[发明专利]一种粉煤灰资源化综合利用工艺

说明书

技术领域

本发明涉及粉煤灰资源化以及介孔材料制备领域，具体涉及一种利用粉煤灰制备介孔氧化硅材料并提取粉煤灰中铝元素的资源化综合利用工艺。

背景技术

现阶段，我国主要以煤炭为主要能源，电力的76％由煤炭产生，燃煤的粉煤灰总堆存量已超10亿吨，而且仍以0.8～1亿吨/年的速度增加。而目前粉煤灰的资源化利用主要集中在制备水泥、混凝土以及墙体材料等建筑材料领域(雷瑞等，粉煤灰综合利用研究进展。洁净煤技术，2013，03：106-109)。然而，这些粉煤灰建筑材料不仅附加值较低，而且一般都需要较高的能耗。因此，利用粉煤灰通过低能耗的工艺得到高附加值的产品是目前粉煤灰资源化综合利用研究的重点。

介孔材料以其优异的孔径分布(2～50nm)和较大的比表面积，在吸附、分离、催化和药物包埋与输送等许多方面具有越来越广泛的应用。介孔氧化硅是介孔材料中最为庞大的无机材料家族之一，以其高比表面积、优良的热稳定性、较好的水热稳定性、丰富的表面酸碱位以及较厚的孔壁等特性，已被广泛应用于吸附分离、催化、离子交换、微反应等领域，具有很高的附加值。目前，介孔氧化硅的制备主要利用高纯的化学试剂和表面活性剂采用软模板法来制备，这使得介孔硅的生产具有很高的成本。同时，铝是重要的生活、工业基础原料，是一种被广泛应用且具有重要社会地位的基础材料。而作为一种大量堆积且含有高硅铝(SiO₂ 40～60wt％，Al₂O₃ 17～45wt％)的工业废弃物，粉煤灰具有制备高附加值的铝材和介孔氧化硅材料的巨大潜力。简单且低成本的利用粉煤灰制备介孔氧化硅材料并提取其中铝的工艺技术将极大地促进粉煤灰的资源化，并为含硅铝废弃物的处理处置提供参考。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本的，工艺简单的粉煤灰资源化综合利用工艺，即利用粉煤灰制备介孔氧化硅材料并提铝的工艺。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种粉煤灰资源化综合利用工艺，包括以下步骤：

(1)合成沸石：直接利用粉煤灰合成硅铝沸石；

(2)酸处理：将步骤(1)中得到的沸石与酸溶液反应，通过酸处理彻底破坏沸石的晶体结构，浸出其成分中的金属元素，然后固液分离，得到固体相和含铝的酸溶液；将固体相洗涤并干燥，即得到介孔氧化硅材料，其比表面积为450～650m²/g，最可几孔径为3.5～4.5nm，而过滤后得到的含铝的酸溶液则可用来提铝，制备金属铝材或介孔氧化铝。

步骤2)中酸处理工艺的主要目的是彻底破坏沸石的晶体结构，浸出其成分中的铝等金属元素，得到介孔材料。其采用的酸溶液应能够用来破坏沸石的晶体结构，可为强酸(如HCl、HNO₃、H₂SO₄等)溶液中的一种或二种以上按任意配比的混合物，或者强酸溶液(一种或多种)与其他弱酸(如醋酸、HNO₂)按适宜配比的混合物。但是，粉煤灰中含有较多的Ca、Ba等元素时，不提倡使用含有硫酸根的酸溶液，难溶的CaSO₄与BaSO₄等会降低得到的介孔氧化硅的纯度。

步骤(2)中酸溶液为1～10mol/L的HCl溶液，沸石与HCl溶液在40～100℃的条件下反应2～12h，固液比为1kg：4～50L。

此外由于本申请对于硅铝沸石的品位并没有十分苛刻的要求，粉煤灰只需稍加研磨即可用来制备沸石，无需其他粉煤灰前处理工艺。考虑到成本与工艺的问题，一般采用直接将研磨后的粉煤灰与NaOH溶液反应制备沸石的方法。可供参考的较佳工艺为：将粉煤灰与4～8mol/L的NaOH溶液以1kg：4～50L的比例相混合，在100～200℃的温度下反应6～24h。得到的硅铝沸石一般因含有Fe等多种较为复杂的杂质组分而具有较低的品位。

步骤1)中硅铝沸石的制备，可充分考虑粉煤灰中硅铝的含量比例，对于含铝较低的粉煤灰可向其中加入适量廉价低质的铝源，然后与碱反应制备低品位的硅铝沸石。