[发明专利]一种工业硅废弃物制备ZSM-5分子筛的方法

说明书

一种工业硅废弃物制备ZSM‑5分子筛的方法，本发明利用工业硅生产过程中产生的硅渣和微硅粉为原料制备ZSM‑5分子筛，首先，称取一定比例的硅渣、微硅粉、碳酸钠，混合均匀后制球，放入马弗炉中焙烧，使其中难溶的硅和铝反应生成易溶的铝酸钠和硅酸钠。焙烧后加入氢氧化钠溶液进行浸出，使硅和铝尽量浸出到溶液中，浸出过程可以同时去除杂质钙和铁，浸出液通入二氧化碳进行碳分，得到高纯度的硅酸和氢氧化铝混合沉淀。此混合沉淀加入一定比例的模板剂、蒸馏水、氢氧化钠，混合搅拌老化一段时间，再把混合液加入水热釜中进行晶化，晶化后过滤，滤渣干燥焙烧后得到产品ZSM‑5分子筛。本发明可以制备各种Si/Al含量的高品质ZSM‑5分子筛，以废弃物为原料，降低了生产成本。

技术领域

本发明一般涉及一种ZSM-5分子筛的制备方法，特别是指一种工业硅废弃物制备ZSM-5分子筛的方法

背景技术

工业硅是多晶硅、有机硅、半导体、合金硅的基础原料，是由硅石和木炭或其他碳质还原剂在电热炉内冶炼得到，在工业硅的冶炼过程中，会产生硅渣和微硅粉两类废弃物。2020年我国工业硅总产量约为220万吨，一般工业硅渣产率约为12％，微硅粉产率约为30％，每年产出硅渣约26万吨，产出微硅粉约66万吨，两种废弃物产出量较大，长期堆存占用大量土地资源，同时微硅粉是超细无定型二氧化硅粉尘，露天堆存会引起扬尘造成严重环境污染，需要定期处理。工业硅渣和微硅粉可以作为建材材料、耐火材料、化工材料的原料，产品价值不高，不能最大限度提升价值。ZSM-5型分子筛是一种人工合成硅铝比10的分子筛，是目前最重要的分子筛之一，具有较高的热稳定性、耐酸性、孔隙度和比表面积等优良性能，广泛应用于吸附和分离、催化、离子交换等领域。目前制备ZSM-5型分子筛的原料主要为高纯度、高活性的含硅和铝的无机盐，主要有：

1、硅源：硅溶胶、硅酸盐、水玻璃、SiO₂粉末等

2、铝源：铝酸钠、硝酸铝、异丙醇铝、拟薄水铝石等

这些高纯原料使得制备ZSM-5型分子筛成本居高不下，因此，也有学者研究以富含SiO₂和Al₂O₃的渣为原料制备ZSM-5型分子筛，主要原料有粉煤灰、煤矸石、赤泥等，这些原料制备ZSM-5型分子筛存在原料杂质含量高，净化流程复杂、工艺流程长、产品质量差、成本高等问题。

综上所述，为了实现工业硅渣和微硅粉的高值化利用，本发明专利根据工业硅渣和微硅粉主要含有SiO₂、Al₂O₃，还有部分CaO，其他杂质含量极低，是生产高品质ZSM-5型分子筛的优良原料，通过调整工业硅硅渣和微硅粉的配比，可以制备出不同Si/Al含量的ZSM-5分子筛，很好的实现废弃资源的高值化利用，同时降低ZSM-5型分子筛的制备成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种工业硅废弃物制备ZSM-5分子筛的方法，解决了现有工业硅渣和微硅粉利用率低的问题，实现废弃资源的高值化利用。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种工业硅废弃物制备ZSM-5分子筛的方法，具体包括以下步骤：

(1)按照ZSM-5分子筛组成，称取一定比例的硅渣、微硅粉、碳酸钠加入球磨机内球磨混合均匀，压制成球，放入马弗炉中焙烧。控制条件为：Si/Al摩尔比为10～500，Si/Na摩尔比为0.2～3.0，焙烧时间0.5h-6.0h，焙烧温度400℃-1200℃；

(2)将步骤1中的焙烧后球团破碎，加入一定浓度氢氧化钠溶液浸出，分别得到滤渣和浸出液，滤渣洗涤以后堆存，浸出液为硅酸钠和铝酸钠混合液。控制浸出条件为：温度20℃-100℃，时间0.5h-5.0h，氢氧化钠浓度为20g/L～300g/L，液固比为2:1～15:1。