[发明专利]一种粉煤灰沸石的多段合成方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种粉煤灰沸石的合成方法，具体地说是涉及一种以燃煤电厂废弃物粉煤灰为原料、采用多段技术合成粉煤灰沸石的方法，属于废物资源化利用和环境保护技术领域。

背景技术：

粉煤灰是燃煤电厂废弃物，2002年世界粉煤灰年排放量即达5.0亿吨，且呈逐年递增趋势。目前只有15％左右的粉煤灰被再利用于水泥、混凝土等建筑行业，而大量粉煤灰被就地堆放或填埋，不仅占用大量土地，而且造成严重的环境污染。自《Minerals Engineering》杂志1985年第63卷第1期第21～43页首次报道可以利用粉煤灰合成沸石以来，利用粉煤灰合成高附加值产品沸石即成为粉煤灰资源化利用的一个重要研究方向。

《International Journal ofCoal Geology》杂志2002年50卷第1～4期第413～423页综述了粉煤灰沸石的的主要合成方法及其应用。水热法是最早开发也是目前应用最广泛的粉煤灰沸石合成方法，但该类方法的现有工艺合成过程繁琐、反应时间长且多在高温高压下进行，能耗大，成本高，难以推广应用。其他陆续研究报道的合成方法，诸如碱熔融法、盐热法、混碱气相合成法、痕量水体系固相合成法等，均存在着反应物混合不均匀、转化率低、可操作性差、产品质量不理想等缺点，实际应用价值不大。

中国专利CN1631513A公开了一种粉煤灰沸石的制备方法及其应用，该方法在传统水热法的基础上，添加了含铝、含硅、含氯或含氟物质做配料，在80～200℃的密闭或开放系统中反应3～48h。该方法的优点是同时实现了粉煤灰的资源化和污水中氮磷的资源化，但从合成方法上来说，该方法反应温度偏高、反应时间仍太长、成本较高。

《Fuel》杂志2005年84卷第12～13期1482～1486页报道了微波辅助水热合成粉煤灰沸石的探讨，指出微波辅助有利于反应初期粉煤灰的溶解、从而提高反应性，但全过程使用微波却不利于沸石的合成，甚至不能得到沸石产品。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用燃煤电厂废弃物粉煤灰为原料、采用微波和常规油浴加热相结合的多段合成技术制备粉煤灰沸石的方法。即根据沸石合成反应的阶段性特征，在各个不同反应阶段交替采用微波和油浴加热，并调整反应温度和反应时间的多段合成技术。

发明的具体内容为：

一种粉煤灰沸石的多段合成方法，包括如下步骤：

a)采用粉煤灰为原料，添加碱可溶性的SiO₂和/或Al₂O₃，调节反应物中硅和铝元素的质量比为Si∶Al＝1.8～3.5∶1，得到固体配料；

b)取摩尔浓度为1.5～4.0M的NaOH溶液，按NaOH溶液与步骤a)得到的固体配料的比例为3.5～15∶1，体积质量比，在反应瓶中混合，同时添加反应助剂，反应助剂添加量为固体配料总质量的1.0～8.0％，室温老化0.5～2h；

c)将反应瓶置于微波反应器中，于80～150℃回流反应5～25min；

d)将反应瓶移入油浴反应器中，在85～155℃条件下回流反应20～80min；

e)再将反应瓶移至微波反应器中，90～160℃条件下回流反应20～60min；

f)固液分离、洗涤、干燥后得到粉煤灰沸石。

如上所述的步骤a)中粉煤灰为燃煤电厂的固体废弃物粉煤灰。

如上所述的步骤a)中配料的具体方法为：根据所用原料粉煤灰中非晶相硅和铝的含量和比例，添加硅胶或/和γ-Al₂O₃或δ-Al₂O₃，调节反应物中硅和铝元素的质量比为Si∶Al＝1.8～3.5∶1，混合研磨至完全通过74μm筛。

如上所述的步骤b)中反应助剂为95％乙醇、NaF或十二烷基苯磺酸钠。

如上所述的步骤f)的具体操作方法为：将反应瓶冷却至室温，抽滤、用蒸馏水洗涤至pH值在7-10，于110～120℃下烘干6～8小时。

优选的，如上所述的步骤b)中NaOH溶液的最佳浓度为1.7～2.6M，NaOH溶液与步骤a)得到的固体配料的比例，体积质量比，最佳取值为5.0～10.5∶1。

优选的，如上所述的步骤c)中最佳微波反应温度为90～120℃，最佳微波反应时间为10～18分钟。

优选的，如上所述的步骤d)中最佳油浴反应温度为95～130℃，最佳油浴反应时间为35～60分钟。