专利名称：利用粉煤灰制备成型沸石的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种成型沸石的制造工艺，特别是一种以粉煤灰为骨料通过捏合挤出 而得到多孔成型沸石，可用作催化剂载体、水处理滤料、建筑用料等多个领域。
背景技术：
粉煤灰是燃煤电厂及企业在生产过程中产生的固体废弃物，是目前排放量最大的 工业固体废弃物之一。大量粉煤灰的堆存，不仅占用宝贵的土地资源，而且带来严重的环境 污染和安全隐患。因此，开发利用粉煤灰的综合利用对环境保护和资源的再利用有着重要 的经济和社会意义。粉煤灰的主要化学成分是Si02和A1203，是优质的硅铝资源，而在多领域具有良 好应用前景的沸石是一种铝硅酸盐。早在20世纪80年代，((MineralsEngineering))报 道了利用粉煤灰合成沸石的研究，为开发粉煤灰高附加值应用指引了方向。CN118004A和 CN1155517C均公开了以粉煤灰为原料生产沸石的方法，但其合成的沸石中含有粉煤灰残 渣，限制了其工业化应用范围。谭宏斌等人提出了以粉煤灰中抽提的硅铝为原料制备高纯 沸石的方法(CN101503202A)，并将残余粉煤灰制备成粉煤灰沸石吸附剂，解决了利用抽提 法制备沸石产生的二次污染问题。而CN101164884A和CN101450805A则从工艺和原料的预 处理入手，提高粉煤灰的活性成分。但是，目前由粉煤灰制备的沸石均为粉末状，无论作为 吸附剂还是催化剂载体均受到限制。吴德意等人在其专利(CN1296129C)中提到将由粉煤 灰制得的沸石压制成粒并将其应用于过滤床的脱氮除磷，但是，压制成粒存在着力学强度 小、耐磨性差、使用寿命短、吸附性能下降等缺点。因此，以粉煤灰为原料研究成型沸石不仅 使粉煤灰得以利用，还获得了具有较高经济价值的材料，故有着重要的实际应用价值和研 究前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用粉煤灰制备成型沸石的工艺，采用较简单的工艺 和低廉的成本，同时解决粉煤灰沸石化和沸石成型问题，实现了粉煤灰的资源化和沸石的 成型化，为人造沸石工业化应用提供依据。实现本发明目的的技术解决方案为一种利用粉煤灰制备成型沸石的工艺，包括 以下步骤第一步将粉煤灰、调节剂、激发剂、外加剂和水按比例混合均勻；第二步将混合均勻的物料密封并置于恒温蒸汽浴内陈化；第三步将第二步中陈化好的物料在捏合挤出机上挤出成型；第四步将成型物料置于晶化釜内，密封后进行压蒸养护；第五步养护结束后，将晶化釜取出并用水冷却至室温，取出成型物料；第六步将成型物料置于程序升温炉中热处理；第七步将热处理后的成型物料置于不同浓度的NaOH溶液中晶化，然后洗涤至pH为7-8，干燥后即得成型沸石。 本发明与现有技术相比，其显著优点(1)本发明制备的成型沸石是采用粉煤灰 为原料，既解决了用纯化学物质合成人工沸石的局限性和高成本，又解决了粉煤灰的再利 用问题，同时由于本发明采用了先成型再沸石化的工艺，避免了二次废渣的产生。(2)本发 明由于采用电厂的二级干排灰，不必烘干和磨细，减少了工序，降低了成本。(3)本发明将粉 煤灰活化与造孔巧妙的结合，不仅减少了粉煤灰预活化的工序，而且还节约了能耗。(4)粉 煤灰中加入的外加剂不仅起到了增塑剂的作用，同时也是很好的造孔剂。在挤出成型时，外 加剂的加入提高了物料的可塑性，便于物料的挤出成型；在后期烧制的过程中，外加剂调控 着成型体中孔隙结构和孔径分布，有利于提高粉煤灰沸石化的效率，从而提高其吸附性能。 (5)本发明采用捏合挤出工艺，使其制备的成型体具有较高的力学强度，从而增加了成型体 的耐磨性能，延长了其使用寿命。(6)本发明可以根据实际需要自制模具，从而生产出不同 规格、不同形状的成型体，这也为产品提供了更为广泛的应用范围。
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明实施例1成型沸石的XRD图谱。
图3为本发明实施例1的电镜图谱。
图4为本发明实施例2成型沸石的XRD图谱。
图5为本发明实施例2的电镜图谱。
图6为本发明实施例3成型沸石的XRD图谱。
图7为本发明实施例3的电镜图谱。
图8为本发明实施例4成型沸石的XRD图谱。
图9为本发明实施例4的电镜图谱。
图10为本发明实施例5成型沸石的XRD图谱。
图11为本发明实施例5的电镜图谱。
图12为本发明实施例6成型沸石的XRD图谱。
图13为本发明实施例7成型沸石的XRD图谱。
图14为本发明实施例7的电镜图谱。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述。本发明提出一种利用粉煤灰制备成型沸石的工艺，采用较简单的工艺和低廉的成 本，同时解决粉煤灰沸石化和沸石成型问题，实现了粉煤灰的资源化和沸石的成型化，为人 造沸石工业化应用提供依据。本发明利用粉煤灰制备成型沸石的工艺，步骤如下第一步将粉煤灰、调节剂、激发剂、外加剂和水按比例混合均勻，原料各组分的质 量份数为粉煤灰30-60份、调节剂5-25份、激发剂5-15份、外加剂3_10份和水18-50份， 调节剂是氢氧化铝、偏铝酸钠或偏硅酸钠中对一种或几种；激发剂是氢氧化钠、氢氧化钾、 碳酸钠或碳酸钾中的一种或几种；外加剂是羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、羧甲基淀粉钠或羧甲基淀粉中的一种或几种；第二步将混合均勻的物料密封后置于40_60°C的蒸汽浴内l_5h ；第三步根据实际生产需要在捏合挤出机上安装相应的模具，将陈化好的物料在 捏合挤出机上挤出成型；第四步将成型物料置于下层有水的晶化釜内，密封后置于100-200°C的烘箱 6_12h，晶化釜取出后，用自来水冷却至室温后取出成型物料；第五步将成型物料置于程序升温炉中，以2-10°C /min的速度使其从室温升至 400-800°C，并在该温度下保温l_6h，再以2-10°C /min的速度降至100°C以下，然后取出；第六步将热处理后的成型物料置于浓度为1.0-8.0mol/L的NaOH溶液中，在 60-120°C的条件下晶化2-48h，其中NaOH溶液与物料的液固比为3_20ml/g。第七步上述晶化产物经反复洗涤至中性后，于60-140°C烘干，即得成型沸石。本发明的主要特征是将粉煤灰成型和沸石化工艺交叉在一起，不仅可以节省原材 料，还能降低能耗，从而降低生产成本。同时本发明的特征还在于可以根据需要自制不同的 模具，生产不同形状的产品，从而使产品更具有竞争性。下面结合实施例对本发明作进一步说明。本发明实施例中的粉煤灰原料均采用扬子石化热电厂的干排灰，属于二级灰，成 分分析见表1。表1粉煤灰成分分析
成 分Si02A1203Fe203K20Na20CaOMgOS03质1会骨 里3里54.1429.866.641.390.591.970.90.21(%) 实施例1 将粉煤灰30g、Al (OH) 35g、Na0H 5g、羧甲基纤维素钠3g和水18mL混合均勻，并密 封后置于60°C的蒸汽浴内5h ；根据需要选择粒状模具，将物料在捏合挤出机上挤出造粒； 然后将粒状物料置于有水的晶化釜内，密封后放入200°C的烘箱内12h;养护结束后，晶化 釜用自来水冷却至室温；再将取出的物料置于程序升温炉中，从室温升至700°C并保温6h， 升温降温速率控制在为2V /min ；最后将物料置于5. Omol/L的NaOH溶液中沸石化，其中 NaOH溶液与物料的液固比为15ml/g，沸石化温度为120°C，时间为48h，洗涤至中性并干燥 即得粒状沸石。实施例2与实施例1中粒状沸石的制备方法相似，不同的地方在于原料配比、NaOH溶液的 浓度和沸石化温度。其中，粉煤灰、A1(0H)3、NaOH、羧甲基纤维素钠和水的用量分别采用 60g、25g、15g、10g和50mL ；沸石化温度为100°C ；NaOH溶液的浓度为3mol/L。实施例3 与实施例1中粒状沸石的制备方法相似，不同的地方在于粉煤灰、A1 (0H) 3、NaOH、羧甲基纤维素钠和水的用量分别采用45g、15g、10g、6g和30mL。实施例4 将粉煤灰45g、Al (OH) 315g、Na0H 10g、羧甲基淀粉钠3g和水18mL混合均勻，并密 封后置于60°C的蒸汽浴内5h ；根据需要选择粒状模具，将物料在捏合挤出机上挤出造粒； 然后将粒状物料置于有水的晶化釜内，密封后放入200°C的烘箱内12h;养护结束后，晶化 釜用自来水冷却至室温；再将取出的物料置于程序升温炉中，从室温升至700°C并保温6h， 升温降温速率控制在为5°C /min ；最后将物料置于3. Omol/L的NaOH溶液中沸石化，其中 NaOH溶液与物料的液固比为15ml/g，沸石化温度为100°C，时间为48h，洗涤至中性并干燥 即得成型沸石。实施例5:与实施例4中粒状沸石的制备方法相似，不同的地方在于粉煤灰、A1 (0H) 3、NaOH、 羧甲基淀粉钠和水的用量分别为45g、15g、10g、6g和20mL。实施例6 将粉煤灰45g、NaA10218g、Na0H 10g、羧甲基纤维素钠6g和水44mL混合均勻，并密 封后置于60°C的蒸汽浴内5h ；根据需要选择粒状模具，将物料在捏合挤出机上挤出造粒； 然后将粒状物料置于有水的晶化釜内，密封后放入200°C的烘箱内12h;养护结束后，晶化 釜用自来水冷却至室温；再将取出的物料置于程序升温炉中，从室温升至700°C并保温6h， 升温降温速率控制在为10°C /min ；最后将物料置于1. 0mol/L的NaOH溶液中沸石化，其中 NaOH溶液与物料的液固比为15ml/g，沸石化温度为100°C，时间为24h，洗涤至中性并干燥 即得成型沸石。实施例7 将粉煤灰45g、Al (OH) 315g、K0H 10g、羧甲基纤维素钠6g和水23mL混合均勻，并密 封后置于60°C的蒸汽浴内5h ；根据需要选择粒状模具，将物料在捏合挤出机上挤出造粒； 然后将粒状物料置于有水的晶化釜内，密封后放入200°C的烘箱内12h;养护结束后，晶化 釜用自来水冷却至室温；再将取出的物料置于程序升温炉中，从室温升至700°C并保温6h， 升温降温速率控制在为8°C /min ；最后将物料置于3. 0mol/L的NaOH溶液中沸石化，其中 NaOH溶液与物料的液固比为15ml/g，沸石化温度为100°C，时间为48h，洗涤至中性并干燥 即得成型沸石。实施例8 将粉煤灰45g、Na2Si0320g、K0H 10g、羧甲基淀粉钠6g和水30mL混合均勻，并密 封后置于40°C的蒸汽浴内2h ；根据需要选择粒状模具，将物料在捏合挤出机上挤出造粒； 然后将粒状物料置于有水的晶化釜内，密封后放入100°C的烘箱内10h;养护结束后，晶化 釜用自来水冷却至室温；再将取出的物料置于程序升温炉中，从室温升至500°C并保温4h， 升温降温速率控制在为2°C /min ；最后将物料置于3. 0mol/L的NaOH溶液中沸石化，其中 NaOH溶液与物料的液固比为15ml/g，沸石化温度为100°C，时间为2h，洗涤至中性并干燥即 得成型沸石。实施例9 将粉煤灰45g、NaA10215g、K0H 10g、羧甲基纤维素6g和水26mL混合均勻，并密封 后置于50°C的蒸汽浴内5h ；根据需要选择粒状模具，将物料在捏合挤出机上挤出造粒；然后将粒状物料置于有水的晶化釜内，密封后放入150°C的烘箱内12h ；养护结束后，晶化釜 用自来水冷却至室温；再将取出的物料置于程序升温炉中，从室温升至600°C并保温5h，升 温降温速率控制在为5°C /min ；最后将物料置于3. Omol/L的NaOH溶液中沸石化，其中NaOH 溶液与物料的液固比为15ml/g，沸石化温度为100°C，时间为48h，洗涤至中性并干燥即得 成型沸石。实施例10 与实施例9中粒状沸石的制备方法相似，不同的地方在于粉煤灰、NaA102、K0H、羧 甲基淀粉和水的用量分别为45g、15g、10g、6g和26mL。实施例11 将粉煤灰45g、A1 (OH) 315g、Na2C0320g、羧甲基纤维素钠6g和水26mL混合均勻， 并密封后置于60°C的蒸汽浴内5h ；根据需要选择粒状模具，将物料在捏合挤出机上挤出造 粒；然后将粒状物料置于有水的晶化釜内，密封后放入200°C的烘箱内12h ；养护结束后，晶 化釜用自来水冷却至室温；再将取出的物料置于程序升温炉中，从室温升至700°C并保温 6h，升温降温速率控制在为5°C /min ；最后将物料置于3. 0mol/L的NaOH溶液中沸石化，其 中NaOH溶液与物料的液固比为15ml/g，沸石化温度为100°C，时间为24h，洗涤至中性并干 燥即得成型沸石。实施例12 与实施例11中粒状沸石的制备方法相似，不同的地方在于粉煤灰、A1(0H)3、 K2C03、羧甲基纤维素钠和水的用量分别为45g、15g、20g、6g和26mL。实施例13 将粉煤灰45g、NaA10215g、K0H 10g、甲基纤维素6g和水23mL混合均勻，并密封后 置于40°C的蒸汽浴内5h ；根据需要选择粒状模具，将物料在捏合挤出机上挤出造粒；然后 将粒状物料置于有水的晶化釜内，密封后放入100°C的烘箱内12h ；养护结束后，晶化釜用 自来水冷却至室温；再将取出的物料置于程序升温炉中，从室温升至700°C并保温6h，升温 降温速率控制在为2°C /min ；最后将物料置于3. 0mol/L的NaOH溶液中沸石化，其中NaOH 溶液与物料的液固比为15ml/g，沸石化温度为100°C，时间为24h，洗涤至中性并干燥即得 成型沸石。
权利要求
一种利用粉煤灰制备成型沸石的工艺，其特征在于包括以下步骤第一步将粉煤灰、调节剂、激发剂、外加剂和水按比例混合均匀；第二步将混合均匀的物料密封并置于恒温蒸汽浴内陈化；第三步将第二步中陈化好的物料在捏合挤出机上挤出成型；第四步将成型物料置于晶化釜内，密封后进行压蒸养护；第五步养护结束后，将晶化釜取出并用水冷却至室温，取出成型物料；第六步将成型物料置于程序升温炉中热处理；第七步将热处理后的成型物料置于不同浓度的NaOH溶液中晶化，然后洗涤至pH为7-8，干燥后即得成型沸石。
2.根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备成型沸石的工艺，其特征在于第一步中原 料各组分的质量份数为粉煤灰30-60份、调节剂5-25份、激发剂5-15份、外加剂3_10份 和水18-50份。
3.根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备成型沸石的工艺，其特征在于所述的调节 剂为氢氧化铝、偏铝酸钠或偏硅酸钠中对一种或几种。
4.根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备成型沸石的工艺，其特征在于所述的激发剂 为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备成型沸石的工艺，其特征在于所述的外加剂 为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、羧甲基淀粉钠或羧甲基淀粉中的一种或几 种。
6.根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备成型沸石的工艺，其特征在于第二步中恒 温蒸汽浴内的温度为40-60°C，养护时间为l_5h。
7.根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备成型沸石的工艺，其特征在于第四步中控 制晶化釜内的温度为100-200°C，压蒸养护的时间为6-12h。
8.根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备成型沸石的工艺，其特征在于第六步中成 型物料在程序升温炉中升至400-800°C并保温l_6h，升温降温速率控制在为2-10°C /min。
9.根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备成型沸石的工艺，其特征在于第七步中 NaOH溶液的浓度为1.0-8. Omol/L, NaOH溶液与物料的液固比为3_20ml/g，沸石化温度为 60-120°C，时间为 2-48h。
全文摘要
本发明公开了一种利用粉煤灰制备成型沸石的工艺，具体方法为将粉煤灰、调节剂、激发剂、外加剂和水充分混匀，经陈化后挤出成型；成型物料经压蒸养护后，于程序升温炉中热处理，最后将成型物料在NaOH水溶液中沸石化，经洗涤干燥即得成型沸石。本方法将粉煤灰成型和粉煤灰沸石化有机的结合在一起，不仅节约了原材料、降低了能耗，还缩短了工艺周期。通过本方法制备的成型粉煤灰沸石具有机械强度高、制备方法简单、形状多种多样、成本低、耐腐蚀、质轻和多三维贯通孔道等特点，故可广泛应用于吸附材料、催化剂载体、墙体材料和建筑材料等多个领域。
文档编号C01B39/00GK101870477SQ20101019169
公开日2010年10月27日 申请日期2010年6月4日 优先权日2010年6月4日
发明者于洪霞, 孙秀云, 李健生, 王连军, 陈菊, 韩卫清 申请人:南京理工大学