一种菱镁石复合吸水剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于非金属矿粉体深加工领域，特别涉及一种对应用于农林、石油钻采、干燥剂行业的菱镁石复合吸水剂及其制备方法。技术合理利用了菱镁石矿所含成分的反应活性，采用粉碎、复合反应、后处理工艺过程，得到吸水、保水性能优、应用面广、原料成本低的菱镁石复合吸水、保水材料。
【背景技术】
[0002]菱镁石化学式为MgCO3,矿石呈粒状或块状，菱镁石矿物含量高、结晶好的矿石呈玻璃光泽，天然产出的菱镁石矿中常含少量的铁、锰等化和物，使菱镁石矿石呈现灰白色、黄褐色、淡红色等，菱镁石矿的菱镁石矿物含量约30%至90%，优质菱镁石矿呈雪白色的玻璃光泽。菱镁石矿在中国的辽宁、国外的巴西和津巴布韦及澳大利亚等有广泛的资源分布；目前菱镁矿石主要用作提炼金属镁原料，也在耐火材料、建材原料、镁盐制备等方面有一定的应用；而对于菱镁石含量低于50%、伴生组分成分复杂的混合型菱镁石矿，目前没有形成经济、量大的应用领域，其高附加值的深加工利用技术开发要求迫切。
[0003]粉碎后的菱镁石矿粉在水中呈一定碱性，能同无机和有机酸发生酸碱中和反应，矿石中的镁元素由于反应活性强、质轻，用作复合吸水材料制备原料时，镁及其反应形成的基团对氧、氢氧健有较强的亲和力和束缚作用，较现多用的硅酸盐、铝酸盐型矿物复合吸水材料中S1、Al组份对-0H、H2O的吸附和束水作用更强。物性检测表明，用菱镁石制备的复合吸水材料较膨润土、高岭土、凹凸棒土等复合吸水材料具有更高的吸水、保水倍数及水化稳定性，并且反应过程中放出二氧化碳形成的孔洞更有利于吸水过程游离水向复合材料内部的浸入，具有更快、更高的吸水速率、吸水倍数和水化稳定性。
[0004]吸水材料可广泛用于农林、石油、干燥剂等许多领域，具有广阔的应用市场，但长期存在因原料售价高致使成品成本高、应用推广难度大的缺陷，未能大面积在农林等领域推广应用。采用具有一定活性和束水功能的矿物，同有机原料中具有吸水、保水功能的基团进行中和、偶联、接枝、聚合反应，是改善吸水材料性能、降低材料制备原料成本、扩大材料应用范围的有效途径。
[0005]丙烯酸是吸水材料用主要有机单体之一，聚合前常需用碱如氢氧化钾或氢氧化钠预中和至一定中和度后再参与聚合反应，利用菱镁石矿的碱性可减少中和碱用量，并且中和过程放出的二氧化碳能促进菱镁石矿在聚合单体中的分散与解离，进一步增大原料的反应活性；而同低品位菱镁石伴生的其它硅酸盐、碳酸盐矿物也能同丙烯酸、丙烯酰胺先偶联、接枝或部分中和，再在引发剂、交联剂共同作用下进一步聚合，Mg-O-C, Mg-O-CO-较S1-o-c, S1-O-CO-, Ca-O-C, Ca-O-CO-等键具有更强的吸水、束水功能，可形成孔道通畅、比表面积大、吸水性能优异的以菱镁石为主的复合型吸水材料，且菱镁石含量越高制备的材料吸水、保水性能越好。
[0006]菱镁石复合吸水材料制备的整套工艺技术合理利用了菱镁石矿所含成分的反应活性，采用粉碎、复合反应、后处理工艺过程，得到吸水性能优、应用面广、原料成本低的矿物复合吸水材料，工艺具有原料及工艺路线选择合理、加工过程能耗低、产品应用领域广、性能优等显著特点。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种针对菱镁石含量30%_90%的菱镁石矿制备具有吸水、保水性能的菱镁石复合吸水剂及其制备方法。
[0008]为实现上述目的，本发明的菱镁石复合吸水剂制备包括以下步骤:
①粉碎:将天然产出的菱镁石矿制成粒径d97为0.075mm的粉料；
②复合反应:原料及按质量份配比为:菱镁石粉20-50、丙烯酸20-30、氢氧化钾或氢氧化钠8-15、丙烯酰胺30-50、(N、N)_亚甲基丙烯酰胺0.004-0.010、过硫酸铵0.05-0.20、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.03-0.08、亚硫酸氢钠0.02-0.06、水105-180，反应时加料顺序及控制条件为:搅拌下将菱镁石粉、氢氧化钾或氢氧化钠加入计量水中，搅拌分散、溶解20分钟，之后开动循环冷却水下加入丙烯酸，以反应中和液温度< 40°C控制丙烯酸加入速度，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至15-25°C，通氮气除氧下依次加入已配成溶液的(N、N)-亚甲基丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气，继续保温4h ;
③后处理:将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后颗粒的105°C挥发份<10%，再粉碎得到吸水材料成品。
[0009]更具体说，所述步骤②中用氢氧化钾含量90%，其中和制备的成品用于农林行业；用氢氧化钠含量95%的片碱，中和制备的成品用于石油钻采、干燥剂行业，也可用氢氧化钠含量30%的液碱替代氢氧化钠含量95%的片碱，使用液碱时反应配比用水量减少；用的(N、N)-亚甲基丙烯酰胺、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、亚硫酸氢钠是分别配成质量/体积浓度为0.4%、1%、4%、2%的纯水溶液后加入。
[0010]本发明所述制备方法制备的菱镁石复合吸水剂。
[0011]本发明的有益效果
采用上述
【发明内容】
技术方案的本发明，合理利用菱镁石矿组分的反应活性、对水的亲和及束缚力，通过粉碎、复合反应、后处理整套工艺制备过程，得到吸纯水倍数为700-1200g/g、吸0.9%NaCl盐水倍数为50-85 g/g的菱镁石复合高吸水、保水剂，制备工艺具有原料成分利用合理、成品吸水性能优、应用面广、原料成本低的技术及应用效果。
【具体实施方式】
[0012]实施例1
一种菱镁石复合吸水剂，它的制备步骤如下:
①将菱镁石含量30%的菱镁石矿用破碎机、粉碎机粉碎成粒径d97为0.075mm的粉料；
②将原料及按质量份配比为:菱镁石粉50、丙烯酸20、90%含量的氢氧化钾10、丙烯酰胺30、(N、N)_亚甲基丙烯酰胺0.004、过硫酸铵0.05、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.03、亚硫酸氢钠0.02、水120，反应时加料顺序及控制条件为:先将菱镁石粉、氢氧化钾加入计量水中，搅拌分散、溶解20分钟，开动循环冷却水下再加入丙烯酸，以控制中和液的温度< 40°C控制丙烯酸加入速度，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至25°C，通氮气除氧下依次加入按配比量已配成质量/体积浓度分别为0.4% (N、N)-亚甲基丙烯酰胺、1%过硫酸铵、4%偶氮二异丁基脒盐酸盐、2%亚硫酸氢钠的纯水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气继续保温4h ;
③后处理:将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105°C挥发份< 10%，再粉碎得到吸水材料成品。
[0013]实施例2
一种菱镁石复合吸水剂，它的制备步骤如下:
①将菱镁石含量30%的菱镁矿用破碎机、粉碎机粉碎成粒径d97为0.075mm的粉料；
②将原料及按质量份配比为:菱镁石粉50、丙烯酸25、90%含量的氢氧化钾12、丙烯酰胺40、(N、N)-亚甲基丙烯酰胺0.008、过硫酸铵0.10、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.05、亚硫酸氢钠0.04、水150，反应时加料顺序及控制条件为:先将菱镁石粉、氢氧化钾加入计量水中，搅拌分散、溶解20分钟，开动循环冷却水下再加入丙烯酸，以控制中和液的温度< 40°C控制丙烯酸加入速度，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至25°C，通氮气除氧下依次加入按配比量已配成质量/体积浓度分别为0.4% (N、N)-亚甲基丙烯酰胺、1%过硫酸铵、4%偶氮二异丁基脒盐酸盐、2%亚硫酸氢钠的纯水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气继续保温4h ;
③后处理:将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105°C挥发份<10%，再粉碎得到吸水材料成品。
[0014]实施例3
一种菱镁石复合吸水剂，它的制备步骤如下:
①将菱镁石含量30%的菱镁矿用破碎机、粉碎机粉碎成粒径d97为0.075mm的粉料；
②将原料及按质量份配比为:菱镁石粉50、丙烯酸30、90%含量的氢氧化钾15、丙烯酰胺50、(N、N)-亚甲基丙烯酰胺0.010、过硫酸铵0.20、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.08、亚硫酸氢钠0.06、水180，反应时加料顺序及控制条件为:先将菱镁石粉、氢氧化钾加入计量水中，搅拌分散、溶解20分钟，开动循环冷却水下再加入丙烯酸，以控制中和液的温度< 40°C控制丙烯酸加入速度，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至25°C，通氮气除氧下依次加入按配比量已配成质量/体积浓度分别为0.4% (N、N)-亚甲基丙烯酰胺、1%过硫酸铵、4%偶氮二异丁基脒盐酸盐、2%亚硫酸氢钠的纯水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气继续保温4h ;
③后处理:将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105°C挥发份<10%，再粉碎得到吸水材料成品。
[0015]实施例4
一种菱镁石复合吸水剂，它的制备步骤如下:
①将菱镁石含量50%的菱镁矿用破碎机、粉碎机粉碎成粒径d97为0.075mm的粉料；
②将原料及按质量份配比为:菱镁石粉30、丙烯酸20、90%含量的氢氧化钾10、丙烯酰胺30、(N、N)_亚甲基丙烯酰胺0.004、过硫酸铵0.05、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.03、亚硫酸氢钠0.02、水120，反应时加料顺序及控制条件为:先将菱镁石粉、氢氧化钾加入计量水中，搅拌分散、溶解20分钟，开动循环冷却水下再加入丙烯酸，以控制中和液的温度< 40°C控制丙烯酸加入速度，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至25°C，通氮气除氧下依次加入按配比量已配成质量/体积浓度分别为0.4% (N、N)-亚甲基丙烯酰胺、1%过硫酸铵、4%偶氮二异丁基脒盐酸盐、2%亚硫酸氢钠的纯水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气继续保温4h ;
③后处理:将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105°C挥发份< 10%，再粉碎得到吸水材料成品。
[0016]实施例5
一种菱镁石复合吸水剂，它的制备步骤如下:
①将菱镁石含量50%的菱镁矿用破碎机、粉碎机粉碎成粒径d97为0.075mm的粉料；
②将原料及按质量份配比为:菱镁石粉30、丙烯酸25、90%含量的氢氧化钾12、丙烯酰胺40、(N、N)-亚甲基丙烯酰胺0.008、过硫酸铵0.10、偶氮二异丁基脒盐酸盐0.05、亚硫酸氢钠0.04、水150，反应时加料顺序及控制条件为:先将菱镁石粉、氢氧化钾加入计量水中，搅拌分散、溶解20分钟，开动循环冷却水下再加入丙烯酸，以控制中和液的温度< 40°C控制丙烯酸加入速度，之后加入丙烯酰胺搅拌溶解20分钟，继续搅拌下冷却反应液至25°C，通氮气除氧下依次加入按配比量已配成质量/体积浓度分别为0.4% (N、N)-亚甲基丙烯酰胺、1%过硫酸铵、4%偶氮二异丁基脒盐酸盐、2%亚硫酸氢钠的纯水溶液，反应生成初凝胶后停止通氮气继续保温4h ;
③后处理:将保温后的凝胶块切粒、干燥，控制干燥后的颗粒105°C挥发份<10%，