[发明专利]一种用铝土矿尾矿制备4A分子筛的方法

说明书

 

技术领域

本发明属于硅铝酸盐化合物领域，特别涉及一种利用铝土矿尾矿制备4A分子筛的方法。

背景技术

4A分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，具有均匀的微孔结构。由于分子筛的这种特殊孔穴结构，使得分子筛与金属盐的水溶液相接触时，溶液中的金属阳离子可以进入分子筛，而分子筛中的阳离子可被交换下来进入溶液中。4A分子筛因它独特的结构和外形、较高的钙交换能力、分散性强、无毒性等优点，替代了工业合成洗涤剂中的三聚磷酸钠（STPP），从而减少全世界范围内愈发严重的水体富营养化现象，减轻了环境负担。

目前工业上生产的4A分子筛多以化工原料为原料，来源有限，价格昂贵，成本较高，限制了其在洗涤工业上的大规模应用。由于某些天然矿石成分与工业制备4A分子筛成分相近，学者们将研究重心转移到利用天然矿物为原料来合成4A分子筛上来，并取得了一定的成果。然而矿物的储量有限且应用需求量较高，故寻求一种化学成分能够满足4A分子筛合成要求且价值利用空间较大矿物尾矿来合成4A分子筛就显得更加具有实际意义。

铝土矿尾矿是在我国拜耳法炼铝工业选矿后的矿物，资源丰富，其低铝硅比高铁的特点，使得其难于利用，绝大部分以堆积的形式储存于尾矿坝或赤泥库中，既对环境造成污染，又是有用资源的浪费。铝土矿尾矿的主要化学成分为Al₂O₃及SiO₂，二者含量之和一般在70%左右，另有少量的Fe₂O₃、TiO₂、K₂O等。Al₂O₃与SiO₂是制备4A分子筛的主要成分，可以考虑用铝土矿尾矿作为合成4A分子筛的原料。

发明内容：

结合我国现有资源，充分利用及促进固体废弃物资源化再利用，选择了固体废弃物铝土矿尾矿制备4A分子筛材料，不仅充分利用了现有资源，同时也减少了固体废弃物带来的污染，大大降低生产成本。本发明旨在提供一种利用铝土矿尾矿制备4A分子的合成方法。

一种用铝土矿尾矿制备4A分子筛的方法，利用铝土矿选矿尾矿制备4A分子筛，合成4A分子筛的步骤为：酸法除铁-矿碱共熔-调配溶液-晶化反应-洗涤。主要原料为铝土矿尾矿，铝土矿尾矿是选矿-拜耳法生产流程中产生的固体废弃物，铝土矿尾矿中Al₂O₃含量为45%~60%，SiO₂含量为20%~30%，同时含有10~15%的Fe₂O₃，2%~4%的K₂O及2%~4%的TiO₂，其余为结晶水和挥发份以及微量的其他杂质。

具体包括以下步骤： 

（1）酸法除铁：取小于10μm磨细后的铝土矿尾矿30g与2~6mol/L的盐酸500mL在100℃下反应除铁1~3h，反应结束后过滤分离出下层沉淀，水洗至中性并干燥得到除铁后尾矿。

（2）矿碱共熔：将上述除铁后尾矿和固体NaOH置于石墨坩埚内在马弗炉中发生反应，其中矿碱比为1:1.5~1.5:1，加热到400~600℃煅烧并保温30~90min。将煅烧后产物磨细至30μm以下。

（3）调配溶液：取8g矿碱共熔产物溶于150~500mLH₂O中，常温下搅拌1h，过滤分离不溶物，取上层清液。向清液中加入5.5~11g九水硅酸钠，充分溶解并在65℃下搅拌2h得到含硅铝溶液。

（4）晶化反应：将步骤（3）所述含硅铝溶液置于烧瓶内，100℃下恒温加热晶化反应12~16h。

（5）洗涤：晶化反应结束后过滤，将滤渣水洗至pH为9~10，在110℃下干燥即得4A分子筛产品。

利用XRD、SEM、IR等一系列的表征手段显示晶化产物为结晶性、形貌以及纯度均较好，粒度分布均匀的4A分子筛。