适用于长时间存储的氢氧化镁高效悬浮液及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工产品制备技术领域，特别涉及一种适用于长时间存储的氢氧化镁高效悬浮液及其制备方法。

背景技术

氢氧化镁是一种碱性物质，由于其具有较低的溶解度，故其制备得到的溶液的碱性较弱，腐蚀性不像其他强碱如氢氧化钠大，又由于其在大自然中广泛存在，提纯加工等操作成本较低，故在化工领域有很广泛的应用，氢氧化镁可以应用于中和废水、重金属离子置换沉淀、流态阻燃剂及烟气脱硫等方面。

目前船舶脱硫特别是污染物排放较多的远洋大货轮已经广泛地应用了镁法脱硫，此脱硫方法需要连续添加氢氧化镁来中和烟气中的二氧化硫，且普遍使用泵送氢氧化镁的方式，该方式最为方便且成本低。然而，对于远洋船舶而言，其使用的氢氧化镁悬浮液往往需要存放普遍较长的时间，而由于氢氧化镁难溶于水且真实密度比水大很多，故形成的氢氧化镁悬浮液容易形成分层和沉淀，长时间存储会导致氢氧化镁悬浮液产生大范围的沉淀以及结块，使其无法使用管道输送，经常性发生堵塞管道的情况，更严重的，还会损坏泵结构，因此对于船舶运输领域，研发一种能长时间存放的氢氧化镁悬浮液尤其必要。

近年来，有很多研究机构、大学和氢氧化镁生产厂家都致力于研发能长时间存放的氢氧化镁悬浮液，也已经有了很多专利技术，普遍使用的方法是使用聚羧酸盐作为分散剂，但聚羧酸盐使用在氢氧化镁悬浮液中有其天生的缺陷，即氢氧化镁和聚羧酸盐会发生桥架化学反应，在分子范畴内形成网状的非牛顿流体，依旧会导致悬浮液严重分层和固结，依旧无法过长时间的进行储存。

比如，申请号为CN202010295737.6的发明专利公开了一种高固含量的氢氧化镁悬浮液的生产工艺及应用，使用所谓的共聚物钠盐做分散剂，经过多次缓慢添加混合均匀后制得氢氧化镁悬浮液，虽然此法配置的氢氧化镁悬浮液能放置2周左右，但由于聚羧酸盐的化学特性，使得该法配置得到的氢氧化镁悬浮液必然会逐渐分层沉淀，然后固化板结，依旧无法使用在静置周期更长的船舶上，特别像是远洋船舶。

再比如，申请号为CN201610425063.0的发明专利公开了一种湿法制备超细氢氧化镁浆料的方法，其使用的分散剂为：阴离子聚羧酸盐为十二烷基苯磺酸钠和聚丙烯酸盐中的一种，非离子聚羧酸盐为烷基酚聚氧乙烯醚、无水偏硅酸钠、羧甲基纤维素钠、聚环氧琥珀酸和聚乙烯醇其中的一种或两种以上的混合物，或三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠盐和聚羧酸盐。此法提到的分散剂主要使用了离子型高分子化合物，但此类化合物做分散剂均会和氢氧化镁发生桥架化学反应，虽然在短时间内不会沉淀，但静置超过1个月后就会形成无法逆转的固化沉淀。

再比如，申请号为CN201310684663.5的发明专利公开了一种高固含量、低粘度的的浆态氢氧化镁的制备方法，其使用的分散剂为聚羧酸盐的一种即聚丙烯酸钠，无其他添加剂，此法本质上依然存在上述引用专利所存在的严重问题。

综上所述，聚羧酸盐作为氢氧化镁悬浮液的分散剂有其本质上的缺陷，即，氢氧化镁和聚羧酸盐会发生桥架化学反应，依旧无法适用于长时间航行的船舶的镁法脱硫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于长时间存储的氢氧化镁高效悬浮液及其制备方法，通过添加成分组分以克服聚羧酸盐和氢氧化镁发生桥架化学反应的同时最大限度地发挥聚羧酸盐的分散效果的方法，其可使得高浓度氢氧化镁长时间存储时依旧能保持较高的稳定性和流动性状可恢复性，适用于管道输送和长时间储存，最长可保持其不干化结块2个月以上。

为实现以上目的，本技术方案提供一种适用于长时间存储的氢氧化镁高效悬浮液的制备方法，包括以下步骤：取聚羧酸盐以及强电解质加水溶解制备得到分散剂；将氢氧化镁粉溶解于分散剂中，并搅拌均匀得到氢氧化镁高效悬浮液，其中强电解质电解和聚羧酸盐中的金属离子相同的离子，利用同离子效应减少聚羧酸盐和氢氧化镁之间的桥架反应。

另外，本技术方案提供一种适用于长时间存储的氢氧化镁高效悬浮液的制备方法，包括以下步骤：取聚羧酸盐、强电解质和具有润滑效果的非离子型高分子聚合物加水溶解制备得到分散剂；将氢氧化镁粉溶解于分散剂中，并搅拌均匀得到氢氧化镁高效悬浮液，其中强电解质电解和聚羧酸盐中的金属离子相同的离子，利用同离子效应减少聚羧酸盐和氢氧化镁之间的桥架反应。

在适用于长时间存储的氢氧化镁高效悬浮液的制备方法中，所述聚羧酸盐选择聚丙烯酸钠，所述强电解质选择碳酸钠，所具有润滑效果的非离子型高分子聚合物选择聚乙二醇，具有润滑效果的非离子型高分子聚合物起到稠度调和剂的作用。

具体的，其中强电解质碳酸钠溶于水以后可在水溶液中形成大量的钠离子，能有效降低聚丙烯酸钠与氢氧化镁的桥架反应。这是因为聚丙烯酸钠分子是一种长链，单独存在于水中时各链之间相互不发生作用，一旦与氢氧化镁溶液接触，二价的镁离子会将单链的聚丙烯酸钠分子结合在一起，形成网状结构，网状结构会几何倍数的增加分子间作用力，形成坚固的整体，即所谓的桥架反应。镁离子的浓度越大，桥架反应越多，网状结构的强度及数量就越大，体现在氢氧化镁浆液中则是越容易形成沉降和板结固化。在氢氧化镁浆液中加入大量的钠离子，由于同离子效应，可以抑制镁离子和聚丙烯酸钠的桥架反应，缓解了聚丙烯酸钠做分散剂时和氢氧化镁反应形成沉淀的不良现象。同时由于碳酸钠溶于水形成的溶液呈碱性，可以抑制氢氧化镁的溶解，从而减少了镁离子的浓度，彻底解决了氢氧化镁和聚丙烯酸钠的桥架反应。

其中稠度调和剂聚乙二醇为非离子型聚合物，其具有良好的溶解性的同时具有优良的润滑效果，能很好地起到降低悬浮液粘度的效果。所述稠度调和剂可以选择其他具有润滑效果的非离子型高分子聚合物，而不宜选择离子型化合物，因为多种离子型化合物同时存在于电解质溶液中会加剧桥架反应的发生。

而本方案中，选择1重量份的聚羧酸盐、2重量份的强电解质碳酸钠和0.4 重量份的稠度调和剂，选择96.6重量份的水，分散均匀后得到分散剂。

聚丙烯酸钠的配比在0.5％时可以以最低的浓度达到良好的分散效果，这也是聚丙烯酸钠作为分散剂在化工领域内普遍认同的配比，故聚丙烯酸钠的重量份大于0.5％。碳酸钠和聚丙烯酸钠的比例在1:2时达到最佳的抑制桥架反应效果，聚乙二醇的配比在0.2％时可以以最低的浓度达到良好的降低粘度的效果，聚乙二醇的重量份大于0.2％。

在实施例中选择100重量份的氢氧化镁粉溶解于分散剂中。

氢氧化镁的粒径大小为1-3微米,可选择为1/2/2.5/3微米。

在本方案中，搅拌时间不小于10分钟。

根据本方案的另一方面，提供一种根据其上适用于长时间存储的氢氧化镁高效悬浮液的制备方法制备得到的氢氧化镁高效悬浮液。

该氢氧化镁高效悬浮液的特点在于可至少存储2个月时间，且在存储2个月时间后进行搅动后可恢复较好的流动性。

相较现有技术，本技术方案具有以下的特点和有益效果：本发明通过对以聚丙烯酸钠为分散剂的氢氧化镁悬浮液加入碳酸钠作为强电解质以及聚乙二醇作为稠度调和剂，添加的碳酸钠和聚乙二醇破坏聚羧酸盐和氢氧化镁之间的桥式化学反应，且不破化聚羧酸盐的分散剂作用，通过该制备方法制备氢氧化镁悬浮液时无须进行高强度研磨和搅拌。可在保证其悬浮性能的基础上，大大增强了其稳定性及低粘度特性，能够放置长达2个月以上的静置时间同时底部不形成难以消除的固化块状体，在悬浮液静置超过两个月而沉底失去流动性后，再进行剧烈搅动后，依然能恢复较好的流动性。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实验原料：氢氧化镁粉末：100重量份，粒径在2um左右；聚丙烯酸钠分散剂：1重量份，分子量3000；强电解质碳酸钠：2重量份；非离子型稠度调和剂聚乙二醇：0.4重量份，分子量1500。

试验效果说明：本实验验证各添加物的作用，最终以氢氧化镁悬浮液是否有固化板结和粘度增大为主要验证指标；粘度测量使用涂四杯，测量单位为秒，通过公式可以换算运动粘度值，但本实验中不做粘度值换算，使用测量时间直观对比粘度变化，数值越大，粘度越大。

下面通过具体实施例进一步说明本技术方案：

实施例1：

实验组实验：

准备96.6重量份的自来水，先加入1重量份的聚丙烯酸钠，再加入2重量份的碳酸钠，搅拌均匀后加入0.4重量份的聚乙二醇，继续搅拌均匀后形成的水溶液放置备用；称取100重量份的氢氧化镁粉末，一次性加入到前述水溶液中，继续搅拌10分钟，即可配成所述高效氢氧化镁悬浮液。

实验效果检测：

静置观察，第一周氢氧化镁悬浮液的均匀性及稳定性都较好；第二周悬浮液开始析水分层，析水层较浅，轻轻晃动试验样品，可以观察到氢氧化镁悬浮液有良好的流动性；第三周至第6周，析水分层达到最大，水层厚度不再增加，用合适的工具触探悬浮液底部，无粘底的块状沉淀，流动性较好。第7到第8 周，悬浮液分层的底部有固化的趋势，流动性变差，但无硬质块状沉淀，可以搅动。第9周，再次搅拌试验样品，悬浮液恢复至最开始配置的状态，无分层，无粘底，有很好的流动性，再次静置观察，一周后出现明显分层，但流动性保持良好，无不良沉淀及板结粘底现象，使用涂四杯测量粘度，粘度计量时间为 13.26s。

对照实施例1：

对照组1实验：(不加聚丙烯酸钠)

准备97.6重量份的自来水，再加入2重量份的碳酸钠和0.4重量份的聚乙二醇，搅拌均匀后形成的水溶液放置备用；称取100重量份的氢氧化镁粉末，一次性加入到前述水溶液中，继续搅拌10分钟。

实验效果检测：

形成的混合液呈乳液状态，基本无流动性，氢氧化镁无法在水中形成分散均匀的浆液态，此实验说明了聚丙烯酸钠作为分散剂的优异效果。

对照组2实验：(不加碳酸钠)

准备98.6重量份的自来水，先加入1重量份的聚丙烯酸钠，0.4重量份的聚乙二醇搅拌均匀后形成的水溶液放置备用；称取100重量份的氢氧化镁粉末，一次性加入到前述水溶液中，继续搅拌10分钟。

实验效果检测：

和前述高效氢氧化镁悬浮液试样进行同步静置观察，第一周均匀性及稳定性都较好，第二周对比实施例样品底部开始形成较硬的板结块状物，使用强力搅拌后，底部板结块状块状物仍然无法消除。

比对对照实施例2和实施例1可知，本方案所添加的碳酸钠的确可以改善聚丙烯酸钠作为分散剂带来的缺陷，能在更长的时间内实现存储。

对照组3实验：(不加聚乙二醇)

准备98重量份的自来水，再加入2重量份的碳酸钠，搅拌均匀后形成的水溶液放置备用；称取100重量份的氢氧化镁粉末，一次性加入到前述水溶液中，继续搅拌10分钟。

实验效果检测：

和前述高效氢氧化镁悬浮液试样进行同步静置观察，试验结果如下：第一、二周流动性及抗沉效果良好，第三周开始析水分层较多，第四周试样底部开始形成粘度较大的沉淀，第五周开始固化粘结，基本失去流动性，使用强力搅拌后，无法恢复至初始配制后的良好性状，底部粘结沉淀仍然有少部分存在，流动性恢复较差，使用涂四杯测量粘度，粘度计量时间为17s。

比对对照实施例3和实施例1可知，本方案所添加的聚乙二醇的确可以改善氢氧化镁浆液后期粘度变大的现象。

另外，本方案选择的添加剂的配比也直接影响实验效果，本方案提供的实施例的1重量份的聚羧酸盐、2重量份的强电解质和0.4重量份稠度调和剂能达到最好的抗沉降效果。

对照实施例4(低配比碳酸钠)

准备97.6重量份的自来水，先加入1重量份的聚丙烯酸钠、1重量份的电解质碳酸钠和0.4重量份的聚乙二醇，搅拌均匀后形成的水溶液放置备用；称取100重量份的氢氧化镁粉末，一次性加入到前述水溶液中，继续搅拌10分钟

实验效果检测：

和前述高效氢氧化镁悬浮液试样进行同步静置观察，试验结果如下：第一、二周流动性及抗沉效果良好，第三周开始析水分层较多，第四周试样底部开始形成粘度较大的沉淀，第五周开始固化粘结，搅拌后，固化的块状物无法消除，说明悬浮液中发生了少量的桥架反应。

对照实施例5(高配比碳酸钠)

准备95.6重量份的自来水，先加入1重量份的聚丙烯酸钠、3重量份的电解质碳酸钠和0.4重量份的聚乙二醇，搅拌均匀后形成的水溶液放置备用；称取100重量份的氢氧化镁粉末，一次性加入到前述水溶液中，继续搅拌10分钟

实验效果检测：

和前述高效氢氧化镁悬浮液试样进行同步静置观察，试验结果如下：第一、二周流动性及抗沉效果良好，第三周开始氢氧化镁浆液形成了整体块状物，倾倒试验瓶发现浆液整体失去了流动性，说明内部形成了较强的作用力。

比对对照实施例4、5和实施例1可知，本方案所添加的碳酸钠的配比需要严格控制，较低的碳酸钠配比无法完全消除氢氧化镁和聚丙烯酸钠的桥架反应，而较高的碳酸钠配比会使悬浮液形成一个整体，加强了悬浮体系内部作用力，反而缩短了储存时间。

对照实施例6(低配比聚乙二醇)

准备96.9重量份的自来水，先加入1重量份的聚丙烯酸钠、2重量份的电解质碳酸钠和0.1重量份的聚乙二醇，搅拌均匀后形成的水溶液放置备用；称取100重量份的氢氧化镁粉末，一次性加入到前述水溶液中，继续搅拌10分钟

实验效果检测：

和前述高效氢氧化镁悬浮液试样进行同步静置观察，试验结果如下：第一、二周流动性及抗沉效果良好，第三周开始析水分层较多，第四周试样底部开始形成粘度较大的沉淀，但没有固化板结，使用强力搅拌后，流动性较差，使用涂四杯测量粘度，粘度计量时间为16.5s，无法恢复至初始配制后的良好性状。

对照实施例7(高配比聚乙二醇)

准备96重量份的自来水，先加入1重量份的聚丙烯酸钠、2重量份的电解质碳酸钠和1重量份的聚乙二醇，搅拌均匀后形成的水溶液放置备用；称取100 重量份的氢氧化镁粉末，一次性加入到前述水溶液中，继续搅拌10分钟

实验效果检测：

和前述高效氢氧化镁悬浮液试样进行同步静置观察，第一周氢氧化镁悬浮液的均匀性及稳定性都较好；第二周悬浮液开始析水分层，析水层较浅，轻轻晃动试验样品，可以观察到氢氧化镁悬浮液有良好的流动性；第三周至第6周，析水分层达到最大，水层厚度不再增加，用合适的工具触探悬浮液底部，无粘底的块状沉淀，流动性较好。第7到第8周，悬浮液分层的底部有固化的趋势，流动性变差，但无硬质块状沉淀，可以搅动。第9周，再次搅拌试验样品，悬浮液恢复至最开始配置的状态，无分层，无粘底，有很好的流动性，再次静置观察，一周后出现明显分层，但流动性保持良好，无不良沉淀及板结粘底现象，使用涂四杯测量粘度，计量时间为13.22s。

比对对照实施例6、7和实施例1可知，本方案所添加的聚乙二醇的配比需要较好的控制，较低的配比对氢氧化镁悬浮液的粘度降低几乎没有作用，而较高的配比所产生的效果和所述实施例1很接近，最终悬浮液的粘度变化不大，考虑成本因素，聚乙二醇的配比应控制在较低的浓度值，故0.4重量份的聚乙二醇配比为本发明的优选配比。

本发明通过实验及对比，证实用本方法制得的氢氧化镁浆液具有高效的悬浮性能，长时间静置析水较少且不沉底、不结块、粘度变化不大、底部无粘结，静置2个月后再次搅拌可以基本恢复其高效的悬浮效果，制作过程中无较多的复杂添加剂，无复杂的加工制作工序，可以较明显的降低加工成本，和同类类似的产品比较，具有较强的市场竞争力。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。