CN102491363A

CN102491363A - 一种固体废物合成沸石分子筛的装置和方法

Info

Publication number: CN102491363A
Application number: CN201110384077XA
Authority: CN
Inventors: 席北斗; 赵颖; 夏训峰; 李晓光; 牛永超; 管伟雄; 王丽君
Original assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Current assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2031-11-28
Also published as: CN102491363B

Abstract

一种固体废物合成沸石分子筛的方法，其步骤为：1)将固体废物与碱的水溶液配成混合液；2)对混合液进行超导磁分离预处理；3)经过超导磁分离预处理的混合液进行陈化胶凝反应，陈化胶凝反应温度为60-80℃；4)经陈化胶凝反应处理的混合物进行微波辐射发生晶化作用，生成沸石分子筛；5)生成的沸石分子筛经洗涤、脱水、烘干，即得最终产品。本发明还公开了实现上述方法的装置。本发明采用超导磁分离预处理，使原料无毒、处理量大、分选范围广、运行能耗低、其分离效果好。采用微波加热原料进行晶化反应，大大缩短了晶化反应的时间；减少了碱的使用量，降低了后续碱液处理的难度；可大量连续生产沸石分子筛。

Description

一种固体废物合成沸石分子筛的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种利用固体废物制备沸石分子筛的方法和装置，具体地涉及利用超导磁分离预处理去除固体废物中的有害物质如有毒氯化物和重金属等，使固体废物无害，然后在此基础上利用微波加热合成沸石分子筛。

背景技术

沸石分子筛是一类具有规则孔道结构和独特晶体化学性质的含水架状硅(铝)酸盐多孔矿物晶体材料。因其独特的晶体结构和晶体化学性质，沸石分子筛具有很大的比表面积和优良的吸附、分离、离子交换和催化等性能，在化工、建材、农业以及环保等领域具有广泛的用途。

但天然的沸石资源量有限，吸附和离子交换等的应用性能也具有局限性，因此沸石分子筛的人工合成已成为化工、建材、农业以及环保等各领域的重要来源。又因为以碱、铝和硅酸钠等纯化工原料为基础的人工合成沸石分子筛成本高，同时受到化工原料来源少的制约，不能满足沸石分子筛在上述各领域的应用需要，从而以粉煤灰等固体废物原料为基础的沸石分子筛合成成为重要的发展方向。

目前以固体废物为原料合成分子筛主要有两种方法：

(1)常温煮沸合成法；

(2)高温高压反应釜合成法。

这两种沸石分子筛的合成方法都是批量生产的方法，年产量较低(小于800t/y)，无法连续大量生产分子筛，而且上述两种方法均采用普通的加热方法，分子筛合成反应时间长，消耗大量能耗，成本较高，并产生大量碱液，造成后续碱液处理困难。目前缺少一种反应时间短、能耗低、成本低、碱液产生量较少、可以连续大量生产沸石分子筛的方法和装置，这种方法和装置应该可以同时发挥超大反应池、离心机和过滤机的三大功能。

另一方面，固体废物原料中有Fe₃O₄、有毒氯化物(如多氯代联二苯-对-二恶英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs))以及各种重金属等物质，其中一些物质具有强烈的毒性，严重污染环境，因此有必要以一种安全的方式分离、回收或再利用上述这些毒性物质。比如：当采用水热合成法利用含有这些毒性物质的固体废物合成沸石分子筛时，相当一部分热量用于加热这些毒性物质，导致固体废物合成分子筛的能耗利用率很低；同时，固体废物中的这些毒性物质若未经处理进入到合成的分子筛中，将导致分子筛产品质量的下降，甚至容易产生二次污染，所以在利用固体废物制备分子筛前需要将原料进行预处理。

常用的物质分离方法有化学分离方法和物理分离方法。物理分离方法的一个优点是无二次污染产生。磁分离是物理分离方法的一种，包括普通磁分离和超导磁分离。与普通磁分离相比，超导磁分离具有体积小、重量轻、消耗电能极少、磁场强度高的特点，可利用超导磁分离作为以固体废物合成分子筛的预处理。

与普通加热相比，微波加热具有加热速度快、热量损失小、操作方便等特点，既可以缩短工艺时间、提高生产率、降低成本，又可以提高产品质量。与传统加热方式相比，微波加热具有以下特点：

(1)加热均匀，速度快。

(2)控制及时，反应灵敏。

(3)清洁卫生，无污染。

(4)能耗利用率高。微波加热可用于固体废物合成分子筛，其原理是利用磁控管产生的超高频微波快速振荡反应物分子，使之彼此碰撞、挤压、摩擦、重组而形成沸石晶体，其最突出的特点是晶化时间明显缩短，一般只需几分钟，可解决分子筛反应时间长的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以固体废物合成沸石分子筛的方法。

本发明的又一目的在于提供一种实现上述方法的装置。

为实现上述目的，本发明提供的固体废物合成沸石分子筛的方法，其包括如下步骤：

1)将固体废物与碱的水溶液配成混合液；

2)对混合液进行超导磁分离预处理；

3)经过超导磁分离预处理的混合液进行陈化胶凝反应，陈化胶凝反应温度为60-80℃；

4)经陈化胶凝反应处理的混合物进行微波辐射发生晶化作用，生成沸石分子筛；

5)生成的沸石分子筛经洗涤、脱水、烘干，即得最终产品。

所述的方法，其中，步骤1中的固体废物包括粉煤灰和赤泥。

所述的方法，其中，步骤1中的碱的水溶液是氢氧化钠水溶液。

所述的方法，其中，步骤2中超导磁分离预处理去除固体废物中的有毒氯化物和重金属。

所述的方法，其中，有毒氯化物包括多氯代联二苯-对-二恶英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs)。

所述的方法，其中，重金属包括铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)、锰(Mn)、铁(Fe)、镉(Cd)。

所述的方法，其中，步骤3中的微波辐射的频率为200MHz-40GHz。

本发明提供的实现上述方法的装置，其主要包括：

一预处理池，管道连接一超导磁分离器；

所述超导磁分离器管道连接一反应池，该反应池中安装有加热器和螺旋搅拌装置；

一微波辐射器，安装于输送带的上方；

所述输送带的一端接收反应池内的物料，输送带的另一端将物料输送至脱水和烘干装置。

所述的装置，其中，反应池中安装的加热器为水蒸气加热器。

所述的装置，其中，输送带与脱水和烘干装置中间安装有洗涤池。

与公知技术相比，本发明的创新点在于：

1)采用超导磁分离去除固体废物中的Fe₃O₄、有毒氯化物(如多氯代联二苯-对-二恶英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs))以及各种重金属等，使原料无毒。超导磁分离器的处理量大、分选范围广、运行能耗低，可减少电耗90％左右。更为重要的是，其分离效果好。

(2)采用微波加热原料进行晶化反应，大大缩短了晶化反应的时间；减少了碱的使用量，降低了后续碱液处理的难度。

(3)可大量连续生产沸石分子筛。

附图说明

图1是本发明以固体废物合成沸石分子筛的装置及流程示意图。

图2是赤泥合成沸石分子筛前后的扫描电镜图，其中(a)是原赤泥，(b)是赤泥合成的分子筛。

附图中：

1-预处理池；2-超导磁分离器；3-反应池；4-输送带；5-微波辐射器；6-洗涤池；7-板框压滤机；8-皮带运输机；9-回转干燥炉；10-沸石分子筛成品；11-陈化胶凝反应后的混合物；12-碱储存池。

具体实施方式

本发明的装置结构是：

一预处理池1管道连接一超导磁分离器2的一端，超导磁分离器管道2的另一端连接一反应池3，该反应池3中安装有加热器和螺旋搅拌装置(公知技术，图为未示)；该反应池3的出料口位于输送带4的上方，使输送带4能接收反应池3输出的物料，在输送带4的上方安装有微波辐射器5，输送带4的另一端将物料输送至洗涤池6，该洗涤池6连接至脱水装置7和烘干装置9。

本发明是将固体废物(如粉煤灰和赤泥等等)与碱储存池12中的碱(如NaOH)加入到预处理池1中，并加入适量的水，配成混合液；将混合液引入到超导磁分离2中，进行预处理去除有害物质，使混合物无毒；利用超导磁分离去除固体废物中的有毒氯化物(包括多氯代联二苯-对-二恶英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs)等)，以及重金属(包括Pb、Cu、Zn、Mn、Fe、Cd等)。超导磁分离预处理前后的混合液中重金属浓度变化如表1所示。

本发明的超导磁分离器2是采用超导材料绕制的超导磁体，可获得3T甚至更高的磁场强度(本发明采用的超导磁分离器是山东华特磁电科技股份有限公司生产的RCSC系列，更具体地可参阅专利200710116248.4)。

经过超导磁分离的混合液进入反应池3，在反应池3中进行陈化胶凝反应，反应池3的加热温度为60-80℃，反应池3中加热装置可以采用水蒸气加热，同时反应池3中还安装有螺旋搅拌装置；经过反应池3陈化胶凝反应处理的混合物11被运送到皮带运输机4上，在皮带运输机运输的过程中，混合物11受到皮带运输机上部微波辐射器的热辐射，微波频率为200MHz-40GHz，在这个过程中发生晶化作用，生成沸石分子筛；生成的沸石分子筛再经过反应器6的洗涤，板框压滤机7的脱水，经皮带运输机8运送到回转干燥炉9烘干，即得到最终产品分子筛10。

目前常用的固体废物合成分子筛方法反应时间长、成本高、只能批量生产，无法实现连续大量生产，并且多数无有效的预处理去除毒性物质的方法。本发明合成沸石分子筛的方法可以有效地解决上述问题，本发明合成沸石分子筛的技术方案与公知技术相比较的效果如表2所示。

表1：超导磁分离预处理前后混合液中重金属浓度变化

表2：本发明的沸石分子筛合成方法与其它常用分子筛合成方法比较

方法名称	常温煮沸合成法	高温高压反应釜合成法	本发明的方法
				固液比	1∶5(固体废物∶NaOH)	1∶3	1∶3
固液分离方法	板框压滤机	板框压滤机、离心机	板框压滤机
				有无预处理	无	无	有
反应时间	6h	3-4h	5-7mins
				压力	1Kg/cm²(常压)	8Kg/cm²	1Kg/cm²(常压)
温度	100℃	174℃	100-200℃
				生产能力	1.5t/h	1个反应釜0.3t/3-4h	可以连续进行生产
废碱液产生量	多	多	少
				热源	电	电	电
能耗利用率	低	低	高

Claims

1.一种固体废物合成沸石分子筛的方法，其包括如下步骤：

1)将固体废物与碱的水溶液配成混合液；

2)对混合液进行超导磁分离预处理；

5)生成的沸石分子筛经洗涤、脱水、烘干，即得最终产品。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1中的固体废物包括粉煤灰和赤泥。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1中的碱的水溶液是氢氧化钠水溶液。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤2中超导磁分离预处理去除固体废物中的有毒氯化物和重金属。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，有毒氯化物包括多氯代联二苯-对-二恶英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs)。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，重金属包括铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)、锰(Mn)、铁(Fe)、镉(Cd)。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤3中的微波辐射的频率为200MHz-40GHz。

8.一种实现权利要求1所述方法的装置，其主要包括：

一预处理池，管道连接一超导磁分离器；

一微波辐射器，安装于输送带的上方；

9.根据权利要求8所述的装置，其中，反应池中安装的加热器为水蒸气加热器。

10.根据权利要求8所述的装置，其中，输送带与脱水和烘干装置中间安装有洗涤池。