一种利用高炉渣制备类水滑石和沸石的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工业固废的资源化利用技术领域，涉及高炉渣的利用，具体涉及一种 利用高炉渣制备类水滑石和沸石的方法。
【背景技术】
[0002] 根据世界钢铁协会公布的数据显示，2012年全世界的生铁产量是11亿吨，其中 产量最高的国家是中国，2012年一年的产量高达6. 5亿吨。在高炉冶炼过程中，即使按照 300Kg的渣比来计算，高炉炉渣的产量也高达近两亿吨。如何高效地利用这些高炉炉渣已逐 渐成为人们关注的热点。现阶段的高炉炉渣处理工艺基本上都采用的是水冲渣工艺，得到 的产品基本用于水泥生产，但用作水泥生产原料的高炉水渣几乎毫无利润可言。
[0003] 类水滑石（Hydrotalcite-LikeCompounds，简称HTLCs)属于层状双轻基复合 金属氧化物（LayeredDoubleHydroxide，简称LDH)。HTLCs可用通式[M(II)1-JVKin) x(OH)2]x+ [Ax/nn_] ^mH2O来表示，其中M2+和M3+分别代表层上二价和三价阳离子，An_为层间阴 离子，X=M37(M2++M3+)，只有在0. 2〈x〈0. 34的范围内才能合成出纯净的、高结晶度的水滑 石。沸石最基本的结构单元是SiOJPAlO4四面体，相邻的四面体之间以氧桥键的方式共用 氧原子。位于四面体中心的是Si原子或Al原子，四面体各顶点处是氧原子，Si原子或Al 原子分别与氧原子键合。这种结合方式使其在三维方向上形成一个具有规整结构的无机聚 合体。
【发明内容】
[0004] 高炉澄的主要成分是0&0、]\%0、3;[02、41 203，属于娃酸盐质材料，其化学组成与天然 矿石、硅酸盐水泥相似。其中，类水滑石二价和三价的阳离子比在2?5之间，而高炉渣中 的（Ca+Mg)/Al~ 3,非常适合制备类水滑石；并且提取的SiO2可用来制备沸石。
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用高炉渣制备类水滑石和沸石的方法， 以充分有效的利用高炉渣的成分。
[0006] 具体的，本发明提供如下技术方案：
[0007] 本发明的利用高炉渣制备类水滑石和沸石的方法，包括下述步骤：
[0008] (1)将粉碎的高炉渣加入到盐酸溶液中，沸水浴下搅拌，直至高炉渣中的硅份凝 胶，相对于每克高炉渣盐酸的加入量为50?60ml，所述的盐酸浓度为3mol/L;
[0009] 优选的，以质量分数计，所述的高炉渣包括下述成分：SiO2S35?40%，CaO为 35?40%，MgO为5?15%,Al2O3为5?15%，余量为微量成分。
[0010] ⑵过滤，分别得滤液和凝胶备用；
[0011] (3)向步骤（2)所得的滤液中滴加氢氧化钠溶液，至PH值为9. 5?13. 5,形成悬 浊液；
[0012] 优选的，所述的氢氧化钠溶液浓度为2?4mol/L。
[0013] (4)将步骤（3)中得到的悬浊液，在60?100°C恒温水浴箱中搅拌0. 5?2h，移入 水热合成釜中，在60?100°C下陈化12?24h;
[0014] (5)将步骤⑷陈化的溶液过滤，并洗涤过滤物至PH到8以下，干燥后得到类水滑 石；
[0015] (6)将步骤⑵中得到的凝胶反复洗涤后，干燥，研磨，得到硅粉；
[0016] (7)向步骤（6)得到的硅粉中加入氢氧化钠溶液强烈搅拌，形成均匀的悬浊液；
[0017] 优选的，所述的氢氧化钠溶液浓度为2?4mol/L。
[0018] (8)向步骤（7)得到的悬浊液中滴定含铝溶液，并搅拌0. 5?Ih;
[0019] 优选的，所述的含铝溶液为铝酸钠溶液或铝酸钾溶液。
[0020] (9)将步骤（8)中的悬浊液移入水热合成釜中，水浴温度为80?120°C陈化3? 8h，然后过滤洗涤干燥得到沸石。
[0021] 本发明提供的利用高炉渣制备类水滑石和沸石的方法，充分利用了高炉渣原料， 合成类水滑石和沸石，类水滑石和沸石的市场价格比高炉渣的价格高，大大提高了高炉渣 的利用范围，增加了高炉渣利用的附加值，提高了钢铁企业的经济利润，具有很好的市场应 用前景。
【附图说明】
[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一 些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。
[0023] 图1是本发明提供的利用高炉渣制备类水滑石和沸石的工艺流程图；
[0024] 图2是实施例1?3中陈化时间为12h，不同PH值时类水滑石的XRD图；
[0025] 图3是实施例4?6中陈化时间为18h，不同PH值时类水滑石的XRD图；
[0026] 图4是实施例7?9中陈化时间为24h，不同PH值时类水滑石的XRD图；
[0027] 图5是实施例1?9中不同陈化时间和PH值时的类水滑石的SEM图；
[0028] 图6是实施例10?12中不同陈化时间沸石的XRD图；
[0029] 图7是实施例10?12中不同陈化时间沸石的SEM图。
【具体实施方式】
[0030] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描 述。
[0031] 如图1所示，本发明提供的利用高炉渣制备类水滑石和沸石的方法，其工艺流程 包括：第一阶段，粉碎，盐酸凝胶，恒温搅拌，过滤；第二阶段，滤液加氢氧化钠溶液，恒温搅 拌，陈化，过滤，洗涤，干燥，研磨，得到类水滑石；第三阶段，凝胶洗涤，干燥，研磨，加氢氧化 钠溶液，室温搅拌，加铝酸钠溶液，恒温搅拌，陈化，过滤，洗涤，干燥，得到沸石。
[0032] 本发明中使用某钢铁厂生产的高炉渣作为主原料，加入的其它原料为盐酸，氢氧 化钠，铝酸钠，去离子水等，在不同的温度和PH条件下制备的类水滑石有不同的性质。
[0033] 本发明中所使用的高炉渣包括下述成分：SiO2S35?40wt%，CaO为35? 40wt%，MgO为 5 ?15wt%，Al2O3为 5 ?15wt%，Fe0、Mn0、K20、Na20 微量。
[0034] 表1给出了本发明实施例中所使用的高炉渣的成分组成。
[0035] 表1高炉渣主要成分
[0036]
【主权项】
1. 一种利用高炉渣制备类水滑石和沸石的方法，其特征在于，包括下述步骤： (1) 将粉碎的高炉渣加入到盐酸溶液中，沸水浴下搅拌，直至高炉渣中的硅份凝胶，相 对于每克高炉渣盐酸的加入量为50~60ml，所述的盐酸浓度为3mol/L ; (2) 过滤，分别得滤液和凝胶备用； (3) 向步骤（2)所得的滤液中滴加氢氧化钠溶液，至PH值为9. 5~13. 5,形成悬浊液； (4) 将步骤（3冲得到的悬浊液，在60~100°C恒温水浴箱中搅拌0. 5~2h，移入水热合成 釜中，在60~100°C下陈化12~24h ; (5) 将步骤（4)陈化的溶液过滤，并洗涤过滤物至PH到8以下，干燥后得到类水滑石； (6) 将步骤（2)中得到的凝胶反复洗涤后，干燥，研磨，得到硅粉； (7) 向步骤（6)得到的硅粉中加入氢氧化钠溶液强烈搅拌，形成均匀的悬浊液； (8) 向步骤（7)得到的悬浊液中滴定含铝溶液，并搅拌0. 5~lh ; (9) 将步骤（8)中的悬浊液移入水热合成釜中，水浴温度为80~120°C陈化3~8h，然后过 滤洗涤干燥得到沸石。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：以质量分数计，所述的高炉渣包括下述成 分：SiO2S 35~40%，CaO 为 35~40%，MgO 为 5~15%，Al 203为 5~15%，余量为微量成分。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3)中，所述的氢氧化钠溶液浓度为 2~4mol/L〇
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（7)中，所述的氢氧化钠溶液浓度为 2~4mol/L〇
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（8)中，所述的含铝溶液为铝酸钠溶 液或铝酸钾溶液。
【专利摘要】本发明公开了一种利用高炉渣制备类水滑石和沸石的方法，其工艺流程包括：将高炉渣粉碎，盐酸凝胶，恒温搅拌，过滤；滤液加氢氧化钠溶液调节PH，恒温搅拌，陈化，过滤，洗涤，干燥，研磨，得到类水滑石；凝胶洗涤，干燥，研磨，加氢氧化钠溶液调节PH，室温搅拌，加含铝溶液，恒温搅拌，陈化，过滤，洗涤，干燥，得到沸石。本发明提供的利用高炉渣制备类水滑石和沸石的方法，充分利用了高炉渣原料，合成类水滑石和沸石，类水滑石和沸石的市场价格比高炉渣的价格高，大大提高了高炉渣的利用范围，增加了高炉渣利用的附加值，提高了钢铁企业的经济利润，具有很好的市场应用前景。
【IPC分类】C01F7-02, C01B39-02
【公开号】CN104556097
【申请号】CN201510018368
【发明人】国宏伟, 万康, 彭健, 刘文婷, 周海荣
【申请人】苏州大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月14日