天然植物沉降剂及应用和使用方法与流程

1.本发明涉及磷酸除杂技术领域，尤其是涉及一种天然植物沉降剂及应用和使用方法。


背景技术：

2.目前，在湿法磷酸澄清工序添加沉降剂来优化湿法磷酸生产工艺。加入沉降剂可以加快磷酸杂质沉降的速度，减少浓磷酸的澄清时间，在一定程度上可解决因磷矿品味低导致的磷酸质量差的问题，提高湿法磷酸的生产效率。
3.目前国内外多采用单一聚丙烯酰胺类沉降剂对湿法磷酸进行沉降除杂，但由于磷酸物料温度高、粘度大，聚丙烯酰胺类沉降剂在高温下易分解，无法在高粘度磷酸体系中有效沉降微细颗粒使其应用效果较差。
4.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的之一在于提供一种天然植物沉降剂，以缓解现有的技术中聚丙烯酰胺类沉降剂在高温下易分解和无法有效沉降微细颗粒的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明特采用如下技术方案：本发明的第一方面提供了一种天然植物沉降剂，包括a药剂和b药剂；所述a药剂为氧化硅吸附聚合瓜尔胶复合物；所述b药剂为氢氧化物溶胶杂化瓜尔胶接枝乙烯类单体复合物。
7.可选地，所述a药剂由瓜尔胶与氧化硅反应得到；所述瓜尔胶为阴离子瓜尔胶；所述氧化硅为纳米氧化硅。
8.可选地，所述阴离子瓜尔胶包括低分子量羧甲基瓜尔胶。
9.所述低分子量羧甲基瓜尔胶的分子量为50000-100000 da。
10.可选地，将羧甲基瓜尔胶氧化后得到所述低分子量羧甲基瓜尔胶。
11.优选地，所述氧化的温度为40℃-60℃。
12.优选地，所述氧化的时间为1h-3h。
13.优选地，所述氧化使用的氧化剂包括双氧水、过硫酸铵和次氯酸钠中的至少一种。
14.优选地，所述氧化剂的用量为羧甲基瓜尔胶质量的1%-3%。
15.可选地，所述b药剂由瓜尔胶与乙烯类单体和氢氧化物溶胶反应得到；所述瓜尔胶为阳离子瓜尔胶；所述乙烯类单体包括功能性乙烯类单体。
16.可选地，所述功能性乙烯类单体包括丙烯酰胺、丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化铵中的至少一种。
17.可选地，金属氯化物与碳酸铵反应得到所述氢氧化物溶胶；所述金属氯化物包括氯化铝、氯化铁、氯化钙和氯化镁中的至少一种。
18.本发明的第二方面提供了所述的天然植物沉降剂在磷酸除杂中的应用。
19.可选地，所述磷酸除杂包括湿法磷酸的除杂。
20.本发明的第三方面提供了所述的天然植物沉降剂的使用方法，在待处理的物料中先加入a药剂1-10min后再加入b药剂进行沉降。
21.优选地，所述a药剂的用量为300ppm-500ppm。
22.优选地，所述b药剂的用量为5ppm-10ppm。
23.优选地，所述沉降包括自然沉降。
24.优选地，所述沉降的时间为1h-2h。
25.优选地，所述沉降的温度为60℃-80℃。
26.优选地，还包括在加入a药剂或b药剂后的搅拌过程。
27.优选地，所述搅拌的时间为1-10min。
28.与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：本发明提供的天然植物沉降剂，其中a药剂为氧化硅吸附聚合瓜尔胶复合物，氧化硅一方面作为瓜尔胶的载体，形成杂化型沉降剂即氧化硅吸附聚合瓜尔胶复合物；另一方面氧化硅多孔、高比重利于吸附或携带湿法磷酸中的低比重、微细颗粒的高速沉降。a药剂的比重大、分子量低、易分散、易吸附微细颗粒、耐高温能迅速与待除杂体系中的微细颗粒结合。b药剂为氢氧化物溶胶杂化瓜尔胶接枝乙烯类单体复合物，迅速吸附a药剂反应形成的絮体，增强网捕效应，与a药剂实现共同沉降，协同作用实现高效沉降。
29.本发明提供的天然植物沉降剂在磷酸除杂中的应用，为磷酸除杂提供了高效的沉降剂，并且在多个工段湿法磷酸物料的沉降处理，包括湿法浓磷酸、湿法稀磷酸、萃余酸、脱砷脱氟酸等都可以应用，使用范围广，有效解决了湿法磷酸及其下游化工品生产过程中面临的沉降难题。
30.本发明提供的天然植物沉降剂的使用方法，操作简单、反应时间短、药剂用量低，降低了应用难度。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为实施例1-4和对比例1-2提供的澄清层高度数据折线图。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
34.湿法磷酸是指用硫酸、硝酸或盐酸分解磷矿制备磷酸的工艺技术，其中用硫酸分解磷矿制备磷酸是湿法磷酸生产最普遍的方法。湿法磷酸比热法磷酸成本低20%~30%，经适当方法净化后，产品纯度可与热法磷酸相媲美，现阶段在磷酸生产中占据主导地位。
35.湿法磷酸及下游产品生产的多个工段都需要沉降除杂，如磷矿石与硫酸反应后产
生的稀磷酸、稀磷酸浓缩后的浓磷酸、采用萃取工艺净化产生的萃余酸、脱氟脱砷后产生的浓磷酸等。目前主要采用自然沉降或加入沉降剂沉降，自然沉降效率低、效果差，已经无法满足正常生产要求，开发高效沉降剂具有重要意义。
36.根据本发明的第一方面提供的一种天然植物沉降剂，包括a药剂和b药剂；所述a药剂为氧化硅吸附聚合瓜尔胶复合物；所述b药剂为氢氧化物溶胶杂化瓜尔胶接枝乙烯类单体复合物。
37.由于湿法磷酸具有温度高、粘度大的性质，导致传统聚丙烯酰胺类沉降剂在应用时具有所形成的絮体比重低、在高粘度下无法有效沉降，高温下易分解，无法有效分散的问题，本发明提供的天然植物沉降剂，其中a药剂为氧化硅吸附聚合瓜尔胶复合物，氧化硅一方面作为瓜尔胶的载体，形成杂化型沉降剂即氧化硅吸附聚合瓜尔胶复合物；另一方面氧化硅多孔、高比重利于吸附或携带湿法磷酸中的低比重、微细颗粒的高速沉降。a药剂的比重大、分子量低、易分散、易吸附微细颗粒、耐高温能迅速与待除杂体系中的微细颗粒结合。b药剂为氢氧化物溶胶杂化瓜尔胶接枝乙烯类单体复合物，迅速吸附a药剂反应形成的絮体，增强网捕效应，与a药剂实现共同沉降，协同作用实现高效沉降。
38.瓜尔胶，是从广泛种植于印巴次大陆的一种豆科植物-瓜尔豆中提取的一种高纯化天然多糖。瓜尔胶为大分子天然亲水胶体，属于天然半乳甘露聚糖，品质改良剂之一。外观是从白色到微黄色的自由流动粉末，能溶于冷水或热水，遇水后及形成胶状物质，达到迅速增稠的功效。
39.瓜尔胶作为一种天然高分子，改性后制备a药剂和b药剂，改性后的瓜尔胶耐温耐剪切、分子量可控，通过制备不同电荷性质的产品可实现良好的协同效应。
40.可选地，所述a药剂由瓜尔胶与氧化硅反应得到；所述瓜尔胶为阴离子瓜尔胶；所述氧化硅为纳米氧化硅。
41.所述阴离子瓜尔胶中含有大量的阴离子官能团，一方面可显著增加其水溶性，另一方面阴离子官能团还能与b药剂中的阳离子官能团通过电荷作用阴阳结合，实现协同沉降的目的。
42.可选地，所述阴离子瓜尔胶包括低分子量羧甲基瓜尔胶。
43.所述a药剂主要目的是迅速结合待沉降物料中的微细颗粒，过高分子量不利于其在待沉降物料体系中的有效分散，并由于空间位阻效应组合其与微细颗粒的结合，因此所述阴离子瓜尔胶优选为低分子量羧甲基瓜尔胶。
44.所述低分子量羧甲基瓜尔胶的分子量为50000-100000 da。
45.在本发明的一些实施方式中，低分子量羧甲基瓜尔胶的分子量典型但不限于50000da、60000da、70000da、80000da、90000da或100000da。
46.可选地，将羧甲基瓜尔胶氧化后得到所述低分子量羧甲基瓜尔胶。
47.优选地，所述氧化的温度为40℃-60℃。
48.在本发明的一些实施方式中，所述氧化的温度典型但不限于40℃、45℃、50℃、55℃或60℃。
49.优选地，所述氧化的时间为1h-3h。
50.在本发明的一些实施方式中，所述氧化的时间典型但不限于1h、1.5h、2h、2.5h或3h。
51.优选地，所述氧化使用的氧化剂包括双氧水、过硫酸铵和次氯酸钠中的至少一种。
52.优选地，所述氧化剂的用量为羧甲基瓜尔胶质量的1%-3%。
53.在本发明的一些实施方式中，氧化剂的用量典型但不限于为羧甲基瓜尔胶质量的1%、1.5%、2%、2.5%或3%。
54.可选地，所述b药剂由瓜尔胶与乙烯类单体和氢氧化物溶胶反应得到；所述瓜尔胶为阳离子瓜尔胶；所述乙烯类单体包括功能性乙烯类单体。
55.所述阳离子瓜尔胶中含有大量的阳离子官能团，一方面可显著增加其水溶性，另一方面阳离子官能团还能与a药剂中的阴离子官能团通过电荷作用阴阳结合，实现协同沉降的目的。
56.所述氢氧化物溶胶可为上述反应提供阳离子内核，显著增强b药剂的正电性，使之对待沉降物料具有一定的凝聚效果，同时增强其捕捉a药剂的能力。
57.可选地，所述功能性乙烯类单体包括丙烯酰胺、丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化铵中的至少一种。
58.可选地，金属氯化物与碳酸铵反应得到所述氢氧化物溶胶；所述金属氯化物包括氯化铝、氯化铁、氯化钙和氯化镁中的至少一种。
59.根据本发明第二方面提供的所述的天然植物沉降剂在磷酸除杂中的应用。
60.本发明提供的天然植物沉降剂在磷酸除杂中的应用，为磷酸除杂提供了高效的沉降剂，并且在多个工段湿法磷酸物料的沉降处理，包括湿法浓磷酸、湿法稀磷酸、萃余酸、脱砷脱氟酸等都可以应用，使用范围广，有效解决了湿法磷酸及其下游化工品生产过程中面临的沉降难题。
61.可选地，所述磷酸除杂包括湿法磷酸的除杂。
62.根据本发明的第三方面提供的所述的天然植物沉降剂的使用方法，在待处理的物料中先加入a药剂1-10min后再加入b药剂进行沉降。
63.本发明提供的天然植物沉降剂的使用方法，操作简单、反应时间短、药剂用量低，降低了应用难度。
64.优选地，所述a药剂的用量为300ppm-500ppm。
65.在本发明的一些实施方式中，a药剂的用量典型但不限于300ppm、350ppm、400ppm、450ppm或500ppm。
66.优选地，所述b药剂的用量为5ppm-10ppm。
67.在本发明的一些实施方式中，b药剂的用量典型但不限于5ppm、6ppm、7ppm、8ppm、9ppm或10ppm。
68.优选地，所述沉降包括自然沉降。
69.优选地，所述沉降的时间为1h-2h。
70.在本发明的一些实施方式中，所述沉降的时间典型但不限于1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h或2h。
71.优选地，所述沉降的温度为60℃-80℃。
72.在本发明的一些实施方式中，所述沉降的温度典型但不限于60℃、65℃、70℃、75℃或80℃。
73.优选地，还包括在加入a药剂或b药剂后的搅拌过程。
74.搅拌过程使药剂与杂质充分反应，尽可能的沉降去除杂质。
75.优选地，所述搅拌的时间为1-10min。
76.下面结合实施例，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
77.实施例1本实施例提供一种天然植物沉降剂，制备步骤如下：（1）取羧甲基瓜尔胶10.0g分散于490ml去离子水中，升温至50℃，加入0.2g过硫酸铵，反应2h得到分子量为80000da的低分子羧甲基瓜尔胶溶液。
78.（2）取2g纳米氧化硅粉末，在高速搅拌下加入到步骤（1）得到的低分子羧甲基瓜尔胶溶液中，通入氮气20分钟排除氧气，升温至40℃，用注射器加入5ml 10%的过硫酸铵溶液，保持氮气保护条件下慢速搅拌反应8h，低温真空喷雾干燥后得a药剂。
79.（3）取15.4g氯化铁溶解于190ml去离子水中，另取16.6g碳酸铵溶解于110ml去离子水中，将所配制的氯化铁溶液置于高速搅拌，使用滴定泵将上述碳酸铵溶液滴加到氯化铁溶液中得氢氧化铁溶胶。
80.（4）取2.0g季铵盐型阳离子瓜尔胶分散于100ml去离子水中，转入反应器后通氮气20分钟排除氧气，升温至50℃，用注射器加入20ml 1%的硫酸铈铵溶液，溶解2g丙烯酰胺于上述20ml氢氧化铁溶胶中，然后用注射器滴加到反应器中，慢速搅拌反应8h，低温真空喷雾干燥后得b药剂。
81.实施例2本实施例提供一种天然植物沉降剂，制备步骤如下：（1）取羧甲基瓜尔胶10.0g分散于490ml去离子水中，升温至50℃，加入0.2g过硫酸铵，反应3h得到低分子羧甲基瓜尔胶溶液。
82.（2）取5g纳米氧化硅粉末，在高速搅拌下加入到步骤（1）得到的低分子羧甲基瓜尔胶溶液中，通入氮气20分钟排除氧气，升温至40℃，用注射器加入5ml 10%的过硫酸铵溶液，保持氮气保护条件下慢速搅拌反应8h，低温真空喷雾干燥后得a药剂。
83.（3）取10.0g氯化铝溶解于190ml去离子水中，另取16.6g碳酸铵溶解于110ml去离子水中，将所配制的氯化铝溶液置于高速搅拌，使用滴定泵将上述碳酸铵溶液滴加到氯化铁溶液中得氢氧化铝溶胶。
84.（4）取2.0g季铵盐型阳离子瓜尔胶分散于100ml去离子水中，转入反应器后通氮气20分钟排除氧气，升温至50℃，用注射器加入20ml 1%的硫酸铈铵溶液，溶解2g二甲基二烯丙基氯化铵于上述20ml氢氧化铁溶胶中，然后用注射器滴加到反应器中，慢速搅拌反应8h，低温真空喷雾干燥后得b药剂。
85.实施例3本实施例提供一种天然植物沉降剂，与实施例1不同的是，没有步骤（1），步骤（2）直接使用普通瓜尔胶溶液中，其余方法和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。得到的a药剂。
86.实施例4本实施例提供一种天然植物沉降剂，与实施例3不同的是，步骤（4）中的瓜尔胶为普通瓜尔胶，其余步骤与原料均与实施例3相同，在此不再赘述。
87.对比例1本对比例提供一种沉降剂，通过市售购买得到。该沉降剂分子量为1500万的阳离子聚丙烯酰胺沉降剂。
88.对比例2本对比例提供一种沉降剂，通过市售购买得到。该沉降剂分子量为1500万的阴离子聚丙烯酰胺沉降剂。
89.试验例1将实施例1-4中a药剂配成质量浓度为10%的溶液使用，b药剂配成质量浓度为0.2%的溶液使用。
90.用带刻度量筒取湿法浓磷酸100ml置于水浴中，升温至80℃，加入a药剂溶液0.5ml，搅拌反应1分钟，然后再加入b药剂溶液0.5ml，搅拌反应3分钟后放置在水浴中自然沉降，记录不同时间下固液界面刻度值。
91.试验例2将对比例1-2的沉降剂配制成质量浓度为0.2%的溶液使用。
92.用带刻度量筒取湿法浓磷酸100ml置于水浴中，升温至80℃，加入上述溶液0.5ml，搅拌反应3分钟，记录不同时间下固液界面刻度值。
93.表1澄清层高度数据表将表1数据制成图1，图1为实施例1-4和对比例1-2提供的澄清层高度数据折线图。由表1和图1结果可看出，在加入本发明提供的天然植物沉降剂后浓磷酸沉降速度较对比例1-2提供的沉降剂明显加快，说明本发明提供的天然植物沉降剂对浓磷酸具有良好沉降效果。
94.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。