不同類型高固含量高嶺土懸浮液的制備

1、不同類型高固含量高嶺土懸浮液的制備黃道培 彭 樸（中石化長嶺分公司研究院）摘 要 制備了兩種不同類型的高固含量的高嶺土懸浮液，并考察了分散劑用量和懸浮液的pH 值對高嶺土懸浮液的固含量的影響。 關(guān)鍵詞 高嶺土懸浮液 固含量 分散劑 陰離子 陽離子1 前言高嶺土廣泛用于造紙、陶瓷制造以及催化劑制備等工業(yè)1。在裂化催化劑制備過程中，為了保證催化劑各組分分散均勻以及催化劑有較好的磨損強(qiáng)度，通常把高嶺土分散成懸浮液，然后和其它組分混合形成催化劑前身懸浮液，最后經(jīng)噴霧干燥成型。催化劑前身懸浮液固含量的高低對噴霧干燥能耗以及催化劑的磨損強(qiáng)度均有較大影響，固含量越高，噴霧干燥能耗越低，成型后的催化劑磨損強(qiáng)度

2、越好2。高嶺土是催化劑的主要組分，提高高嶺土懸浮液的固含量是提高催化劑前身懸浮液固含量較有效的途徑之一。在高固含量高嶺土懸浮液的制備過程中，分散劑發(fā)揮較重要的作用。本文考察兩種類型高嶺土懸浮液的制備方法，并對影響高嶺土懸浮液固含量的其它主要因素進(jìn)行了考察。2 實(shí)驗(yàn)部分2.1 高嶺土比表面積：22m2/g，孔體積：0.11ml/g，中國蘇州高嶺土公司產(chǎn)品，長嶺煉油化工有限責(zé)任公司催化劑廠提供2.2 分散劑聚氯化鋁，化學(xué)式為Al2(OH)nCl6-nm，長嶺煉油化工有限責(zé)任公司催化劑廠提供；水玻璃，模數(shù)3.2；長嶺煉油化工有限責(zé)任公司催化劑廠提供；聚磷酸鈉，分析純，北京化工廠產(chǎn)品；聚苯乙烯磺酸鈉，

3、結(jié)構(gòu)式為CH2CH（C6H4SO3Na）n，自制，平均分子量為1.5104，制備方法見文獻(xiàn)（3）；聚丙烯酸鈉，結(jié)構(gòu)式為CH2CH（COONa）n，自制，平均分子量為4.8103。2.3 懸浮液的制備開啟膠體磨，控制齒輪刻度以保證顆粒的均勻性，按投料比分別加入去離子水、分散劑、高嶺土，循環(huán)一定時(shí)間后待測試。2.4 測試表觀粘度：在25恒溫體系下用NXS-11型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測試高嶺土懸浮液。測試一定剪切速率（D）下的剪切應(yīng)力（t），剪切應(yīng)力與剪切速率之比為表觀粘度h（Pas）。固含量：稱取一定量（G）的樣品，在120下烘干后放入馬福爐，在800下焙燒1小時(shí)，然后放入干燥內(nèi)冷卻，冷卻后稱重（M），固含

4、量（C）=M/G100% 。3 結(jié)果與討論3.1 分散劑的選擇圖1為相同表觀粘度下采用不同分散劑制備的高嶺土懸浮液的固含量，可以看出，制備高嶺土懸浮液時(shí)，加入分散劑可以大幅度提高高嶺土懸浮液的固含量（從20m%提高到40m%以上）。以聚羧酸鹽、聚磷酸鹽和聚氯化鋁為分散劑時(shí)，制備的高嶺土懸浮液固含量較高，可以達(dá)到50m%以上。分別取適量的含不同分散劑的高固含量的高嶺土懸浮液，用去離子水稀釋并用超聲波（頻率50kHz）分散成固含量為0.1m%的懸浮液，然后用MALVERN Zetamaster電位儀測試該懸浮液中顆粒的 Zeta電位（結(jié)果見表1）。可以看出，含分散劑的高嶺土懸浮液中顆粒的Zeta電

5、位（絕對值）均較不含分散劑的高嶺土懸浮液中顆粒的Zeta電位（絕對值）大幅度提高，這說明加分散劑后，高嶺土顆粒所帶電荷量明顯增加；從表1還可以看出，用水玻璃、聚磺酸鹽、聚羧酸鹽和聚磷酸鹽分散后，懸浮液中高嶺土顆粒的Zeta電位為負(fù)值，而用聚氯化鋁分散的高嶺土懸浮液中高嶺土顆粒的Zeta電位為正值，這說明水玻璃、聚磺酸鹽、聚羧酸鹽和聚磷酸鹽等分散劑制備的高固含量高嶺土懸浮液體系為陰離子型，采用聚氯化鋁分散劑制備的高固含量高嶺土懸浮液為陽離子型。圖1 相同表觀粘度時(shí)不同分散劑存在下可允許的高嶺土懸浮液固含量表1 不同分散劑下高嶺土顆粒的電位 mv分散劑名稱空白水玻璃聚磺酸鹽聚羧酸鹽聚磷酸鹽聚氯化鋁

6、Zeta電位-29.9-42.3-40.6-54.5-54.3+48.5高嶺土顆粒是一種層狀的硅鋁酸鹽晶體，其單位晶胞由一個(gè)四面體硅氧片和一個(gè)八面體鋁氧片組成（1：1層狀粘土），高嶺土顆粒表面包括平面和端面兩部分，高嶺土顆粒所帶電荷量等于顆粒平面所帶電荷和顆粒端面所帶電荷的代數(shù)和。在水溶液中，顆粒的平面形成帶永久正電荷的雙電層，但顆粒端面的電荷分布卻和氧化鋁顆粒一樣受溶液pH值的影響，當(dāng)pH值高于顆粒端面的等電點(diǎn)時(shí)，顆粒端面形成帶負(fù)電的雙電層4；當(dāng)pH值低于顆粒端面的等電點(diǎn)時(shí)，顆粒端面形成帶正電的雙電層；高嶺土顆粒端面的等電點(diǎn)約為7.35。通常情況下高嶺土顆粒的平面和端面帶兩種不同極性的電荷（

7、平面帶負(fù)電荷，端面帶正電荷），顆粒整體帶負(fù)電荷；一個(gè)顆粒的平面和另一個(gè)顆粒的端面因電荷極性不同很容易因靜電引力結(jié)合形成絮凝結(jié)構(gòu)，體系中的一部分水被包在絮凝結(jié)構(gòu)中，使高嶺土的固含量難以提高。加入分散劑后，分散劑吸附在高嶺土顆粒表面，改善了高嶺土顆粒表面的電荷分布，使顆粒之間的斥力增加，絮凝結(jié)構(gòu)難以形成，高嶺土懸浮液的固含量大幅度提高4。聚羧酸鹽、聚磷酸鹽、水玻璃和聚磺酸鹽為陰離子型聚電解質(zhì)，它們吸附在高嶺土顆粒的端面，使端面帶負(fù)電（和顆粒平面的電荷極性相同），高嶺土整體顆粒的負(fù)電荷增加，顆粒間的斥力增加，絮凝結(jié)構(gòu)減少，可制備的高嶺土懸浮液固含量高，高嶺土懸浮液體系為陰離子型。聚氯化鋁為陽離子型聚

8、電解質(zhì)，它吸附在高嶺土顆粒的平面，使平面所帶電荷由負(fù)變正（和顆粒端面的電荷極性相同），高嶺土整體顆粒電荷為正，并且隨著聚氯化鋁加入量的增加，高嶺土顆粒的正電荷增加，顆粒間的斥力增加，絮凝結(jié)構(gòu)減少，也可制備出高5+固含量的高嶺土懸浮液，懸浮液體系為陽離子型。3.2 pH值的影響圖2是高嶺土懸浮液的表觀粘度隨pH值的變化情況，可以看出，不含分散劑的高嶺土懸浮液和含陰離子型分散劑的高嶺土懸浮液， 其表觀粘度均隨pH值的升高而降低，這是因?yàn)椋弘S著pH值的升高，高嶺土顆粒表面的負(fù)電荷量增加，高嶺土顆粒間的斥力增加，絮凝結(jié)構(gòu)減少。因此，升高懸浮液的pH值可以提高高嶺土懸浮液的固含量。圖3 聚磷酸鹽分散劑的

9、加入量對高 嶺土懸浮液表觀粘度的影響條件：高嶺土懸浮液固含量50m%，pH=7.0，剪切速率（D）50S-1從圖2還可以看出，含陰離子型分散劑的高嶺土懸浮液，其表觀粘度受pH值的影響較大，在pH值降低至酸性范圍時(shí)，高嶺土懸浮液的表觀粘度明顯升高，這一方面是因?yàn)楦邘X土懸浮液中絮凝結(jié)構(gòu)隨pH值的降低而增多，另一方面是因?yàn)樵谒嵝詶l件下，分散劑在水溶液中的電離度隨pH值的降低而降低，導(dǎo)致它們的分散能力降低。因此，采用陰離子型分散劑制備高固含量的高嶺土懸浮液時(shí)，必須保持懸浮液較高的pH值環(huán)境。用聚氯化鋁分散劑制備的高固含量高嶺土懸浮液，其pH值為酸性范圍。圖4 聚氯化鋁分散劑的加入量對高嶺土懸浮液表觀粘

10、度的影響條件：高嶺土懸浮液固含量10m%，剪切速率（D）51S-1圖2 pH值對高嶺土懸浮液表觀粘度的影響空白（C=20m%）；聚磷酸鹽（C=55m%）；聚磺酸鹽（C=43m%）水玻璃（C=40m%聚羧酸鹽（C=55m%）3.3 分散劑加入量的影響圖3、圖4分別顯示了高嶺土懸浮液的表觀粘度隨聚磷酸分散劑鹽加入量的變化情況，從圖3可以看出，隨著聚磷酸鹽陰離子型分散劑加入量的增加，高嶺土懸浮液的表觀粘度降低，當(dāng)加入量達(dá)到一定值（飽和量）后，繼續(xù)加入該分散劑，高嶺土懸浮液的表觀粘度基本不再變化。從圖4可以看出，隨著聚氯化鋁加入量的增加，高嶺土懸浮液的表觀粘度先增加，上升至最高點(diǎn)后，繼續(xù)增加聚氯化鋁的

11、加入量，高嶺土懸浮液的表觀粘度下降，當(dāng)聚氯化鋁的加入量達(dá)到一定值（飽和量）后，繼續(xù)加入該分散劑，高嶺土懸浮液的表觀粘度基本不再變化。上述結(jié)果說明，盡管高嶺土懸浮液表觀粘度隨兩種分散劑加入量的變化趨勢不盡相同，但都存在一個(gè)飽和量，當(dāng)加入量超過飽和量時(shí)，高嶺土懸浮液的表觀粘度均不再變化。因此，制備這兩種類型的高固含量高嶺土懸浮液時(shí)，均需確定分散劑的最佳加入量。4 結(jié)論（1）采用陰離子型分散劑和聚氯化鋁陽離子型分散劑均能制備出高固含量的高嶺土懸浮液，在所考察的幾種陰離子型分散劑中，聚磷酸鹽和聚羧酸鹽分散效果最好。（2）采用陰離子型分散劑制備高嶺土懸浮液時(shí)，高嶺土懸浮液的固含量受懸浮液的pH值影響很大

12、，制備這種類型的高固含量高嶺土懸浮液，必須保持懸浮液體系較高的pH值環(huán)境。（3）采用聚氯化鋁陽離子型分散劑制備的高固含量高嶺土懸浮液屬酸性體系。（4）不論是陰離子型分散劑還是聚氯化鋁陽離子型分散劑，分散劑量對高嶺土懸浮液的固含量均有較大影響，制備這兩種類型的高固含量高嶺土懸浮液時(shí)，均需確定分散劑的最佳加入量。參考文獻(xiàn)1任磊夫.高嶺土礦物和高嶺土巖.北京：地質(zhì)出版社，19962 Scherzer Julius. Octane-Enhancing,Zeolitic FCCCatalysts:Scientific and Technical Ai.Eng.,1989,31(3):286-2873 彭樸.水溶液磺酸鹽型水漿燃料添加劑.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，26（增刊）：9-104 H.范.奧爾芬.粘土膠體化學(xué)導(dǎo)論.許冀泉等譯.北京：農(nóng)業(yè)出版社，19795 Rand B, Melton I E. Particle Interactions in Aqueous Kaolin Suspensions 1.Effect of pH and Electrolyte upo