粉煤灰的活化研究

工业技术China science and Technology Revieww粉煤灰的活化研究王志强张好典栾川龙宇钼业有限公司)摘要]本文用碳酸钠焙烧活化粉煤灰中的硅和铝,利用溶出活化粉煤灰中的硅和铝制备纯沸石分子筛。粉煤灰与碳酸钠以质量比为1:1.4,在850℃下焙烧活化1小时,研究活化粉煤灰在碱溶液中的溶出行为,发现在溶出过程中硅铝存在过饱和现象。利用这一现象有效地解决了较低碱浓度条件下,粉煤灰中硅铝的共同溶出问题,用水溶液浸取活化粉煤灰和铝士矿,使其中的硅酸钠优先溶出进而碱溶使其中的偏铝酸钠溶出,结果表明:在液固比为50m1/g,碱浓度达到2mol/L时在过饱和期内过滤反应物得到硅铝的过饱和溶出液可用于制备各种纯沸石分子筛结果表明沸石的品型完整,纯度较高阳离子交换容量可达3.1meq/g以上[关键词]粉煤灰沸石分子筛过饱和阳离子交换容量中图分类号:X770.5文献标识码:A文章编号:1009-914X(2011)28-0323-021前言(3)主要试剂及设备近年来,粉煤灰在合成沸石方面表现出很大的潜力。这与粉煤灰的组成本实验所用试剂见表1-3相关,粉煤灰的主要成份(约80%)是不定形的铝硅玻璃体它与火山口形成的本实验所用仪器设备见表2-4某些天然沸石前驱物在组成上有很多相似之处这也是人们研究用粉煤灰合成沸石的主要原因。国内外研究工作者在利用粉煤灰合成沸石分子筛工艺方面分子筛的制备主要分为三步做了很多工作,这些研究主要包括沸石合成工艺和合成机理的研究、粉煤烧→碱溶浸取→搅拌凝胶,晶化→产品灰预处理活化的研究、废液再利用的研究等,也发明了很多种研究方法和方具体实验步臻如下案最常见的方法是水热合成关于这种方法的报道很多,但是大多数都只在(1)将粉煤灰,铝土矿与碳酸钠按一定配比置于瓷坩埚中经马弗炉进行高实验室阶段或小批量的生产。众所周知,当反应物量为工业化大批量时保证温焙烧反应的稳定性和可靠性是非常重要的而综合以粉煤灰为原料合成沸石的研究(2)将焙烧后的烧渣冷却后放入烧杯中在水浴加热的条件用少量的水浸和试验文献都只局限于实验室阶段,其反应物仅局限于反应容积为几十毫升取,可适当搅拌:过滤后,得所需要含活性二氧化硅的滤液①滤渣转入下几百毫升的规模,其可行性远离工业化生产,但制得的沸石中含有大量粉步煤灰残留物颗粒,影响沸石产品的纯度。本文以粉煤灰中添加铝土矿为原来(3)将上一步所得滤渣加入一定浓度的氢氧化钠,在100℃水浴加热搅拌价廉易得且腐蚀性较小的碳酸钠作还原剂,采用还原焙烧氢氧化钠浸取搅条件下碱溶一个小时拌凝胶结晶的工艺制取4A分子筛(4)将碱溶液过滤,即得到含活性三氧化二铝的滤液②2实验部分(5)将所得滤液①和滤液②混合,调节其PH值在10--14之间然后开始搅2.1主要原料与试剂拌凝胶,结晶,即得到所要制取的分子筛晶体(1)粉煤灰(6)将结晶溶液过滤,并用水冼至滤液PH值至10。把滤饼放入烘箱,在粉煤灰取自淮南市田家庵电厂。经干燥后混均,装袋备用。对粉煤灰进10℃下烘干,即为所要制取的分子筛行的多元素化学分析结果见表2-1(7)测试产品的质量指标,主要测其离子交换容量表1-1粉煤灰化学元素分析结果3结果与讨论3.1粉煤灰成分分析试验Fe Os(1)硅含量的测定合置(%)5252305由表2-1,该粉煤灰含Sio2量较高其次是A1203含量为28.05%Fe23表2-4实验仪器及设备的含量很低,粉煤灰还含有其它成分,因含量太低,故不做详细介绍。仪器名称(2)铝土矿对铝土矿进行的多元素化学成分分析结果见表2-2。J辅密增力电动搅拌器常州国华电器有限公司表1-2铝土矿化学成分分析结果D97型无级调速捧器郑州长城科工贸有阻公司拿成分H2数显恒温水浴锅国华电器有限公司定性滤纸杭州特种纸业有限公哥合量(%)2087电势恒湿水浴锅江苏省医疗器械厂由表2-2,该铝土矿含A1p2量较高其次是S02,含量为20.08%.Fe203和Ti02和含量都很低PHS-2CA型密酸度计上海大誓仪器有限公司海精密科学仪器有限公司表2-3实验所用试剂表3-1测定粉煤灰中硅的实验记录药品名称粉煤灰的消耗标准液的质量宜兴市第二化学试剂厂百分含量(%硫股(98%无悟市展蟹化工试剂膏限實任公可00.50氢氧化钥上海信化工有限公司试硎厂表3-2测定粉煤灰中铝的实验记录北克化工厂粉媒灰的试样液的消耗标准液的AO质量A2O百分含量上海市苏鹅化工试剂有限公每之二酸四z上海市声懿化工试剂有公司无水乙上海m苏懿化工试剂有限公可I00024222805上海市苏提化工试有限公冒表3-3测定粉煤灰中铁的实验记录表无水氯化钙无锯市三晶化工有限公割上滯安达化工有限公司粉煤灰的试样液的消蚝标准液的Fe:Oy意铬酸钾宜兴市煌化学试硎厂质量(g)体积(m)体积(m百分含量(%工业技术seience and Technology Review采用氟硅酸钾容量法测定粉煤灰中的硅,实验结果如下表3-13.34A分子筛的钙离子容量(2)铝含量的测定1、所用试剂采用氟盐取代EDTA容量法测定粉煤灰中的铝,实验结果如下表3-20.0 M EDTA溶液:称取EDTA3.7克于烧杯中,加水约200m1,加热溶(3)铁含量的测定解,用水稀释至IL:c(EDTA)=0.1mol/1采用重铬酸钾法测定粉煤灰中的铁,实验结果如下表3-32、0.025mo1/1的CaC12溶液3.2正交实验分析步骤据4A分子师的结构式子Na[AlSi903]·2l6H20可知硅和铝的比例是(1)准确称量m=0.500g4A分子筛,加入到V0=20mL,已知浓度为1:1,所以在配比粉煤灰和铝土矿时要达到这一比例由粉煤灰和铝土矿中各c的caC12溶液中自的硅铝含量,通过计算可知粉煤灰和铝土矿的质量配比近似为3:1.本实验用0.1M的NaOH溶液调pH=9~10,搅拌均匀后加热到30℃,并保采用的原料配比基准为:9克粉煤灰+3克铝土矿,得混合原料12克温15min过滤本实验采用的是三因素三水平进行正交实验,实验安排及结果见表3-4,(3)取滤液20mL,加入铬黑T指示剂适量,用0.0M的EDTA溶液滴定至表3-5和表3-6终点(由红色变为兰色),记下滴定用EDTA体积V,可得滤液中Ca2+浓表3-4因素水平表度:C=(Vx0.00001)/(20×0.1)(4)4A分子筛吸附Ca2的吸附量T,按以下公式计算:渑台啄碳酸的A烧避度〔用6筑时cT=(Cn-C)xV。x100/m(mg碳酸钙/gA分子筛)3、测试结果(1)产率为62.1%的一组:EDTA体积V=34.6m1:2T=cCC)×V。×100/m000-20V表3-5实验方案表(2)产率为5%的一组:EDTA体积V=34.4毗L实验号T=(C。C)xV。×100/mI(A)1000-20V1(1:1)1(800c)lh)12850℃)a(15h24蜡论390℃)3(h)3本文以粉煤灰中添加铝土矿为原来以价廉易得且腐蚀性较小的碳酸钠作2(1:12)1还原剂,釆用还原焙烧,氢氧化钠浸取,搅拌凝胶结晶的工艺制取4A分子筛,验正其可行性,实验确定的最佳工艺条件如下反应温度:850℃3(1:4)1反应时间:h混合原料与碳酸的质量比:1:1.4以该工艺制备出的4A分子筛性能良好,各项指标均能达到国家一等品的通过以上正交分析可得,在此合成4A分子筛的实验中,最主要的影响因素是B即焙烧温度。接下来依次是A--混合原料与碳酸钠的配比再就是C-总之,本工艺从环境保护和资源利用角度出发,为减少环境污染,合理利用焙烧的时间粉煤灰提供了有效的途径,且工艺简单操作方便,成效显著,与国内现有的4A由表分析可得合方案是:B2A3C1即三个因素均取最高水平,温度分子筛制备相比具有以下几个优点:为850℃,混合原料与碳酸钠的配比为1:14,焙烧时间为一个小时时,所得指1.本工艺采用工业废渣为主要原料同其它工艺相比既利用了固体废物资源,保护了环境,又降低了成本,具有社会效益和经济效益。验证实验2.本工艺采用碳酸钠做还原剂,具有成本低,对设备的腐蚀性小的优点以最优方案再做一组验证实验所得产率为59.0%,与其它组方案比较,产3.本工艺与其它工艺用含氟试剂做溶出硅的溶剂相比很好地避免了氟的率依然较高;与第一次做的621%相比产率低了点经分析是实验中的误差所污染,消除了毒性。致在下面的测离子交换量中,得到验证,产品中有少量的碳酸钠杂质本实验的不足之处是采用高温焙烧,消耗了能源另外产品中有少量的碳酸钠杂质,不容易处理干净。表3-6实验结果分析表列号产零Y()148215961585141163.3129.0151.66.9忧水平