鋁鹽改性膨潤土綠液除硅工藝的研究.pdf

1、本論文針對(duì)非木材纖維原料制漿廠廣泛存在的“硅干擾”問題，將我國資源豐富的，易改性，膨脹性好，吸附性強(qiáng)的膨潤土引入綠液除硅體系，制備了一種新型高效可循環(huán)的除硅劑—鋁鹽改性膨潤土，改善了傳統(tǒng)綠液除硅劑的除硅效率低，對(duì)綠液 pH影響大，難沉降等缺點(diǎn)，并系統(tǒng)地介紹了其制備工藝，除硅工藝，脫附再生工藝。本論文以國家提出的“十二五節(jié)能減排規(guī)劃”為目標(biāo)，綜合利用我國豐富的礦物質(zhì)資源，未來可實(shí)現(xiàn)企業(yè)的節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的，具有廣闊

2、的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
　?。?）鋁鹽改性膨潤土制備工藝與機(jī)理
　　以鈉基膨潤土為原料，通過添加鋁鹽為改性劑制備出了一種新型高效的綠液除硅劑，其硅吸附效率最高可達(dá)90％左右。以竹漿綠液的硅吸附率和 pH變化為標(biāo)準(zhǔn)研究了改性膨潤土的制備工藝，其最佳工藝為：鈉基膨潤土與鋁鹽的質(zhì)量比為1:4，添加順序?yàn)椋合葘⑩c基膨潤土與水混合，再加入鋁鹽，加水量為66mL/1g鈉基膨潤土，攪拌時(shí)間為2h，攪拌速率為1200r/min，反應(yīng)溫度為室溫，靜

3、置分離12h，105℃干燥，研磨，過200目篩。經(jīng)過掃描電鏡， X射線衍射，熱分析，紅外光譜分析以及粒徑分布表征了鋁鹽改性膨潤土的特征，推斷其制備機(jī)理為：鈉基膨潤土的表面與層間分布著鈉原子和一定的羥基，先向鈉基膨潤土中加入水?dāng)嚢?，有助于打開鈉基膨潤土的層間，增大膨潤土的層間距，有利于改性劑的引入，當(dāng)鈉基膨潤土在水中攪拌均勻后，加入鋁鹽改性劑，由于鋁原子親羥基性能比鈉原子強(qiáng)，鋁鹽開始進(jìn)入到膨潤土層間置換鈉原子，鈉原子從膨潤土體系中游離出，

4、并且，鋁鹽開始水解成為聚合羥基鋁鹽，當(dāng)攪拌2h后，鋁原子已經(jīng)基本上將鈉原子置換完全并且膨潤土表面連接了大量的 Al-OH，則鋁鹽改性膨潤土制備完畢。
　?。?）鋁鹽改性膨潤土除硅工藝與機(jī)理
　　鋁鹽改性膨潤土除硅工藝最佳操作條件為：改性膨潤土用量16 g/L，攪拌時(shí)間為10 min，溫度為90℃，平衡時(shí)間為5 min。通過改性膨潤土對(duì)竹漿綠液（硅酸鹽含量為4g/L）的吸附動(dòng)力學(xué)，等溫模型擬合和反應(yīng)熱力學(xué)的研究，可得，其吸附過

5、程符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，是物理吸附和化學(xué)吸附的共同效果。最大吸附量為252.525mg/g，與實(shí)驗(yàn)中得出的最大吸附量238.441mg/g相符。另外，改性膨潤土的吸附過程更符合 Freundlich模型，并且1/n<1，可知該吸附反應(yīng)容易進(jìn)行，并且吸附能力強(qiáng)。通過簡單的熱力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，該吸附過程屬于自發(fā)進(jìn)行，不需要附加能來實(shí)現(xiàn)。鋁鹽改性膨潤土吸附硅酸鹽的物理吸附主要依靠膨潤土層間的縫隙來實(shí)現(xiàn)，但吸附性能差；而化學(xué)吸附占主導(dǎo)因素，其吸附機(jī)理

6、為：硅酸鹽在竹漿綠液中（強(qiáng)堿性溶液）主要以 Si-OH鍵的形式存在，而鋁鹽改性膨潤土表面存在大量的 Al-OH，當(dāng)鋁鹽改性膨潤土加入竹漿綠液后， Al-OH鍵與Si-OH鍵發(fā)生化學(xué)吸附反應(yīng)，硅元素被吸附在膨潤土表面。反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)過濾，硅元素被鋁鹽改性膨潤土帶走，成功實(shí)現(xiàn)除硅目的。
　?。?）鋁鹽改性膨潤土絮凝除硅工藝及機(jī)理的研究
　　鋁鹽改性膨潤土最佳絮凝除硅工藝：絮凝劑為鋁鹽改性膨潤土-CPAM-CaO，可以高效除硅，最

7、高硅去除率可達(dá)99.9%，還可以降低除硅劑對(duì)綠液 pH值的影響和加快硅酸鹽的沉降。所以，絮凝除硅工藝是一種新型高效環(huán)保的除硅工藝。最佳條件為：鋁鹽改性膨潤土用量16 g/L，CPAM用量15 mL/L，CaO用量15 g/L，攪拌時(shí)間10 min，澄清時(shí)間5 min。在絮凝除硅工段中，鋁鹽改性膨潤土先與綠液中的硅酸鹽充分接觸，吸附。然后加入 CPAM絮凝劑和 CaO助絮凝劑，C PA M趨于“環(huán)和尾”式吸附狀態(tài)，充當(dāng)交聯(lián)架橋作用，使原來

8、分散的吸附絮凝體，聯(lián)結(jié)成締合狀聚集體，少量絮凝劑是讓其到達(dá)等當(dāng)點(diǎn)，從而形成片塊狀聚集體，快速下沉，使聚集體盡快脫離上層清液，加速了沉降速率，減少了澄清時(shí)間。
　?。?）鋁鹽改性膨潤土脫附再生工藝的研究
　　鋁鹽改性膨潤土脫附再生工藝可描述為將回收的使用后的鋁鹽改性膨潤土加入到2mol/L氫氧化鈉的堿性溶液中，微波中火加熱4min（或者直接加熱4h），連接在鋁鹽改性膨潤土上的硅酸鹽從鋁鹽改性膨潤土上游離下來，過濾。脫附后的鋁鹽

9、改性膨潤土留在濾網(wǎng)上，硅酸鹽進(jìn)入綠液中，冷卻，硅酸鹽固體析出。過濾，干燥，硅酸鹽被完整脫附出來。將脫附后的鋁鹽改性膨潤土加入到水中，攪拌，加入鋁鹽改性劑，攪拌2h，靜置分離，倒去上清液，干燥下濁液，研磨，過篩，就得到了再生鋁鹽改性膨潤土?？紤]成本及設(shè)備耗能等影響，建議循環(huán)2-3次使用。另外，脫附動(dòng)力學(xué)研究表明鋁鹽改性膨潤土脫附硅酸鹽的過程在高強(qiáng)度微波下與二階動(dòng)力學(xué)模型相符，磁場(chǎng)力既促進(jìn)了物理脫附也促進(jìn)了化學(xué)脫附。其飽和脫附量為129.8