合抑制剂(为熟料量的0.05％)溶于浸出熟料用的200ml调整液甲中得到调整液乙，将调整液乙加入三口烧瓶中，置于恒温水浴中加热至80℃并保温。称取烧结法氧化铝烧结熟料50g加入至调整液乙中，搅拌混合均匀，搅拌速度为300r/min，开始浸出计时，浸出时间为70min。浸出结束后，干过滤，准确称量滤液体积，定容分析，计算氧化铝浸出率。计算结果与不加抑制剂的相同浸出过程的空白氧化铝浸出率对比，得抑制剂提高氧化铝浸出率增值。氧化铝浸出率增值为3.06％。
实施例6(丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物PAH的制备)：
称取0.1克过硫酸铵置于100ml四口烧瓶中，加入17ml蒸馏水，水浴加热温度30℃，搅拌溶解；溶解后，加入10.5g丙烯酸液体，搅拌均匀；另称取0.05g维C置于一烧杯中，加入17ml蒸馏水溶解；溶解后向烧杯中加入9g的丙烯酸羟丙酯液体，0.12g的巯基丙酸，搅拌混均，将混合液加入到恒压漏斗中，缓慢滴加(1滴/s)到四口烧瓶中，边滴加边搅拌。滴加结束后，再继续搅拌4h，得到淡黄色粘稠液体。将该液体倒入装有200ml无水乙醇的大烧杯中，搅拌溶解未反应单体，静置后去掉上清液，离心分离后得无色透明固体沉淀物。将沉淀物加入装有甲醇的烧杯中，搅拌、沉析2h后，抽滤，滤饼置于真空干燥箱中干燥至恒重，得无色固体为共聚物丙烯酸-丙烯酸羟丙酯(PAH)。该丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物PAH的分子量为61527，结构式中n＝168，m＝375。
实施例7(复合抑制剂的准备及应用)：
分别称取实施例6制备的PAH聚合物0.009g与市售聚丙烯酸钠0.006g，将两者混合即得复合抑制剂。将0.015g的复合抑制剂(为熟料量的0.03％)溶于浸出熟料用的200ml调整液甲中得到调整液乙，将调整液乙加入三口烧瓶中，置于恒温水浴中加热至80℃并保温。称取烧结法氧化铝烧结熟料50g加入至调整液乙中，搅拌混合均匀，搅拌速度为300r/min，开始浸出计时，浸出时间为70min。浸出结束后，干过滤，准确称量滤液体积，定容分析，计算氧化铝浸出率。计算结果与不加抑制剂的相同浸出过程的空白氧化铝浸出率对比，得抑制剂提高氧化铝浸出率增值。氧化铝浸出率增值为3.47％。
Claims (9)
1.一种含有PAH的复合抑制剂，其特征是：包括高分子量丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物和聚丙烯酸钠；丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物占质量比为20-80％,聚丙烯酸钠占质量比为20-80％；
所述高分子量丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物是具有羧基及脂基多种官能团的自制聚合物产品，其结构式为：
其中n＝50-200，m＝100-450；分子量为20000-70000。
2.根据权利要求1所述的一种含有PAH的复合抑制剂，其特征是：所述高分子量丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物的分子量优选45215，对应的结构式中n＝122，m＝278。
3.根据权利要求1所述的一种含有PAH的复合抑制剂，其特征是：所述丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物占质量比优选50-80％，聚丙烯酸钠占质量比优选20-50％。
4.一种制备权利要求1或2所述含有PAH的复合抑制剂的方法，其特征是：将所述自制的丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物和市售的聚丙烯酸钠混合均匀即得所述含有PAH的复合抑制剂；所述自制的丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物是以丙烯酸、丙烯酸羟丙酯为原料，水为溶剂，巯基丙酸为链转移剂，过硫酸铵为氧化剂，维生素C为还原剂，过硫酸铵与维生素C构成的氧化还原体系为聚合反应的自由基引发剂；所述各组分配比如下，其中丙烯酸简称AA，丙烯酸羟丙酯简称HPA，过硫酸铵简称APS，维生素C简称Vc；
AA的质量:HPA的质量＝0.54～1.62:1；
AA与HPA质量之和：AA与HPA及水的质量之和＝20-40％；
链转移剂巯基丙酸的质量:AA和HPA的质量之和＝0.5-4％；
APS与Vc的质量之和：AA与HPA质量之和＝0.5-4％；
APS的质量:Vc的质量＝1～3:1；
将APS、水以及AA放在反应容器内，在温度30～60℃下，搅拌溶解、混合均匀，得混合液甲；将Vc、水、HPA以及巯基丙酸加到另一反应容器内，搅拌混合均匀,得混合液乙；将混合液乙缓慢加入装有混合液甲的反应容器中，边加入边搅拌，与混合液甲进行聚合反应，反应温度保持在30～60℃，混合液乙加入结束后，再继续搅拌2～5h，得到无色或淡黄色粘稠液体丙；然后将粘稠液体丙倒入装有无水乙醇液体的反应容器中，搅拌、静置，过滤后得无色透明固体沉淀物；将该无色透明固体沉淀物加到装有甲醇液体的反应容器中，搅拌，沉析2h，过滤，滤饼干燥至恒重，得无色固体为丙烯酸-丙烯酸羟丙酯高分子量共聚物PAH。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是，所述各组分优化配比为：
AA的质量:HPA的质量＝0.78～1.24:1；
AA与HPA质量之和：AA与HPA及水的质量之和＝30-40％；
链转移剂巯基丙酸的质量:AA和HPA的质量之和＝0.5-2％；
APS与Vc的质量之和：AA与HPA质量之和＝0.5-2％；
APS的质量:Vc的质量＝1.5～3:1。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是，聚合温度和时间优化为：聚合温度30～40℃，聚合时间3～5h。
7.一种权利要求1或2所述含有PAH的复合抑制剂在烧结法氧化铝熟料溶出过程中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征是：首先将所述含有PAH的复合抑制剂溶解于浸出熟料用的调整液甲中得到溶有共聚物PAH的调整液乙，再将所述调整液乙加到反应容器中，加热温度至70～85℃后保温；然后将氧化铝烧结熟料加到所述调整液乙中，搅拌混合均匀，搅拌速度为300r/min，浸出时间为60～80min；浸出结束后，过滤得铝酸钠溶液，再将铝酸钠溶液按现有技术制备氢氧化铝；
其中，所述调整液甲的体积与氧化铝烧结熟料的质量比为4～5:1，所述含有PAH的复合抑制剂添加质量为氧化铝烧结熟料质量的0.03-0.1％；所述调整液甲由工业氢氧化铝、分析纯氢氧化钠和碳酸钠调配而成。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征是：所述调整液甲中苛性碱质量浓度为36g/L、氧化铝质量浓度为46g/L，碳碱质量浓度为25g/L。
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