CN107500584B - 一种页岩提钒酸浸渣的活化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种页岩提钒酸浸渣的活化方法。其技术方案是：将页岩提钒酸浸渣细磨至粒径小于60μm占90wt%以上，水洗至pH值为6~7，抽滤；将抽滤后的页岩提钒酸浸渣烘干至水分含量小于3wt%，制得预处理的页岩提钒酸浸渣。将100质量份的所述预处理的页岩提钒酸浸渣与10~20质量份的活化剂混合，干磨，然后在400~500°C条件下焙烧1~2h，制得活化的页岩提钒酸浸渣。所述页岩提钒酸浸渣中的SiO₂含量为60~70wt%，Al₂O₃含量为1~5wt%。所述活化剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾中的一种以上。本发明具有活化效率高、碱耗量小、操作安全、对设备环保、活化温度较低和能耗小的特点，所得产物用于地聚物能提高抗压强度和耐化学侵蚀性。

Description

一种页岩提钒酸浸渣的活化方法

技术领域

本发明属于页岩提钒酸浸渣技术领域。具体涉及一种页岩提钒酸浸渣的活化方法。

技术背景

页岩提钒酸浸渣是页岩提钒浸出作业后所产生的酸浸渣，目前对页岩提钒酸浸渣的处置方式主要是堆积或尾矿库填埋，不仅大量占用土地和浪费资源，且易引起二次环境污染，给国家和企业带来了巨大负担。

地聚物是由法国材料学家Davidovits于20世纪70年代末提出的一种新型碱激发无机胶凝材料。地聚物的合成原料主要由富含活性硅铝的原材料和液体碱激发剂两个部分组成，具有优良的耐化学侵蚀能力、优良的耐久性、耐高温、固化重金属离子、制备工艺简单、能耗低、绿色环保等优点。根据页岩提钒酸浸渣中Si、Al成分含量较高的特点，可考虑将其制成地聚物(焦向科，张一敏，陈铁军，等．利用低活性提钒尾矿制备地聚合物的研究[J]．非金属矿，201l，34(4)：1-4)，不仅解决了由于对页岩提钒酸浸渣的处置方式不当所造成的占用土地、浪费资源和污染环境等问题，且实现了对其进行资源化利用的目的，产生了很好的经济效益和环境效益。

然而，由于页岩提钒酸浸渣中的Si、Al主要以石英和长石等形式存在，活性较低，在激发剂作用下几乎不会发生溶解，不参与地聚合反应，导致所制备的地聚物抗压强度较低。因此，有必要对其进行活化处理，提高其活性，即提高其Si、Al的溶出率。焦向科等（焦向科．石煤提矾尾矿地聚物胶凝材料的制备、表征及其性能研究[D]．武汉理工大学博士学位论文，2012）使用NaOH对提钒尾渣进行加碱煅烧，发现其活性较原提钒尾渣有了很大的提高，但NaOH耗量大、操作危险和对设备腐蚀严重。“一种以石煤提钒尾渣为主要原料制备地聚合物的方法”（CN103482890A）专利技术，采用无水硫酸钠和熟石灰作为活化剂，在450～750℃条件下煅烧1～2h制得活化渣，虽然有一定的活化效果，但活化温度较高，能耗较大。

综上所述，现有的页岩提钒酸浸渣的活化方法依然存在活化效率低、碱耗量大、操作危险、对设备腐蚀严重、活化温度较高和能耗较大等问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的是提供一种活化效果好、碱耗量小、操作安全、对设备环保、活化温度较低和能耗小的页岩提钒酸浸渣的活化方法，活化的页岩提钒酸浸渣用于地聚物能提高抗压强度和耐化学侵蚀性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：

步骤一、将页岩提钒酸浸渣细磨至粒径小于60μm占90wt%以上，制得页岩提钒酸浸渣粉料。

步骤二、将所述页岩提钒酸浸渣粉料水洗至pH值为6~7，抽滤，再将抽滤后的页岩提钒酸浸渣烘干至水分含量为3wt%以下，制得预处理的页岩提钒酸浸渣。

步骤三、将100质量份的所述预处理的页岩提钒酸浸渣与10~20质量份的活化剂混合，干磨2~5min，制得预活化的页岩提钒酸浸渣。

步骤四、将所述预活化的页岩提钒酸浸渣在400~500°C条件下焙烧1~2h，制得活化的页岩提钒酸浸渣。

所述页岩提钒酸浸渣中的SiO₂含量为60~70wt%，Al₂O₃含量为1~5wt%。

所述活化剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾中的一种以上。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：

1、本发明将碳酸盐用于页岩提钒酸浸渣的活化过程中，加快了对页岩提钒酸浸渣中矿物晶体结构的破坏。针对页岩提钒酸浸渣中同时存在石英和长石的特点，在含Al矿物（长石）的作用下，碳酸盐与页岩提钒酸浸渣中的石英能在较低的温度下发生反应，使页岩提钒酸浸渣中的石英和长石等矿物的晶体结构遭到严重的破坏，增强了Si、Al的释放。释放的Si、Al同时与Na⁺或K⁺结合转化成可溶性的矿物，使得(Si+Al)的浸出效果大幅度提高。活化的页岩提钒酸浸渣经检测：(Si+Al)的浸出浓度为1280.2~1494mg/L，相较于现有的活化效果提高了40~50%，活化效果好；为后续地聚物的制备提供了有利条件，能显著提高地聚物抗压强度和耐化学侵蚀等性能。

2、本发明所采用的活化剂的添加量可降至10~20wt%，不仅碱耗量小，且性质温和，因此其对设备环保，操作安全。

3、本发明中页岩提钒酸浸渣的活化温度在400~500℃之间，较现有的活化温度降低了10~30%，因而活化温度较低，能耗较小。

因此，本发明具有活化效果好、碱耗量小、操作安全、对设备环保、活化温度较低和能耗小的特点，活化的页岩提钒酸浸渣用于地聚物能显著提高抗压强度和耐化学侵蚀性能。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

本具体实施方式中，活化的页岩提钒酸浸渣的检测方法是：在100mL烧杯中加入40mL浓度为5mol/L的NaOH溶液，将1g页岩提钒酸浸渣加入至所述NaOH溶液中，在90℃恒温水浴锅中加热搅拌30min，冷却；再加入10mL浓度为37wt%的盐酸溶液，搅拌30min，冷却，抽滤。通过电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）检测(Si+Al)的浸出浓度，(Si+Al)的浸出浓度越高，说明页岩提钒酸浸渣的活化效果越好。

本具体实施方式中：所述页岩提钒酸浸渣中SiO₂含量为60~70wt%，Al₂O₃含量为1~5wt%。实施例中不再赘述

实施例1

一种页岩提钒酸浸渣的活化方法。其具体步骤是：

步骤一、将页岩提钒酸浸渣细磨至粒径小于60μm占90wt%以上，制得页岩提钒酸浸渣粉料。

步骤二、将所述页岩提钒酸浸渣粉料水洗至pH值为6~7，抽滤，再将抽滤后的页岩提钒酸浸渣烘干至水分含量为3wt%以下，制得预处理的页岩提钒酸浸渣。

步骤三、将100质量份的所述预处理的页岩提钒酸浸渣与10~14质量份的活化剂混合，干磨2~5min，制得预活化的页岩提钒酸浸渣。

步骤四、将所述预活化的页岩提钒酸浸渣在400~440°C条件下焙烧1.6~2h，制得活化的页岩提钒酸浸渣。

所述活化剂为碳酸钠。

本实施例活化的页岩提钒酸浸渣经检测，(Si+Al)的浸出浓度为1358.7~1436.9mg/L。

实施例2

一种页岩提钒酸浸渣的活化方法。除所述活化剂外，其余同实施例1：

所述活化剂为碳酸氢钠和碳酸钾的混合物。

本实施例活化的页岩提钒酸浸渣经检测，(Si+Al)的浸出浓度为1304.2~1382.4mg/L。

实施例3

一种页岩提钒酸浸渣的活化方法。除所述活化剂外，其余同实施例1：

所述活化剂为碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾的混合物。

本实施例活化的页岩提钒酸浸渣经检测，(Si+Al)的浸出浓度为1282.3~1360.5mg/L。

实施例4

一种页岩提钒酸浸渣的活化方法，其具体步骤是：

步骤一、将页岩提钒酸浸渣细磨至粒径小于60μm占90wt%以上，制得页岩提钒酸浸渣粉料。

步骤二、将所述页岩提钒酸浸渣粉料水洗至pH值为6~7，抽滤，再将抽滤后的页岩提钒酸浸渣烘干至水分含量为3wt%以下，制得预处理的页岩提钒酸浸渣。

步骤三、将100质量份的所述预处理的页岩提钒酸浸渣与12~16质量份的活化剂混合，干磨2~5min，制得预活化的页岩提钒酸浸渣。

步骤四、将所述预活化的页岩提钒酸浸渣在420~460°C条件下焙烧1.4~1.8h，制得活化的页岩提钒酸浸渣。

所述活化剂为碳酸氢钠。

本实施例所制备的页岩提钒酸浸渣活化程度高，(Si+Al)的浸出浓度为1280.2~1358.4mg/L。

实施例5

一种页岩提钒酸浸渣的活化方法。除所述活化剂外，其余同实施例4：

所述活化剂为碳酸钾和碳酸氢钾的混合物。

本实施例活化的页岩提钒酸浸渣经检测，(Si+Al)的浸出浓度为1362.9~1441.1mg/L。

实施例6

一种页岩提钒酸浸渣的活化方法。除所述活化剂外，其余同实施例4：

所述活化剂为碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸钾的混合物。

本实施例活化的页岩提钒酸浸渣经检测，(Si+Al)的浸出浓度为1368.5~1446.7mg/L。

实施例7

一种页岩提钒酸浸渣的活化方法，其具体步骤是：

步骤一、将页岩提钒酸浸渣细磨至粒径小于60μm占90wt%以上，制得页岩提钒酸浸渣粉料。

步骤二、将所述页岩提钒酸浸渣粉料水洗至pH值为6~7，抽滤，再将抽滤后的页岩提钒酸浸渣烘干至水分含量为3wt%以下，制得预处理的页岩提钒酸浸渣。

步骤三、将100质量份的所述预处理的页岩提钒酸浸渣与14~18质量份的活化剂混合，干磨2~5min，制得预活化的页岩提钒酸浸渣。

步骤四、将所述预活化的页岩提钒酸浸渣在440~480°C条件下焙烧1.2~1.6h，制得活化的页岩提钒酸浸渣。

所述活化剂为碳酸钾。

本实施例所制备的页岩提钒酸浸渣活化程度高，(Si+Al)的浸出浓度为1295.9~1374.1mg/L。

实施例8

一种页岩提钒酸浸渣的活化方法。除所述活化剂外，其余同实施例7：

所述活化剂为碳酸钠和碳酸氢钾的混合物。

本实施例活化的页岩提钒酸浸渣经检测，(Si+Al)的浸出浓度为1381.7~1459.9mg/L。

实施例9

一种页岩提钒酸浸渣的活化方法。除所述活化剂外，其余同实施例7：

所述活化剂为碳酸钠、碳酸钾和碳酸氢钾的混合物。

本实施例活化的页岩提钒酸浸渣经检测，(Si+Al)的浸出浓度为1413.3~1491.5mg/L。

实施例10

一种页岩提钒酸浸渣的活化方法，其具体步骤是：

步骤一、将页岩提钒酸浸渣细磨至粒径小于60μm占90wt%以上，制得页岩提钒酸浸渣粉料。

步骤二、将所述页岩提钒酸浸渣粉料水洗至pH值为6~7，抽滤，再将抽滤后的页岩提钒酸浸渣烘干至水分含量为3wt%以下，制得预处理的页岩提钒酸浸渣。

步骤三、将100质量份的所述预处理的页岩提钒酸浸渣与16~20质量份的活化剂混合，干磨2~5min，制得预活化的页岩提钒酸浸渣。

步骤四、将所述预活化的页岩提钒酸浸渣在460~500°C条件下焙烧1.0~1.4h，制得活化的页岩提钒酸浸渣。

所述活化剂为碳酸氢钾。

本实施例所制备的页岩提钒酸浸渣活化程度高，(Si+Al)的浸出浓度为1331.2~1409.4mg/L。

实施例11

一种页岩提钒酸浸渣的活化方法。除所述活化剂外，其余同实施例10：

所述活化剂为碳酸氢钠和碳酸钾的混合物。

本实施例活化的页岩提钒酸浸渣经检测，(Si+Al)的浸出浓度为1404.7~1482.9mg/L。

实施例12

一种页岩提钒酸浸渣的活化方法。除所述活化剂外，其余同实施例10：

所述活化剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾的混合物。

本实施例活化的页岩提钒酸浸渣经检测，(Si+Al)的浸出浓度为1415.8~1494mg/L。

本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：

1、本具体实施方式将碳酸盐用于页岩提钒酸浸渣的活化过程中，加快了对页岩提钒酸浸渣中矿物晶体结构的破坏。针对页岩提钒酸浸渣中同时存在石英和长石的特点，在含Al矿物（长石）的作用下，碳酸盐与页岩提钒酸浸渣中的石英能在较低的温度下发生反应，使页岩提钒酸浸渣中的石英和长石等矿物的晶体结构遭到严重的破坏，增强了Si、Al的释放。同时其产物与Na⁺或K⁺结合转化成可溶性的矿物，使得(Si+Al)的浸出效果大幅度提高，活化的页岩提钒酸浸渣经检测，(Si+Al)的浸出浓度为1280.2~1494mg/L，相较于现有的活化效果提高了40~50%，活化效果好；为后续地聚物的制备提供了有利条件，能显著提高地聚物抗压强度和耐化学侵蚀等性能。

2、本具体实施方式所采用的活化剂的添加量可降至10~20wt%，不仅碱耗量小，且性质温和，因此其对设备环保，操作安全。

3、本具体实施方式中页岩提钒酸浸渣的活化温度在400~500℃之间，较现有的活化温度降低了10~30%，因而活化温度较低，能耗小。

因此，本具体实施方式具有活化效率高、碱耗量小、操作安全、对设备环保、活化温度较低和能耗小的优点，活化的页岩提钒酸浸渣用于地聚物能显著提高抗压强度和耐化学侵蚀性能。

Claims (2)

1.一种页岩提钒酸浸渣的活化方法，其特征在于所述活化方法的具体步骤是：

步骤一、将页岩提钒酸浸渣细磨至粒径小于60μm占90wt%以上，制得页岩提钒酸浸渣粉料；

步骤二、将所述页岩提钒酸浸渣粉料水洗至pH值为6~7，抽滤，再将抽滤后的页岩提钒酸浸渣粉料烘干至水分含量为3wt%以下，制得预处理的页岩提钒酸浸渣；

步骤三、将100质量份的所述预处理的页岩提钒酸浸渣与10~20质量份的活化剂混合，干磨2~5min，制得预活化的页岩提钒酸浸渣；

步骤四、将所述预活化的页岩提钒酸浸渣在400~500°C条件下焙烧1~2h，制得活化的页岩提钒酸浸渣；

所述活化剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾中的一种以上。

2.根据权利要求1所述的页岩提钒酸浸渣的活化方法，其特征在于所述页岩提钒酸浸渣：SiO₂含量为60~70wt%，Al₂O₃含量为1~5wt%。