以燒結底泥為原料製備沸石的方法
2023-05-17 05:41:26 1
專利名稱：以燒結底泥為原料製備沸石的方法
技術領域：
本發明涉及一種以燒結底泥為原料製備沸石的方法，以燒結後的水體底泥為原料，低成本的製備具有多項優良性能的沸石，實現燒結底泥資源化利用。屬於環境保護技術領域。
背景技術：
河流，湖泊等水體底泥是水體生態系統中有機氯化合物和重金屬等汙染物的累積場所，其汙染物濃度常常比河水高4-8個數量級。作為水體生態系統的一個重要組成部分，底泥既是底棲生物等賴以生存的環境，又能成為河水的汙染源。因此，「截汙」「治汙」雖能明顯控制水體的「黑臭」現象，卻不能從根本上治理水體汙染問題。因此，在水體汙染治理的過程中，底泥的無害化與資源化是亟待開發的關鍵技術之一。
在底泥的無害化技術中，燒結方法可以通過固化熔融將重金屬封閉起來，同時一些重金屬和有機汙染物可通過揮發、熱分解等去除。近十年來，日本及歐洲等國已將燒結技術實際應用於汙染底泥的處理處置，我國近年來也進行了小規模的利用燒結技術對蘇州河汙染底泥進行無害化處理的工作。
然而，汙染底泥多處於城市及其周邊的水體，由於這些地區用地緊張，如何將無害化後的燒結底泥進行有效利用是處理水體底泥時必須考慮的問題。目前國內外現存的資源化利用的方法均為改進燒結溫度等條件，或添加其他物質，燒制直接能得到應用的產品(輕質陶粒，鋪路材料等)。中國專利CN1371883公開了一種受汙染江河底泥燒制建材製品的方法。該方法採用在受汙染底泥中加入含鋁工業廢渣和助溶劑，燒制後的底泥用作建築材料，從而為燒結後底泥的資源化利用提供了一條途徑。但該方法的缺點是，由於考慮將燒結底泥直接用作建築材料，其附加值低。尤其是作為建築材料原料的泥的來源不緊張時，燒結底泥更不具備競爭優勢，難以推廣。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提出一種以燒結底泥為原料製備沸石的方法，實現燒結底泥的資源化和高附加值利用。
為實現這樣的目的，本發明採用燒結底泥為主要原料，添加含鋁，含矽，含氯或含氟等能在鹼性溶液中溶解的配料，採用傳統水熱法，將NaOH或KOH鹼溶液加入原配料中，在反應釜中經加熱反應後製備沸石；或者採用兩步法，將原配料與固體NaOH或KOH混合，先置入熔化爐熔化，再轉入反應釜中，加水加熱製備沸石。廢鹼液進行鹼度及Si/Al比調整後，可以重新作為鹼源用於沸石的製備。
本發明以燒結底泥為原料製備沸石的具體方法為1、採用燒結底泥作原料，添加能在鹼性溶液中溶解的含鋁，含矽，含氯或含氟物質作配料，其中含鋁物質為燒結底泥重量的0～50％，含矽物質為燒結底泥重量的0～30％，含氯物質為燒結底泥重量的0～50％，含氟物質為燒結底泥重量的0～50％。根據燒結底泥的性質和化學組成情況，添加的配料可以是零種(不添加)或幾種，總添加量在0-60％。
2、取摩爾濃度為1～5M的NaOH或KOH鹼溶液，與加入配料後的燒結底泥按固液比1∶1.5～10的比例混合，在120～280℃下的密閉系統中反應0.5～48小時，然後將固液分離，並將固相干燥後得到以燒結底泥為原料製備的沸石。
為了得到純度更高的沸石產品，也可以採用兩步法來代替上述傳統的水熱合成法。具體方法是將加入配料後的燒結底泥與固體NaOH或KOH混合後置入熔化爐中，NaOH或KOH的添加量為燒結底泥重量的0.5～2倍，在300～900℃下熔化處理0.5～4小時，然後轉入反應釜中進行合成反應的第二步，在熔化處理後的物料中添加水，使固液比為1∶1.5～10，然後在60～100℃下反應0.5～8小時，固液分離後將固相干燥，得到以燒結底泥為原料製備的沸石。
將上述傳統法或兩步法製備沸石後產生的廢鹼液調整至摩爾濃度為1～5M，並將廢鹼液Si/Al摩爾比調整為0.5～5∶1後，可以再次作為鹼源用於沸石的生產，從而實現沸石生產過程中的廢鹼液零排放。調整Si/Al摩爾比的目的是有效利用廢鹼液中溶解性的Si或Al成分。
本發明以燒結底泥為原料製備的沸石，具有陽離子交換能力、多孔性、表面吸附性和保水性等多項優良性能，其應用範圍非常廣泛。由於使用燒結底泥作原料，其成本較低，同時可實現燒結底泥的資源化和高附加價值化。本發明特別適合於處理城市水體底泥時缺乏底泥堆放處置場所而亟待資源化利用的情況。
圖1為本發明以燒結底泥為原料生產合成沸石的裝置結構示意圖。
圖1中，1為熔化爐，2為攪拌裝置，3為沸石合成反應槽，4為加熱器，5為溶解槽，6為計量泵，7為連接管路，8為固液分離脫水槽，9為洗滌槽，10為乾燥裝置。
具體實施例方式
以下結合附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步描述。
實施例1採用傳統水熱合成方法，因而合成反應不經過熔化爐，而是將原、配料直接投入沸石合成反應槽3中。
原料採用燒結底泥，即在中溫(500～900℃)或高溫(900～2000℃)條件下，於有氧或還原氣氛中燒結後的河流，湖泊等水體下的淤泥。配料採用矽酸鈉，食鹽，其中矽酸鈉為燒結底泥重量的10％，食鹽為燒結底泥重量的20％。在溶解槽5中調製2.5M(摩爾濃度)NaOH溶液，按固液比為1∶4的比例用計量泵送入沸石合成反應槽3，用攪拌裝置2充分混合，用加熱裝置4使沸石合成反應槽內容物保持在溫度120℃，並在此條件下反應8小時，反應產物通過計量泵送入固液分離用脫水槽8，在此使固相和液相分離。固相在洗滌槽9中洗淨、乾燥裝置10乾燥，得到沸石產品。固液分離產生的廢鹼液鹼度為2.1M。通過固液分離用脫水槽8底部的連接管路7和計量泵6將廢鹼液全部送入溶解槽5中。廢鹼液的容積為原鹼液的80％，故先加入水使容積與原鹼液相同。用固體NaOH調節鹼度至2.5M(摩爾濃度)，加入氫氧化鋁粉末調節Si/Al比為2，充分攪拌混勻。然後將廢鹼液送入沸石合成反應槽3，按固液比1∶4的比例投入同種原配料，加入氫氧化鋁粉末使Si/Al摩爾比為3，在溫度120℃的條件下反應8小時，再將固液分離後的固相洗淨，乾燥，又得到沸石產品。採用純鹼液及廢鹼液合成的產品經XRD，電子顯微鏡等手段鑑定均合格，且陽離子交換容量分別達到160和180cmol/kg。採用廢鹼液時的產品質量的提高是由於廢鹼液中可溶性矽在新一輪合成過程中得到了有效利用。
實施例2採用傳統水熱合成方法，因而合成反應不經過熔化爐，而是將原、配料直接投入沸石合成反應槽3中。原料採用燒結底泥，配料採用金屬鋁箔和氟化鈉，其中鋁箔為燒結底泥重量的5％，氟化鈉為燒結底泥重量的15％。在溶解槽5中調製1.5M(摩爾濃度)NaOH溶液，按固液比為1∶6的比例用計量泵送入沸石合成反應槽3，用攪拌裝置2充分混合，用加熱裝置4使沸石合成反應槽內容物保持在溫度200℃，並在此條件下反應2小時，反應產物用計量泵送入固液分離用脫水槽8，在此使固相和液相分離。固相在洗滌槽9中洗淨、乾燥裝置10乾燥，得到沸石產品。固液分離產生的廢鹼液鹼度為1.1M。通過計量泵6將廢鹼液全部送入溶解槽5中。廢鹼液的容積為原鹼液的80％，故先加入水使容積與原鹼液相同。用固體NaOH調節鹼度至1.5M(摩爾濃度)，加入氫氧化鋁粉末調節Si/Al比為2，充分攪拌混勻。然後將廢鹼液送入沸石合成反應槽3，按固液比1∶6的比例投入同種原配料，在溫度200℃的條件下反應2小時，再將固液分離後的固相洗淨，乾燥，又得到沸石產品。採用純鹼液及廢鹼液合成的產品經XRD，電子顯微鏡等手段鑑定均合格，且陽離子交換容量分別達到220和230cmol/kg。採用廢鹼液時的產品質量的提高是由於廢鹼液中可溶性矽在新一輪合成過程中得到了有效利用。
實施例3採用兩步合成方法，原料採用燒結底泥，配料採用固體NaOH和金屬鋁箔，其中固體NaOH投加量與燒結底泥相同，鋁箔加入量為燒結底泥重量的5％。原配料投入熔化爐1中，熔化溫度500℃，熔化時間1小時。熔化後的物料轉入沸石合成反應槽3。將溶解槽5中盛的生產用水按固液比為1∶8的比例用計量泵送入反應槽3。用攪拌裝置2充分混合，用加熱裝置4使沸石合成反應槽內容物保持在溫度90℃，並在此條件下保持2小時，反應產物用計量泵送入固液分離用脫水槽8，在此使固相和液相分離。固相在洗滌槽9中洗淨、乾燥裝置10乾燥，得到沸石產品。固液分離產生的廢鹼液鹼度為2.4M。通過計量泵6將廢鹼液全部送入溶解槽5中。廢鹼液的容積為原鹼液的80％，故先加入水使容積與原鹼液相同，並加入適量氫氧化鋁粉末使廢鹼液中的Si/Al摩爾比為2。然後將廢鹼液送入沸石合成反應槽3，按固液比為1∶8的比例投入燒結底泥，在溫度200℃的條件下反應2小時，再將固液分離後的固相洗淨，乾燥，又得到沸石產品。兩步法及傳統法(採用兩步法的廢鹼液生產)的產品經XRD，電子顯微鏡等手段鑑定均合格，且陽離子交換容量分別達到380和210cmol/kg。
權利要求
1.一種以燒結底泥為原料製備沸石的方法，其特徵在於包括如下步驟1)採用燒結底泥作原料，並根據燒結底泥的性質和化學組成情況，添加能在鹼性溶液中溶解的含鋁、含矽、含氯和/或含氟物質作配料，其中含鋁物質為燒結底泥重量的0～50％，含矽物質為燒結底泥重量的0～30％，含氯物質為燒結底泥重量的0～50％，含氟物質為燒結底泥重量的0～50％，配料的總添加量為0-60％；2)取摩爾濃度為1～5M的NaOH或KOH鹼溶液，與加入配料後的燒結底泥按固液比為1∶1.5～10的比例混合，在120～280℃下的密閉系統中反應0.5～48小時，然後將固液分離，並將固相干燥後得到以燒結底泥為原料製備的沸石；或者將加入配料後的燒結底泥與固體NaOH或KOH混合後置入熔化爐中，NaOH或KOH的添加量為燒結底泥重量的0.5～2倍，在300～900℃下熔化處理0.5～4小時，然後轉入反應釜中，添加水使固液比為1∶1.5～10，在60～100℃下反應0.5～8小時，固液分離後將固相干燥，得到以燒結底泥為原料製備的沸石。
2.根據權利要求1的以燒結底泥為原料製備沸石的方法，其特徵在於將製備沸石後產生的廢鹼液調整至摩爾濃度為1～5M，並將廢鹼液Si/Al摩爾比調整為0.5～5∶1後，再次作為鹼源用於沸石的生產，從而實現廢鹼液零排放。
全文摘要
本發明涉及一種以燒結底泥為原料製備沸石的方法。採用燒結底泥為原料，添加含鋁，含矽，含氯或含氟等能在鹼性溶液中溶解的配料，採用傳統水熱法或兩步法製備沸石。傳統水熱法將NaOH或KOH鹼溶液加入原配料中，在反應釜中經加熱反應後製備沸石。兩步法則將原配料與固體NaOH或KOH混合，先置入熔化爐熔化，再轉入反應釜中，加水加熱製備沸石。廢鹼液進行鹼度及Si/Al比調整後，重新作為傳統法的鹼源用於沸石的製備。燒結技術是實現水體汙染底泥無害化的有效手段，而本發明解決了將無害化後的燒結底泥進行資源化有效利用的問題，並可獲得有用的高附加值沸石。
文檔編號B09B3/00GK1958449SQ200610118669
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月23日 優先權日2006年11月23日
發明者吳德意, 何聖兵, 王欣澤, 孔海南 申請人:上海交通大學