[发明专利]一种利用高铝粉煤灰制备方沸石的方法

说明书

技术领域

本发明属于粉煤灰高技术资源化利用领域，涉及环境材料、化工、冶金等技术领域，尤其涉及一种利用高铝粉煤灰制备方沸石的方法。

背景技术

方沸石的化学组成为Na₁₆[Al₁₆Si₃₂O₉₆]·16H₂O，是一种属于立方晶系的具有三维格架的微孔结晶硅铝酸盐矿物，其有效孔径为0.26nm，可作为天然微孔吸附剂或天然离子筛，对直径小的有毒的铅离子、铜离子等重金属离子有较高的交换量，因此，方沸石在提取重金属离子，污水处理、重金属污染土壤的修复治理及精细化工等领域有着非常广泛的用途。

现有的制备方沸石工艺中采用的原料中硅源主要是水玻璃，其碱含量低，通常二氧化硅浓度为140-180g/L，氧化钠浓度为60g/L；铝源主要是外购氢氧化铝和氢氧化钠采用生产现场溶解的方式制得铝酸钠溶液，然后将水玻璃模数调整至工艺要求后与调配好的铝酸钠溶液(通常需要通过加碱进行调配)混合、均化、晶化后制得方沸石。上述三种原料均为化工原料，存在采购成本高、工艺过程复杂、合成方沸石后的碱液无法重复利用等问题。

而火力发电厂燃煤后产生的一种固体废弃物——高铝粉煤灰的主要化学成分是氧化铝和氧化硅，例如，鄂尔多斯盆地，由于特殊的地质背景，其晚古生代煤层及夹矸中富含一水软铝石和高岭石等矿物，燃烧后所产生的粉煤灰中氧化铝含量高达50％左右，氧化硅含量达40％左右，是一种潜在的、非常宝贵的生产方沸石的原料。

如何提供一种利用高铝粉煤灰来制备方沸石的方法成为有待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用高铝粉煤灰制备方沸石的方法，通过将由高铝粉煤灰预脱硅获得的脱硅碱液、与由脱硅粉煤灰熟化溶出获得的铝酸钠溶液混合均化，并进行晶化反应，再经过滤、洗涤、烘干得到方沸石。本发明的方法工艺简单、能耗低、成本低、原材料利用率高的优点，并能制成适于工业应用的、具有纯度高、粒度细、粒度均匀等特点的方沸石。

本发明提供的一种利用高铝粉煤灰制备方沸石的方法，该方法包括如下步骤：

1)用氢氧化钠溶液与高铝粉煤灰进行预脱硅反应，反应后的溶液经过滤洗涤后，固相为脱硅粉煤灰，液相为脱硅碱液；

2)将1)中获得的脱硅粉煤灰加入到碳酸钠、石灰石配成的浆液中得到混合浆液，将该混合浆液经过烧结形成熟料、再经熟料溶出工序，得到铝酸钠溶液；

3)将1)中获得的脱硅碱液经经净化除杂后，与2)中获得的铝酸钠溶液混合均化，之后经晶化反应、过滤、洗涤、烘干得到方沸石。

在本发明的另一个具体实施方式中，步骤1)中所述脱硅碱液中的二氧化硅浓度为40～80g/L，氧化钠浓度为50～120g/L，氧化铝浓度小于5g/L，碳酸钠浓度小于17.1g/L。

进一步的，步骤2)中所述铝酸钠溶液中的氧化铝浓度为80～130g/L，氧化钠浓度为60～115g/L，二氧化硅浓度为2～6g/L，碳酸钠浓度17～50g/L。

更进一步的，步骤3)中的混合均化包括将所述脱硅碱液和所述铝酸钠溶液以硅铝比4.0～5.5的比例进行配料，然后混合均匀形成均化溶液，所述均化溶液中钠铝比为2.5～6.0、水钠比为35～50；在40～90℃均化温度下均化5～120分钟，其中，所述硅铝比是指氧化硅与氧化铝的摩尔比，所述钠铝比是指氧化钠与氧化铝的摩尔比，所述水钠比是指水分子与氧化钠的摩尔比。

在本发明的具体实施方式中，所述均化溶液中各组分的摩尔比为Al₂O₃:SiO₂:Na₂O:H₂O＝1:4-5.5:2.5-6:80-300。更进一步的，所述均化溶液中各组分的摩尔比为Al₂O₃:SiO₂:Na₂O:H₂O＝1:4-5.5:4-6:150-200。

更进一步的，步骤3)中的晶化反应的温度130～190℃，时间1～8h。

更进一步的，步骤3)中晶化反应后得到的反应物过滤得到方沸石滤饼；将所述方沸石滤饼用重量比为3～5倍的50～100℃的水洗涤；并在50～105℃条件下进行烘干，即可得到所述方沸石。

在本发明的方案中，步骤3)中所述脱硅碱液净化除杂例如可以通过叶滤机过滤除去脱硅碱液中的浮游物实现。

根据本发明方案获得的方沸石粒度在2～8um之间。