CN107285600A - 一种利用工矿固体废弃物制备的催化剂进行污泥热解制活性炭的方法 - Google Patents

一种利用工矿固体废弃物制备的催化剂进行污泥热解制活性炭的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于固体废弃物资源化利用领域，特别涉及一种利用工矿固体废弃物制备的催化剂进行污泥热解制活性炭的方法。本发明利用钢渣、赤泥、煤矸石等工矿固体废弃物，粉碎后，焙烧一段时间，制备应用于污泥热解的催化剂；污泥原料干燥粉碎后，和工矿固废催化剂按一定比例均匀混合，在无氧或缺氧条件下于一定温度下进行热解，恒温一段时间，热解固体产物冷却至室温，粉碎后即可得到污泥活性炭。本发明不仅可以协同处理污泥和工矿固体废弃物，而且钢渣、赤泥、煤矸石等工矿固体废弃物对污泥热解反应有促进作用，提高了污泥活性炭的吸附性能，因此降低了活性炭的生产成本，有一定的经济价值和现实意义。

Description

一种利用工矿固体废弃物制备的催化剂进行污泥热解制活性 炭的方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种利用工矿固体废弃物制备的催化剂进行污泥热解制活性炭的方法。
背景技术
我国每年产生大量的城市污泥，若不妥善处理，将对环境造成严重污染。目前城市污泥处置的主要方式为卫生填埋、焚烧和堆肥或改良土壤。为解决城市污泥处理处置问题，需寻找一种更为有效的途径对其进行处置。由于污泥中含有较多的碳成分，具备了制备活性炭的客观条件。利用污泥制造活性炭是污泥资源化的途径之一，而且由于其制备成本低、可广泛用于环境污染治理领域，具有良好的环境效益、社会效益和经济效益。
目前污泥制备活性炭一般采用化学活化法，广泛采用的活化剂有ZnCl2、H2PO4和KOH等，使用这些活化剂制备的活性炭碘值较高，具有较高的比表面积；但在制备过程中需要大量使用ZnCl2、H2PO4和KOH等化学试剂，这些化学试剂易造成设备的腐蚀，活化过程增加了制备活性炭工艺的工序，这些都大大提高了活性炭的制备成本。
为降低活性炭制备成本，本发明目的在于探索一种不使用ZnCl2、H2PO4和KOH等活化剂、工艺简单的污泥制备活性炭的方法。实验表明，钢渣、赤泥、煤矸石等工矿固体废弃物含有CaO、Fe2O3等成分，这些成分是良好的热解反应催化剂，如果在污泥制备活性炭过程中添加钢渣、赤泥、煤矸石等工矿固体废弃物，可在污泥炭化过程中起催化作用、有助于污泥炭化中成孔，提高污泥活性炭的吸附性能。
目前，我国工矿固体废弃物产量很大，但资源化利用率偏低。钢渣是在炼钢过程中由于石灰、萤石等造渣材料的加入，炉衬的浸蚀以及铁水中硅、铁等物质于1650℃左右氧化而成的复合固溶体，数量约为钢产量的15％～20％，我国钢渣年产量超过1亿t，利用率不足30％。赤泥是以铝土矿生产氧化铝的过程中，产生之极细颗粒强碱性固体废物，生产1t氧化铝约产生赤泥0.8～1.5t，我国每年产生赤泥3000万t以上，目前资源化利用率约20％。煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，产量约占原煤产量的15％～20％，目前主要用在水泥材料、填充材料、发电等方面，这些利用方式目前仍不能充分利用煤矸石中的活性成分。
本发明不仅可提供污泥、钢渣、赤泥、煤矸石等固体废弃物的资源化处理技术，由于商品活性炭的成本较高，本发明制备活性炭过程中不使用ZnCl2、H2PO4和KOH等活化剂，工艺简单，大幅度降低污泥制备活性炭的成本，具有良好的环境效益、社会效益和经济效益。
发明内容
本发明旨在提供一种充分利用固废资源、成本低廉的利用工矿固体废弃物催化热解污泥制备活性炭的方法。
本发明涉及一种利用工矿固体废弃物制备的催化剂进行污泥热解制活性炭的方法，包括以下步骤：
A.利用工矿固体废弃物，粉碎后，焙烧一段时间，制备应用于污泥热解的工矿固体废弃物催化剂；
B.污泥原料干燥粉碎后，和步骤A中的所述催化剂按一定比例均匀混合得到混合物；
C.将步骤B中得到的所述混合物在无氧或缺氧条件下于一定温度下热解得到热解固体产物，恒温一段时间，热解固体产物冷却至室温，粉碎后即可得到污泥活性炭。
其中，所述工矿固体废弃物为钢渣、赤泥、煤矸石等中的一种或几种。
其中，所述工矿固体废弃物粉碎粒度为100～300目，优选200目。
其中，所述工矿固体废弃物焙烧温度为800℃～1000℃。
其中，所述工矿固体废弃物焙烧时间为60min～180min，优选60min～120min。
其中，所述污泥为城市污泥、化工有机污泥、油泥等中的一种或几种。
其中，所述污泥原料干燥后，粉碎粒度为50～200目，优选为100目。
其中，所述工矿固体废弃物催化剂干基质量占污泥与工矿固体废弃物催化剂混合物总质量干基的百分比为1～35％，优选为1％～25％。
其中，所述于一定温度热解的温度为300℃～900℃，优选300℃～800℃。
其中，所述恒温一段时间为30min～120min。
本发明的优势有：
A.同时处理污泥和钢渣、赤泥、煤矸石等工矿固体废弃物；
B.为污泥制备活性炭提供可行的技术方案；
C.由于制备活性炭过程中未使用活化剂，大幅度降低污泥活性炭的制备成本。
具体实施方式
实施例1
将钢渣粉碎至200目，在800℃下焙烧120min制备钢渣催化剂，城市污泥干燥后，粉碎粒度为50目，城市污泥与钢渣催化剂均匀混合，钢渣催化剂干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的10％，无氧条件下加热到300℃，恒温60min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为360mg/g的污泥钢渣活性炭产品，如表1所示。
实施例2
将钢渣粉碎至200目，在800℃下焙烧120min制备钢渣催化剂，城市污泥干燥后，粉碎粒度为100目，城市污泥与钢渣催化剂均匀混合，钢渣催化剂干基质量占城市污泥与钢渣总干基质量的10％，无氧条件下分别加热到500℃，恒温60min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为421mg/g的污泥钢渣活性炭产品，如表1所示。
实施例3
将钢渣粉碎至200目，在800℃下焙烧120min制备钢渣催化剂，城市污泥干燥后，粉碎粒度为150目，城市污泥与钢渣催化剂均匀混合，钢渣催化剂干基质量占城市污泥与钢渣催化剂总干基质量的10％，无氧条件下加热到500℃，恒温30min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为433mg/g的污泥钢渣活性炭产品，如表1所示。
实施例4
将钢渣粉碎至200目，在850℃下焙烧120min制备钢渣催化剂，城市污泥干燥后，粉碎粒度为200目，城市污泥与钢渣催化剂均匀混合，钢渣催化剂干基质量占城市污泥与钢渣催化剂总干基质量的10％，无氧条件下加热到500℃，恒温60min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为413mg/g的污泥钢渣活性炭产品，如表1所示。
实施例5
将钢渣粉碎至200目，在800℃下焙烧120min制备钢渣催化剂，城市污泥干燥后，粉碎粒度为100目，城市污泥与钢渣催化剂均匀混合，钢渣催化剂干基质量占城市污泥与钢渣催化剂总干基质量的25％，无氧条件下加热到500℃，恒温60min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为390mg/g的污泥钢渣活性炭产品如表1所示。
实施例6
将钢渣粉碎至100目，在1000℃下焙烧180min制备钢渣催化剂，城市污泥干燥后，粉碎粒度为200目，城市污泥与钢渣催化剂均匀混合，钢渣催化剂干基质量占城市污泥与钢渣催化剂总干基质量的35％，缺氧条件下加热到900℃，恒温120min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为385mg/g的污泥钢渣活性炭产品如表1所示。
实施例7
将钢渣粉碎至300目，在1000℃下焙烧150min制备钢渣催化剂，城市污泥干燥后，粉碎粒度为50目，城市污泥与钢渣催化剂均匀混合，钢渣催化剂干基质量占城市污泥与钢渣催化剂总干基质量的30％，缺氧条件下加热到900℃，恒温120min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为388mg/g的污泥钢渣活性炭产品如表1所示。
表1污泥钢渣活性炭碘值
实施例8
将煤矸石粉碎至200目，在900℃下焙烧60min制备煤矸石催化剂，城市污泥干燥后，粉碎粒度为100目，城市污泥与煤矸石催化剂均匀混合，煤矸石催化剂干基质量占城市污泥与煤矸石催化剂总干基质量的3％，无氧条件下加热到800℃，恒温60min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为330mg/g的污泥煤矸石活性炭产品，如表2所示。
实施例9
将煤矸石粉碎至200目，在900℃下焙烧60min制备煤矸石催化剂，城市污泥干燥后，粉碎粒度为100目，城市污泥与煤矸石催化剂均匀混合，煤矸石催化剂干基质量占城市污泥与煤矸石催化剂总干基质量的5％，无氧条件下加热到800℃，恒温60min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为351mg/g的污泥煤矸石活性炭产品，如表2所示。
表2污泥煤矸石活性炭碘值
实施例10
将赤泥粉碎至200目，在800℃下焙烧60min制备赤泥催化剂，城市污泥干燥后，粉碎粒度为100目，城市污泥与赤泥催化剂均匀混合，赤泥催化剂干基质量占城市污泥与赤泥催化剂总干基质量的1％，无氧条件下加热到600℃，恒温120min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为364mg/g的污泥赤泥活性炭产品，如表3所示。
实施例11
将赤泥粉碎至200目，在800℃下焙烧90min制备赤泥催化剂，城市污泥干燥后，粉碎粒度为100目，城市污泥与赤泥催化剂均匀混合，赤泥催化剂干基质量占城市污泥与赤泥催化剂总干基质量的2％，无氧条件下加热到600℃，恒温60min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为356mg/g的污泥赤泥活性炭产品，如表3所示。
实施例12
将赤泥粉碎至200目，在800℃下焙烧60min制备赤泥催化剂，城市污泥干燥后，粉碎粒度为100目，城市污泥与赤泥催化剂均匀混合，赤泥催化剂干基质量占城市污泥与赤泥催化剂总干基质量的10％，无氧条件下加热到600℃，恒温60min，取出固体产物并冷却，然后对固体产物进行粉碎，得到碘值为311mg/g的污泥赤泥活性炭产品，如表3所示。
表3污泥赤泥活性炭碘值
上述实施例虽然只列举了城市污泥作为优选实施例，但是其只是优选的列举，任何形式的污泥原料均可以应用本发明的工矿固体废弃物制备的催化剂进行污泥热解制备活性炭。污泥包括但不限于城市污泥、化工有机污泥、油泥等中的一种或几种。

Claims (10)

1.一种利用工矿固体废弃物制备的催化剂进行污泥热解制活性炭的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.利用工矿固体废弃物，粉碎后，焙烧一段时间，制备应用于污泥热解的工矿固体废弃物催化剂；
B.污泥原料干燥粉碎后，和步骤A中的所述催化剂按一定比例均匀混合得到混合物；
C.将步骤B中得到的所述混合物在无氧或缺氧条件下于一定温度下热解得到热解固体产物，恒温一段时间，热解固体产物冷却至室温，粉碎后即可得到污泥活性炭。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述工矿固体废弃物为钢渣、赤泥、煤矸石等中的一种或几种。
3.根据权利要求1-2之一所述的方法，其特征在于：所述工矿固体废弃物粉碎粒度为100～300目，优选200目。
4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于：所述工矿固体废弃物焙烧温度为800℃～1000℃。
5.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于：所述工矿固体废弃物焙烧时间为60min～180min，优选60min～120min。
6.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于：所述污泥为城市污泥、化工有机污泥、油泥等中的一种或几种。
7.根据权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于：所述污泥原料干燥后，粉碎粒度为50～200目，优选为100目。
8.根据权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于：所述工矿固体废弃物催化剂干基质量占污泥与工矿固体废弃物催化剂混合物总质量干基的百分比为1～35％，优选为1％～25％。
9.根据权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于：所述于一定温度热解的温度为300℃～900℃，优选300℃～800℃。
10.根据权利要求1-9之一所述的方法，其特征在于：所述恒温一段时间为30min～120min。
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