[发明专利]一种利用赤泥通过水热碱法合成方沸石的工艺

说明书

本发明公开了一种利用赤泥合成方沸石的工艺方法，所述晶体类型为方沸石，形貌为球状。所述方沸石的合成方法为按照一定物料配比将含有铝源和部分硅源的赤泥、无机碱、外加硅源和水混合均匀后得到混合凝胶，然后进行陈化、晶化处理，最后经洗涤和干燥后得到含有方沸石和少量氧化铁的产品。本发明提供的方沸石晶型良好，制备方法简单易行。

技术领域

本发明涉及固废处理及多孔无机材料合成领域，具体地说是一种利用工业废弃物赤泥合成方沸石的工艺及其应用。

背景技术

赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的碱性废渣，因其中含有氧化铁呈红色。其固态物的pH值为10.3-11.8，浸出液的pH值为12.1–13.0。赤泥及其附液所含有的碱、氟化物及铝等均超过了中国国家规定的排放标准《有色金属工业固体废物污染控制标准》(GB5058-85)。目前大量的赤泥无法被充分有效地二次利用，被堆放在露天围坝储存场，不但占用了大量土地，其有害化学成分还会渗入地下，造成土地碱化、地下水污染、大气污染，危害公共安全。目前，我国每年产生大约7000万吨以上的废弃赤泥。截止2015年，我国的废弃赤泥堆存总量已达3.52亿吨，而我国的赤泥处置、资源化能力十分有限，综合再利用率仅为4％。

方沸石具有很强的金属阳离子交换能力和表面吸附能力、被广泛应用于软化水质、催化、吸附分离、捕集或固化水体和土壤中的有毒重金属离子等领域。我国水体及土壤中的重金属污染比较严重，方沸石由于其无毒、不产生污染、酸碱稳定性好等优良特性，在治理重金属环境污染方面具有重要作用。

目前，很多制备方沸石的专利如CN 103046111A，一种用粉煤灰制备纳米方沸石的方法和CN 103318910A，一种由地质聚合物水热晶化制备大尺寸方沸石的方法，均使用了高温焙烧工艺，能量消耗过多，成本较高。

发明内容

针对我国赤泥堆存量巨大而无法有效处理的事实及现有方沸石合成技术的不足，本发明提供了一种利用废弃赤泥合成的方沸石及其工艺方法。本发明的技术特征为：在不引入沸石晶种、高价硅源、铝源及模板剂的前提下，不使用高温煅烧工艺，通过常温碱法活化和水热晶化处理，利用赤泥中的硅铝成分直接合成方沸石。该工艺简单易行、合成速度快、效率高。本发明提供的方沸石粒径均一，其形貌为球状。最终产品为以方沸石为主，带有少量氧化铁杂质的混合物。

本发明提供一种方沸石，所述方沸石具有如下特征：其晶体类型为方沸石；形貌为球状，粒径范围在35～45μm。

本发明提供一种方沸石的合成方法，包括以下步骤：

(1)按照一定的物料配比将无机碱、含有铝源和部分硅源的赤泥、外加硅源和水混合，混合均匀得到硅铝凝胶。

(2)将步骤(1)得到的硅铝凝胶陈化一定时间，然后对凝胶进行晶化处理，经洗涤和干燥后得到含有方沸石和少量氧化铁的产品。

本发明方沸石的合成方法中，步骤(1)中所述的无机碱可以是NaOH、KOH、LiOH中的一种或多种；铝源为赤泥中原有的铝成分；部分硅源为赤泥中原有的硅成分，外加硅源可以是石英、沙子、白碳黑、硅胶、硅溶胶或水玻璃中的一种或多种。

本发明方沸石的合成方法中，步骤(1)中所述的硅铝凝胶中无机碱、硅源、铝源和水的物料摩尔配比为2～10Na₂O:1～20SiO₂:A1₂O₃:100～800H₂O，优选为4～8Na₂O:2～10SiO₂:A1₂O₃:300～500H₂O。

本发明方沸石的合成方法中，步骤(1)中所述的硅铝凝胶中Si和Al的摩尔配比为2～40Si:Al，优选为4～16。无机碱加入量的摩尔配比为NaOH/(Si+Al)＝0.3～2.0，优选为0.5～1.5。液固比L/S为2～15，优选为4～10。