CN108264279A - 一种以赤泥、粉煤灰为原材料制备多孔粒状复合材料的方法 - Google Patents

一种以赤泥、粉煤灰为原材料制备多孔粒状复合材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种以赤泥、粉煤灰为原材料制备多孔粒状复合材料的方法，选取水泥废料作为粘结剂，按粉煤灰为赤泥质量比的10‑30％与配比在5％内的粘结剂混合均匀，通过造粒机制成直径为5‑8mm大小均匀的生料颗粒；将生料在单位质量功率为5‑20w/g的微波活化反应器中，通入水蒸气活化15‑30min，经室温冷却后即得到多孔粒状复合材料。本发明利用赤泥中CaO促进粉煤灰活性的激发，通过微波加热，赤泥和粉煤灰中的部分金属氧化物与氧化硅等成分反应可增大颗粒材料的强度，同时，粉煤灰中含有的未燃尽碳，经微波活化后可增大颗粒比表面积和生成孔隙结构。所生产的多孔粒状复合材料比表面积大，吸附性强，耐温稳定性好，同时制备工艺简单，能耗低，对环境友好。

Description

一种以赤泥、粉煤灰为原材料制备多孔粒状复合材料的方法
技术领域
本发明涉及氧化铝工业强碱废弃物及煤基固体废弃物综合利用技术领域，具体涉及一种以赤泥、粉煤灰为原材料制备多孔粒状复合材料的方法。
背景技术
赤泥是氧化铝工业生产过程中产生的强碱性固体废弃物，由于工艺及铝土矿品位的差别，生产1t氧化铝约产生1.0～2.0t赤泥。赤泥化学结合碱的赋存状态稳定、盐分含量高、化学成分及矿物相组成复杂，故综合利用难。主要以堆存为主，2015年全球赤泥堆存量高达40亿吨，并以1.2亿t·a－1的速度增加.中国2016年氧化铝产量约6100×104t，赤泥外排量达7000×104t，累积堆存量超5×108t。赤泥堆存的环境生态安全问题制约氧化铝工业的可持续发展。
赤泥在堆存过程中，因其表层颗粒物为强碱性盐，粒径大多在2～20μm，易导致严重的空气污染，碱性颗粒沉降作用也会对周边生态环境及人体健康产生潜在危害。赤泥堆存存在成土过程慢，植物难以生长，堆场生态重建难等问题。
中国以煤炭为主要能源，70％左右煤炭用于火力发电，燃煤产生的粉煤灰总堆存量已超过10亿t。粉煤灰存放不仅占用大量土地，还会造成严重的环境污染。粉煤灰等煤系固体废弃物综合利用，可支持中国经济及煤电产业的可持续发展。
拜耳法是生产氧化铝的主要工艺，综合利用其生产过程排放的赤泥是一个世界性的难题，利用赤泥、粉煤灰为原材料的多孔粒状复合材料的微波活化技术，能有效的处理赤泥废弃物，降低赤泥对环境造成的污染，以废治废，同时具有制备工艺简单、能耗低、环境友好、以废治废等优点。
发明内容
本发明目的是提供一种以赤泥、粉煤灰为原材料，通过微波活化制备多孔粒状复合材料的方法，该方法针对目前赤泥废弃物、粉煤灰无法得到有效利用的问题，实现了对赤泥及粉煤灰的综合利用，同时具有制备工艺简单、能耗低、环境友好、以废治废等优点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种以赤泥、粉煤灰为原材料制备多孔粒状复合材料的方法，包括如下步骤：
步骤1：将赤泥、粉煤灰、粘结剂均匀混合；
步骤2：将步骤1所得混合物制成生料颗粒；
步骤3：将步骤2所得生料颗粒在微波活化反应器中通入水蒸气活化；
步骤4：经步骤3处理后的生料颗粒冷却后即得到多孔粒状复合材料。
优选的，所述赤泥为拜耳法赤泥，所述粉煤灰为循环流化床锅炉粉煤灰。
优选的，步骤1所得混合物中，粉煤灰的质量比为赤泥的质量比的10-30％，粘结剂的质量比不大于5％。
优选的，所述粘合剂为水泥。
优选的，步骤3中所述微波活化的时间为15-30min。微波活化时间过短不够造孔，过长可能烧结。
优选的，所述微波活化反应器的单位质量功率为5-20w/g。
优选的，所述颗粒状吸附材料的粒度为5-8mm。
有益效果：(1)该方法由于粉煤灰-赤泥(石灰)体系的存在，可提高复合材料的活性与强度。原材料选用的900℃循环流化床锅炉下的粉煤灰中所含玻璃体多，其中可溶性的SiO2、Al2O3、活性SiO2、Al2O3与赤泥中的石灰和水混合后能生成具有较高强度和水硬性的水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(C-A-H)。
(2)粉煤灰的化学成分呈弱酸性，在与拜耳法赤泥的制备过程中其活性更易被激发。在OH-的作用下，粉煤灰颗粒表面的Si-O和Al-O键断裂，可降低Si-O-Al网络聚合体的聚合度。
(3)材料在微波电磁场的作用下通过偶极子旋转和离子传导的方式使电磁能转化为热能，可以实现内外部同时快速加热，达到催化反应的效果。在制备过程中，微波活化材料样品可以得到较高的比表面积，使样品具有分层和多孔疏松的特点，并能极大的缩短活化时间、减少能耗。因此，在多孔材料的制备中，微波活化与普通加热活化的方式相比具有明显的优势。
(4)通过微波加热，赤泥和粉煤灰中的部分金属氧化物(如CaO、Al2O3和Fe2O3)和氧化硅等成分能够反应形成结构相对稳定的硅酸盐，使材料颗粒化后强度增大，提高材料抗水力冲击负荷能力。同时，生料颗粒在活化过程中，赤泥和粉煤灰中的水合矿物和碳酸盐矿物等易分解并释放出水分或气体，有助于颗粒内部形成孔隙结构；粉煤灰中含有一定比例的未燃尽碳，经微波活化可达到增大颗粒比表面积和生成孔隙结构的目的。
(5)本发明所制备的多孔粒状复合材料粒度均匀，比表面积大，吸附性强，耐温稳定性好，同时制备工艺简单，能耗低，对环境友好，在吸附处理废水方面具有很大的优势。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做更进一步的解释。
本发明提供了一种以赤泥、粉煤灰为原材料，通过微波活化制备多孔粒状复合材料的方法，该方法包括以下几个步骤：
1)本发明采样选择拜耳法高铁赤泥和循环流化床锅炉粉煤灰作为制备复合材料的主要原料；为增加颗粒材料的快速可塑性，选取水泥废料作为粘结剂(用量配比控制在5％以内)。
2)将原料干燥、破碎后，过100目筛筛选，使原料粉末粒径相对均匀便于充分混合；按粉煤灰为赤泥质量比的10-30％与配比在5％内的粘结剂混合均匀，通过造粒机制成直径为5-8mm大小均匀的生料颗粒；将生料在单位质量功率为5-20w/g的微波活化反应器中，通入水蒸气活化15-30min，经室温冷却后即得到具有一定强度的颗粒状吸附材料。
选用中国铝业山东分公司(山东淄博)拜耳法赤泥，其主要成分见下表：
选用华美坑口环保热电有限公司(江苏徐州)循环流化床锅炉粉煤灰：
实施例1：
将铝厂赤泥干燥、破碎后，过100目筛筛选，使原料粉末粒径相对均匀便于充分混合；依照烧结法赤泥、粉煤灰、水泥质量比为85：10：5取一定质量的原料混合均匀，通过造粒机制成直径为5-8mm大小均匀的生料颗粒；将生料在微波活化反应器中通入水蒸气养护活化15min，其单位质量功率为7.3667w/g。经室温冷却后即得到具有一定强度的颗粒状多孔吸附材料，其比表面积为17.8372m2/g。
实施例2：
将铝厂赤泥干燥、破碎后，过100目筛筛选，使原料粉末粒径相对均匀便于充分混合；依照烧结法赤泥、粉煤灰、水泥质量比为80：15：5取一定质量的原料混合均匀，通过造粒机制成直径为5-8mm大小均匀的生料颗粒；将生料在微波活化反应器中通入空气养护活化20min，其单位质量功率为13.8667w/g。经室温冷却后即得到具有一定强度的颗粒状多孔吸附材料，其比表面积为19.4283m2/g。
实施例3：
将铝厂赤泥干燥、破碎后，过100目筛筛选，使原料粉末粒径相对均匀便于充分混合；依照烧结法赤泥、粉煤灰、水泥质量比为75：20：5取一定质量的原料混合均匀，通过造粒机制成直径为5-8mm大小均匀的生料颗粒；将生料在微波活化反应器中通入空气养护活化30min，其单位质量功率为19.5w/g。经室温冷却后即得到具有一定强度的颗粒状多孔吸附材料，其比表面积为23.2719m2/g。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种以赤泥、粉煤灰为原材料制备多孔粒状复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将赤泥、粉煤灰、粘结剂均匀混合；
步骤2：将步骤1所得混合物制成生料颗粒；
步骤3：将步骤2所得生料颗粒在微波活化反应器中通入水蒸气活化；
步骤4：经步骤3处理后的生料颗粒冷却后即得到多孔粒状复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种以赤泥、粉煤灰为原材料制备多孔粒状复合材料的方法，其特征在于，所述赤泥为拜耳法赤泥，所述粉煤灰为循环流化床锅炉粉煤灰。
3.根据权利要求1所述的一种以赤泥、粉煤灰为原材料制备多孔粒状复合材料的方法，其特征在于，步骤1所得混合物中，粉煤灰的质量比为赤泥的质量比的10-30％，粘结剂的质量比不大于5％。
4.根据权利要求1所述的一种以赤泥、粉煤灰为原材料制备多孔粒状复合材料的方法，其特征在于，步骤3中，所述微波活化的时间为15-30min。
5.根据权利要求1所述的一种以赤泥、粉煤灰为原材料制备多孔粒状复合材料的方法，其特征在于，步骤3中，所述微波活化反应器的单位质量功率为5-20w/g。
6.根据权利要求1～5任一所述的一种以赤泥、粉煤灰为原材料制备多孔粒状复合材料的方法，其特征在于，所述粘合剂为水泥。
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