鋁鹽改性膨潤(rùn)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(chǎng)廣泛存在的“硅干擾”問(wèn)題，將我國(guó)資源豐富的，易改性，膨脹性好，吸附性強(qiáng)的膨潤(rùn)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(rùn)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(guó)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(guó)豐富的礦物質(zhì)資源，未來(lái)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(rùn)土制備工藝與機(jī)理
　　以鈉基膨潤(rùn)土為原料，通過(guò)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(rùn)土的制備工藝，其最佳工藝為：鈉基膨潤(rùn)土與鋁鹽的質(zhì)量比為1:4，添加順序?yàn)椋合葘⑩c基膨潤(rùn)土與水混合，再加入鋁鹽，加水量為66mL/1g鈉基膨潤(rùn)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(guò)200目篩。經(jīng)過(guò)掃描電鏡， X射線(xiàn)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(rùn)土的特征，推斷其制備機(jī)理為：鈉基膨潤(rùn)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(rùn)土中加入水?dāng)嚢?，有助于打開(kāi)鈉基膨潤(rùn)土的層間，增大膨潤(rùn)土的層間距，有利于改性劑的引入，當(dāng)鈉基膨潤(rùn)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(kāi)始進(jìn)入到膨潤(rùn)土層間置換鈉原子，鈉原子從膨潤(rùn)土體系中游離出，

4、并且，鋁鹽開(kāi)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(rùn)土表面連接了大量的 Al-OH，則鋁鹽改性膨潤(rùn)土制備完畢。
　　（2）鋁鹽改性膨潤(rùn)土除硅工藝與機(jī)理
　　鋁鹽改性膨潤(rùn)土除硅工藝最佳操作條件為：改性膨潤(rùn)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(guò)改性膨潤(rùn)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(guò)

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(rùn)土的吸附過(guò)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(guò)簡(jiǎn)單的熱力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，該吸附過(guò)程屬于自發(fā)進(jìn)行，不需要附加能來(lái)實(shí)現(xiàn)。鋁鹽改性膨潤(rùn)土吸附硅酸鹽的物理吸附主要依靠膨潤(rùn)土層間的縫隙來(lái)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(rùn)土表面存在大量的 Al-OH，當(dāng)鋁鹽改性膨潤(rùn)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(rùn)土表面。反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)過(guò)濾，硅元素被鋁鹽改性膨潤(rùn)土帶走，成功實(shí)現(xiàn)除硅目的。
　?。?）鋁鹽改性膨潤(rùn)土絮凝除硅工藝及機(jī)理的研究
　　鋁鹽改性膨潤(rùn)土最佳絮凝除硅工藝：絮凝劑為鋁鹽改性膨潤(rùn)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(rùn)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(rùn)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(lái)

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(rùn)土脫附再生工藝的研究
　　鋁鹽改性膨潤(rùn)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(rùn)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(rùn)土上的硅酸鹽從鋁鹽改性膨潤(rùn)土上游離下來(lái)，過(guò)濾。脫附后的鋁鹽

9、改性膨潤(rùn)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(guò)濾，干燥，硅酸鹽被完整脫附出來(lái)。將脫附后的鋁鹽改性膨潤(rùn)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(guò)篩，就得到了再生鋁鹽改性膨潤(rùn)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(rùn)土脫附硅酸鹽的過(guò)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