一种在铝酸钠溶液中生成大尺寸胶束的方法

本发明涉及氧化铝生产，特别涉及一种在铝酸钠溶液中生成大尺寸胶束的方法。

背景技术：

1、拜耳法是氧化铝生产的主要方法。在拜耳法碱液循环过程中，有机物会在循环母液中快速积累，铝酸钠溶液中总有机碳(toc)浓度快速升高。此外，2022年我国进口铝土矿超1.2亿吨，且进口矿量不断攀升。此类进口矿中有机碳含量高，会有更多有机物在溶出中经降解主要以阴离子形式进入铝酸钠溶液，使得利用进口矿的铝酸钠溶液中有机物浓度高。这些有机物会降低分解率、细化产品、促进结疤、着色产品、产生泡沫及有害气体等，严重影响氧化铝生产。因此，开发一种高效经济地脱除铝酸钠溶液中有机物的方法迫在眉睫。

2、铝酸钠溶液中的有机物常分为高、中、低分子量有机物三类。其中，中高分子量有机物是引起溶液性质变化、改变气固液界面性质、产生丰富泡沫、着色产品的主要物质。而低分子量有机物，如草酸钠，主要造成设备结疤，产品细化等。目前，国内外脱除有机物的方法有很多。其中，氧化法、吸附法、浮选法、海水法等均以中高分子量有机物为脱除对象；结晶法、沉淀法、苛化法则主要以低分子量有机物草酸盐为目标；离子交换法、燃烧法等则对各类有机钠盐脱除有效。然而，由于铝酸钠溶液的离子强度高、温度高、离子结构复杂和有机物间相互作用不清楚，有机物的界面行为十分复杂，是迄今有机物脱除效率低、适用性差、工艺复杂和成本高的主要原因。

3、因此，调控铝酸钠溶液中有机物的界面行为，是提高脱除效率，简化工艺流程的关键。但是，基于有机物在铝酸钠溶液中的界面行为研究鲜有报道，而关于有机物大尺寸胶束的制备研究更是极少报道。在水溶液中表面活性剂胶束一般小于0.5μm，大多数在1～100nm间。为制备大尺寸胶束，大多研究集中在油田采收、污水处理等领域。曹绪龙(物理化学学报，2014，30(7)，1297-1302)等将二乙烯三胺与油酸复配，构建了混合胶束和反胶束结构，实现了油包水乳状液增稠80倍，当形成水包油乳状液时，原油分子也能顺利增溶进入胶束；这些研究结果极大提高了油田原油的采收效率。饶小平(专利公告号cn

4、107519814b)等将马来海松酸基阴离子表面活性剂加入固定浓度的阳离子表面活性剂中，通过二者的缔合作用，制得具有凝胶特征的粘弹溶液，在油田驱油、日常清洗剂、工业洗涤领域具有重大应用价值。刘桂华(专利申请号202010112367.8、202010112032.6)在分别采用吸附法和浮选法除去有机物中加入表面活性剂以调控水合铝酸钙zeta电位、调控临界胶束浓度和促进生成胶束，实现高效脱除有机物的目标，但是没有涉及铝酸钠溶液中胶束大小。

5、因此，尽管有机物在铝酸钠溶液中主要以阴离子表面活性剂的形式存在，在浓度大于临界胶束浓度后，可生成胶束，但因极性基强烈的排斥作用，胶束尺寸调控仍不明确。这是铝酸钠溶液中脱除有机物的工艺较复杂和成本较高的关键原因。

技术实现思路

1、本发明提供了一种在铝酸钠溶液中生成大尺寸胶束的方法，其目的是为了解决背景技术存在的上述问题。

2、为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种在铝酸钠溶液中生成大尺寸胶束的方法，该方法主要加入表面活性剂等有机物添加剂，或再加入高价无机阳离子，协同促进有机物自组装形成大尺寸胶束，继而高效经济脱除有机物。具体为：将阳离子、两性或非离子表面活性剂水溶液加入含有机物的铝酸钠溶液后，降低温度，缓慢搅拌后，通过调控极性头排斥力，在高离子强度铝酸钠溶液中自组装成为大尺寸胶束；将此混合浆液过滤，使大尺寸胶束与铝酸钠溶液分离，实现有机物的高效脱除。本发明的一种在铝酸钠溶液中生成大尺寸胶束的方法可实现铝酸钠溶液中的有机物脱除率30％以上，显著降低拜耳体系中总有机碳浓度，消除有机物对生产流程的负面影响，具有简单、高效、适用范围广等特点。

3、本发明的实施例提出了一种在铝酸钠溶液中生成大尺寸胶束的方法，包括如下步骤：

4、s1、将表面活性剂以去离子水溶解，配制成表面活性剂水溶液；

5、s2、将表面活性剂水溶液加入含有机物的铝酸钠溶液中，控制温度，缓慢搅拌，进行反应；再加入表面活性剂水溶液和/或高价无机盐溶液，继续缓慢搅拌，得到浆液；

6、s3、将浆液过滤，分别得到铝酸钠溶液和脱除的有机物。

7、优选地，步骤s1中表面活性剂为阳离子、两性或非离子表面活性剂中的至少一种。

8、更优选地，所述阳离子表面活性剂为聚丙烯酰胺、吡啶盐、咪唑盐、季铵盐、吗啉盐中至少一种；所述两性表面活性剂为氨基酸或甜菜碱；所述非离子表面活性剂为十二烷基二甲基氧化胺、三乙醇胺、甲壳胺、缩聚胺。

9、优选地，步骤s1中表面活性剂水溶液的浓度为1～150g/l，加入量按表面活性剂在铝酸钠溶液中2～20ppm计。

10、优选地，步骤s2中表面活性剂水溶液第一次加入量是总量的70～100％，第二次加入量是总量的0～30％。

11、优选地，步骤s2中含有机物的铝酸钠溶液的na2ok 90～190g/l，al2o380～195g/l，αk1.35～3.2，na2oc 5～15g/l，toc 5～30g/l。

12、优选地，步骤s2中首次搅拌时间为5～60min，搅拌强度为20～200r/min；再次搅拌时间为30～120min，搅拌强度为0～200r/min。

13、优选地，步骤s2中控制温度具体为：初温70～100℃，末温30～80℃。

14、优选地，步骤s2中高价无机盐为铝盐、钙盐、铁盐和钡盐中的一种或两种，加入量小于300ppm。

15、优选地，步骤s3中浆液中有机物胶束的直径大于100nm。

16、机理说明：本发明在研究铝酸钠溶液中有机物的自组装生成大尺寸胶束时，具体发现：

17、(1)铝酸钠溶液离子强度大，表面活性剂在铝酸钠溶液中的临界胶束浓度极低，几乎都在10-5-10-4mol/l的浓度范围内。

18、(2)铝酸钠溶液中，因电荷不同，特定阳离子、两性和非离子表面活性剂容易与铝酸钠溶液中阴离子有机物极性基作用，促进自组装生成胶束。

19、(3)特定阳离子、两性或非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂复配后，因缔合极易生成表面活性剂的离子对，能显著提高非极性基截面积，有利于自组成层状大尺寸胶束。

20、(4)大量胶束能再次发生凝聚，继而产生更大尺寸的胶束。

21、(5)合适的降温制度，有利于表面活性剂分子的自组装，生成大尺寸胶束。

22、(6)在铝酸钠溶液中，生成的大尺寸胶束将导致溶液吸光度增大；而更大尺寸胶束(<5μm)将使溶液浊度升高。

23、本发明的上述方案有如下的有益效果：

24、(1)大尺寸胶束制备方法简单。加入特定表面活性剂溶液，调控中高分子量有机物极性基排斥力和强化非极性基疏水作用，可生成大尺寸胶束。

25、(2)多级尺寸胶束共存。溶液中预胶束、胶束和凝聚态胶束共存，胶束直径一般大于100nm，大尺寸胶束直径可达5μm。

26、(3)普适性强。铝酸钠溶液中有机物主要以阴离子形式存在，浓度高、分、离子强度大，临界胶束浓度小；加入表面活性剂后，均可生成大尺寸胶束。尤其适用于含中高分子量有机物的铝酸钠溶液。

27、(4)易嫁接拜耳法流程中。在拜耳法生产中粗液、精液或种分母液中进行，也可在粗液槽、精液槽、种分槽或洗液槽中制备大尺寸胶束。

28、(5)有机物脱除成本低。生成大尺寸胶束后，可以过滤除去，也可吸附在赤泥上脱除，还可吸附在水合铝酸钙或粉煤灰上脱除。

29、(6)有机物脱除率高。针对铝酸钠溶液中大量的高分子量有机物，按toc计，有机物脱除率大于30％。