[发明专利]一种高铝粉煤灰合成介孔纳米γ-氧化铝的方法

说明书

一种高铝粉煤灰合成介孔纳米γ‑氧化铝的方法，将高铝粉煤灰在碱溶液中预脱硅；将脱硅灰和石灰石混合、筛分，在高温下煅烧、自粉化得到烧结熟料；将烧结熟料和碳酸钠溶液混合、反应、分离后得到硅钙残渣和偏铝酸钠溶液；用微气泡曝气系统向纯化后偏铝酸钠溶液中通入15‑30vol％的CO₂气体，在20‑80℃条件下反应1h，分离得到碳酸钠溶液和氢氧化铝前驱体；将前驱体烘干、在400‑550℃煅烧4‑8h，冷却后得到介孔纳米γ‑氧化铝产品。该方法既实现了高铝粉煤灰的高值资源化利用，又合成了高价值的介孔纳米γ‑氧化铝、且硅钙残渣可原位用于CO₂捕集；同时，该技术无需添加高昂的模板剂、大幅降低产品生产成本、提高产品合成效率，产品结晶度高、具有优异的介孔纳米材料性能。

技术领域

本发明属于工业固体废物资源化利用及介孔纳米材料合成技术领域，特别涉及一种高铝粉煤灰合成介孔纳米γ-氧化铝的方法。

背景技术

自2000年以来，我国的火电装机容量呈爆炸式增长，其中燃煤发电的比例占到火力发电的90％以上。粉煤灰是燃煤中的矿物和黏土等经高温煅烧产生的细小飞灰和炉底渣，是燃煤电厂的主要固体废物。我国燃煤电厂2015年产生的粉煤灰达到了6.20亿吨，但综合利用率不足70％。截至2015年末，我国粉煤灰的堆存量已经超过20亿吨，且每年还将净增2亿吨。逐年堆存的粉煤灰不仅占用大量土地资源，还对生态环境和人体健康构成巨大威胁。《粉煤灰综合利用管理办法》中指出，鼓励开展对粉煤灰的高附加值和大掺量利用。

粉煤灰中的氧化铝含量一般为15-40％，主要以刚玉和莫来石的形态存在，是一种非常重要的非铝土矿资源。在山西和内蒙古等部分地区，粉煤灰中的氧化铝含量甚至可以达到40-55％，相当于中低品位铝土矿。我国每年产生的高铝粉煤灰(氧化铝含量37％以上)可达5000万吨以上，可提供2000万吨以上的氧化铝资源。另一方面，我国铝土矿资源匮乏，且以中低品位的一水硬铝石为主；2016年我国进口铝土矿5205万吨，对外依存度达到44.47％。因此，开展高铝粉煤灰回收氧化铝技术研究，不仅能够缓解我国铝土矿资源短缺的问题，还能够实现高铝粉煤灰的高值资源化利用。

近年来，我国开展了大量高铝粉煤灰回收氧化铝资源的技术研究，主要包括石灰石烧结法、预脱硅-碱石灰烧结法、酸浸取法和碱浸取法等。这些技术均实现了从粉煤灰中提取氧化铝，且通过工艺和参数优化，逐步降低成本、提取效率可达80-90％。但是，这些技术只从氧化铝的物质回收角度开展研究，对于如何进一步利用和开发回收后的氧化铝产品尚未考虑。因此，从高铝粉煤灰中回收的氧化铝产品在品质和价格方面缺乏市场竞争力。

介孔纳米γ-氧化铝具有规则有序的孔结构、稳定的晶体结构、固有的酸碱特性，因此被广泛用于各种催化剂载体。目前，介孔纳米γ-氧化铝一般采用溶胶-凝胶自组装技术合成：以铝醇盐或铝酸盐为前驱体，在模板剂的辅助下，经过水解、老化、水洗、分离、干燥等过程后得到氢氧化铝前驱体，前驱体再经高温煅烧后得到γ-氧化铝产品。通常γ-氧化铝的晶化温度在800℃以上，但是高温容易破坏其规则有序的孔结构，因此需要研究氢氧化铝前驱体对晶化温度的影响，降低γ-氧化铝的晶化温度。并且传统技术需要添加昂贵的模板剂，也制约了介孔纳米γ-氧化铝的广泛使用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高铝粉煤灰合成介孔纳米γ-氧化铝的方法，以高铝粉煤灰为原料，采用预脱硅-石灰石烧结技术提取氧化铝、CO₂微气泡沉淀技术合成介孔纳米γ-氧化铝产品，能够资源化利用高铝粉煤灰、提升氧化铝产品性能；同时，提取氧化铝后的硅钙残渣可以原位用于燃煤电厂的CO₂捕集。此外，合成介孔纳米γ-氧化铝产品所采用的CO₂微气泡能够替代模板剂的作用，大幅降低产品生产成本、提高产品合成效率。实现了高铝粉煤灰的高值资源化利用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高铝粉煤灰合成介孔纳米γ-氧化铝的方法，包括以下步骤：