[发明专利]一种利用煤矸石和稻壳制备X型沸石的方法

说明书

本发明公开了一种利用煤矸石和稻壳制备X型沸石的方法，该方法是将稻壳和煤矸石依次经过烘干、混和、粉磨、过筛、燃烧，得到煤矸石和稻壳混烧灰；将煤矸石和稻壳混烧灰与氢氧化钠溶液混和反应后，进行陈化和结晶处理，即得大粒径，且具有多面体晶体结构的X型沸石，该方法不但利用稻壳作为生物质燃料来改善煤矸石的燃烧性能，为促进煤矸石中的高岭土向偏高岭土转化提供热量，减少了传统煤矸石制备沸石煅烧所需的能耗，而且可以充分利用稻壳灰中的活性硅来调节获得X型沸石的硅铝比。

技术领域

本发明涉及一种沸石的制备方法，特别涉及一种利用大宗工业固体废物煤矸石和生物质稻壳制备附加值较高的X型沸石的方法，属于固体废物资源化技术领域。

背景技术

X型沸石是一类具有八面沸石(FAU)骨架结构的物质，硅铝摩尔比(n(Si)/n(Al))为1～1.5，在催化、吸附领域发挥了重要作用。沸石的合成需要用到化学试剂硅酸钠、铝酸钠等，生产这些化学药品的过程也要耗能，因此寻找廉价且易得的原料来合成沸石分子是很重要的。

煤矸石是采煤过程中排出的一种含碳量较低的岩石，堆存量大，影响环境。高岭土质煤矸石具备很好的硅铝元素，很多研究者从工艺条件及路线方面进行改进，推动了煤矸石为原料制备沸石，已经合成了NaA、NaX、NaY沸石等。主要的制备方法有：水热合成法、碱熔法、碱溶法等。现有的文献大多通过煅烧来活化煤矸石，在一定温度下，煤矸石内的高岭土可以转变成更具活性的偏高岭土，大大缩短了沸石形成的时间。但是煤矸石本身热值大概在1300kcal/kg，在现有技术中并未将煤矸石自身的热值得到充分利用。稻壳是一种农业废弃物，每年产量巨大，不易快速分解，露天燃烧易造成空气污染，最直接的利用方式就是作为燃料，稻壳燃烧的产物主要是SiO₂，一般含量都超过80％。目前，还没有利用稻壳灰中的硅源用于沸石合成的相关报道。

发明内容

为了解决现有技术中煤矸石制备沸石存在的问题，本发明的目的是在于提供一种利用煤矸石跟稻壳作为原料通过混和燃烧、烧碱激发活化等工艺步骤制备纯度较高，结晶性好的X型沸石的方法，该方法不但利用稻壳作为生物质燃料来改善煤矸石的燃烧性能，为促进煤矸石中的高岭土向偏高岭土转化提供热量，减少了传统煤矸石制备沸石煅烧所需的能耗，而且可以充分利用稻壳灰中的活性硅来调节获得X型沸石的硅铝比。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种利用煤矸石和稻壳制备X型沸石的方法，该方法包括以下步骤：

1)将稻壳和煤矸石依次经过烘干、混和、粉磨和过筛，得到混和粉末原料；

2)将混和粉末原料进行燃烧，得到煤矸石和稻壳混烧灰；

3)将煤矸石和稻壳混烧灰与氢氧化钠溶液混和反应后，进行陈化和结晶处理，即得。

本发明的技术方案，关键在于将大宗工业固体废物煤矸石和生物质稻壳进行搭配协同处理，获得具有较高利用价值和经济价值的X型沸石。稻壳的引入为提高煤矸石本身热值和硅铝成分的利用率有重要作用，一方面，稻壳作为生物质燃料来改善煤矸石的燃烧性能，可以充分释放煤矸石本身的热值，为促进煤矸石中的高岭土向偏高岭土转化提供热量，减少了传统煤矸石制备沸石煅烧所需的能耗，另一方面，稻壳经过燃烧后灰渣中主要是高活性的二氧化硅，可以提高与碱液的水化反应活性以及来调节煤矸石的硅铝比，有利于获得X型沸石，第三方面，稻壳灰中的活性硅可以诱导沸石生长成大粒径、多面体沸石形貌。

作为一个优选的方案，煤矸石与稻壳的质量百分比组成为：20％～30％:70％～80％。为了充分利用煤矸石中的硅铝成分及本身包含的热值，煤矸石与稻壳的比例最好是控制在合适的范围内。如果煤矸石质量比例过高，则热值降低，燃烧性能差，且硅铝比不合适也得不到纯度较高的X型沸石，如果煤矸石质量比例过低，达不到充分利用煤矸石中硅铝成分的效果，同时也会导致硅铝比变化不利于生成纯度较高的X型沸石。