CN109305778A - 一种催化裂化废催化剂制备免烧砖的方法 - Google Patents

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Abstract

一种催化裂化废催化剂制备免烧砖的方法，以FCC废催化剂为原料，石子为骨料，水泥为固化剂，加入适量的水，经过搅拌、成型、养护形成免烧砖。本发明利用FCC废催化剂中硅、铝含量高和重金属含量超标的特点，利用水泥固化重金属机理，形成的水泥混凝土可将重金属离子等有毒有害物质分割包围在其中，能够高效固化重金属离子等有毒有害物质，同时实现FCC废催化剂的资源化再利用，不但处理掉污染环境的FCC废催化剂，还得到了具有较高经济价值的混凝土块料。生产过程中无二次污染，工艺流程简单、成本低、无害化效果好，减少固体废物的产生量和危害性、充分利用固体废物和无害化处置固体废物，促进清洁生产和循环经济发展。

Description

一种催化裂化废催化剂制备免烧砖的方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种催化裂化废催化剂制备免烧砖的方法。
背景技术
催化裂化装置中由于催化剂受重金属污染而使催化剂活性加速下降，导致催化剂的反应选择性变差，如果只靠自然跑损和补充新剂是无法维持平衡剂的活性和选择性的，因此需要定期卸出一部分平衡剂以保证装置内催化剂的活性和选择性水平。这种卸出的平衡剂称为催化裂化废催化剂(以下简称FCC废催化剂)。FCC废催化剂活性低，并含有一定量的重金属，污染性强，无害化处理困难，不合规范的随意处理会对人类生存环境构成严重威胁。
FCC废催化剂经过无害化处置后，其危害性应低于国家标准控制的危害要求。但是按照国家危险废物鉴别标准通则(GB5085.7-2007)的规定，具有毒性(包括浸出毒性、急性毒性及其他毒性)和感染性等一种或一种以上危险特性的危险废物处理后的废物仍属于危险废物。因此，除了对FCC废催化剂进行无害化处理外，还必须找到FCC废催化剂无害化处理后产品的新用途，对其进行资源化利用。
US 8216532B1提出了一种回收FCC废催化剂中重金属的方法，采用酸、碱等化学试剂与废催化剂进行反应，使沉积在催化剂上的重金属如钒、镍等有毒物质发生反应，使催化剂被堵塞孔道、表面得到清洗，可以使催化剂损失的活性得到恢复。
中国专利200810014209.8提出了一种有机无机耦合法复活催化剂的活性，复活后的催化剂可以循环回到催化裂化装置重新使用。
这些研究都认为FCC废催化剂上的稀土、重金属以及分子筛是有价值的物质，考虑如何进行回收利用。然而，FCC废催化剂上的重金属含量较低，比如镍元素的含量一般在0.2-1.5％，由于回收过程中使用大量的酸碱溶液，存在成本较高以及二次污染的问题。因此，目前还未见回收FCC废催化剂中重金属、稀土和分子筛的工业化装置投入运营。
但是，在实际资源化过程中，如果能够将重金属固化在产品中，不让它析出危害环境，同样也能达到无害化的效果。
FCC废催化剂的主要成分是硅、铝等无机物，与许多建筑材料的原料成分相近，可作为替代原料制造建筑材料。它不仅解决了FCC废催化剂危害环境的问题，也达到资源化利用的目的。FCC废催化剂除了解决废物的出路，实现了资源的再利用外，还提高了建筑材料的后期强度。从所得建材的种类来看，FCC废催化剂的建材利用大致可分为制水泥、制砖等。
由于FCC废催化剂已经列入了国家危险废物名录，水泥厂必须取得危险废物处置经营许可证才可以对石化企业的FCC废催化剂进行处置。这就对水泥厂处置FCC废催化剂设置了人为的障碍。
因此，危险废物尽管有危险性，但是只要找到新的用途，生产的产品满足国家产品质量标准，并且不会对环境产生危害，就是国家鼓励的危险废物处置技术。
而以水泥为固化剂，利用FCC废催化剂制备免烧砖具有工艺流程简单、成本低、技术成熟等优点，不仅解决了FCC废催化剂危害环境的问题，也达到了资源化利用目的，提高了建筑材料的后期强度，成为FCC废催化剂资源化利用的首选方案。
发明内容
针对FCC废催化剂(催化裂化废催化剂)产生量大、难于处理和处理成本高的现状，本发明提供了一种催化裂化废催化剂制备免烧砖的方法，利用FCC废催化剂中硅、铝含量高和重金属含量超标的特点，以石子为骨料，水泥为固化剂，制备免烧砖资源化利用技术的方法，不但处理掉污染环境的废催化剂，还得到了具有较高经济价值的混凝土块料。
一种催化裂化废催化剂制备免烧砖的方法，以FCC废催化剂为原料，石子为骨料，水泥为固化剂，加入适量的水，经过搅拌、成型、养护形成免烧砖。
优选地，所述FCC废催化剂、石子和水泥的质量比为5-50：0-70：10-50。
优选地，所述FCC废催化剂和水泥的总质量与水的质量比为1：0.35-0.65。
优选地，所述FCC废催化剂和水泥的质量比为1：1。
优选地，所述FCC废催化剂的质量为FCC废催化剂、石子和水泥的总质量的10％-30％。
优选地，所述FCC废催化剂为粉末，该粉末为经过球磨制得。
优选地，所述FCC废催化剂的粒径为100-500目。
优选地，所述FCC废催化剂的粒径为200-500目。
优选地，所述石子的粒径大于1.0mm。
优选地，所述石子的粒径为1.0mm-5.0mm。过小时对产品强度有影响，同时介于石子也会对压力机的寿命有一定影响，因此石子的粒径也不要过大。
为更好地理解本发明的技术特点，下面简要说明本发明的技术原理和理论依据：
利用水泥固化金属，其机理是部分镍元素以不溶的金属盐形式存在于熟料矿物中，部分镍离子取代硅酸盐矿物中的钙离子形成置换式固溶体；在水化过程中会以很小的浓度释放出来，随即又被包裹起来，仅有少量重金属元素存留在混凝土孔隙的溶液中，可能通过扩散作用到达混凝土构筑物的表面，但由于受到混凝土密实体的阻碍，所以实际上又被封固在水泥混凝土中。
本发明的有益效果是：
以石子为骨料，以FCC废催化剂为原料，以水泥为固化剂制备免烧砖，利用水泥固化重金属机理，形成的水泥混凝土可将重金属离子等有毒有害物质分割包围在其中，能够高效固化重金属离子等有毒有害物质，同时实现FCC废催化剂的资源化再利用，不但处理掉污染环境的FCC废催化剂，还得到了具有较高经济价值的混凝土块料。生产过程中无二次污染，工艺流程简单、成本低、无害化效果好，减少固体废物的产生量和危害性、充分利用固体废物和无害化处置固体废物，促进清洁生产和循环经济发展。无害化处理后的FCC废催化剂，达到地表水环境质量标准(GB 3838-2002)的要求，资源化处理后得到的水泥混凝土和地质聚合物复合材料，达到免烧砖的质量标准GB/T2542-2003《砌墙砖试验方法》。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明：
一种催化裂化废催化剂制备免烧砖的方法，以FCC废催化剂为原料，石子为骨料，水泥为固化剂，酌情加入适量的水，经过搅拌、成型、养护形成免烧砖，其具体工艺流程：
(1)原料预处理
将石子用粒径1.0mm以上的标准筛进行筛分，选取其中粒径1.0mm以上的备用。
(2)原料的称量
称量试验所需要的原料。
(3)原料的混合
将称量好的FCC废催化剂、石子、水泥倒入搅拌机中，按照物料的成型要求，酌情加入适量水进行搅拌。
(4)成型
称取适量的料，加入模具中，在压力机上成型并脱模。
(5)恒温恒湿室常温养护
砖坯的养护目前有好多种，目前用的比较多的有：常温自然养护工艺，恒温恒湿养护，蒸养工艺，蒸压工艺和活化室反应工艺。本发明中采用恒温恒湿养护，这种方法是将压好的砖坯放入恒温恒湿养护室中28天。
实施例1：
实验条件：2000gFCC废催化剂，粒径100目，重金属Ni、V、Sb含量分别为6100ppm、4200ppm、5400ppm，加入500g水泥，2500g石子，适量875g水；搅拌转速：自转285/min，公转125/min；成型模具：240*115*53mm；养护条件为恒温恒湿室温养护28天。
得到的免烧砖Ni元素的浸出毒性由2.3ppm降到0.56ppm，V元素的浸出毒性由7.68ppm 降到1.34ppm，Sb元素的浸出毒性由3.74ppm降到0.28ppm；抗压强度为17MPa。满足国标地表水环境质量标准(GB 3838-2002)的要求(Ni 2ppm，V 5ppm，Sb 0.5ppm)。
实施例2：
实验条件：2000gFCC废催化剂，粒径300目，重金属Ni、V、Sb含量分别为6100ppm、4200ppm、5400ppm，加入1000g水泥，2000g石子，适量1500g水；搅拌转速：自转285/min，公转125/min；成型模具：240*115*53mm；养护条件为恒温恒湿室温养护28天。
得到的免烧砖Ni元素的浸出毒性由2.3ppm降到0.36ppm，V元素的浸出毒性由7.68ppm 降到0.89ppm，Sb元素的浸出毒性由3.74ppm降到0.26ppm；抗压强度为22MPa。满足国标地表水环境质量标准(GB 3838-2002)的要求(Ni 2ppm，V 5ppm，Sb 0.5ppm)。
实施例3：
实验条件：250gFCC废催化剂，粒径500目，重金属Ni、V、Sb含量分别为6100ppm、4200ppm、5400ppm，2500g水泥，2250g石子，适量1787.5g水；搅拌转速：自转285/min，公转125/min；成型模具：240*115*53mm；养护条件为恒温恒湿室温养护28天。
得到的免烧砖Ni元素的浸出毒性由2.3ppm降到0.12ppm，V元素的浸出毒性由7.68ppm 降到0.37ppm，Sb元素的浸出毒性由3.74ppm降到0.08ppm；抗压强度为38MPa。满足国标地表水环境质量标准(GB 3838-2002)的要求(Ni 2ppm，V 5ppm，Sb 0.5ppm)。
实施例4：
实验条件：2500gFCC废催化剂，粒径300目，重金属Ni、V、Sb含量分别为6100ppm、4200ppm、5400ppm，2500g水泥，适量2500g水；搅拌转速：自转285/min，公转125/min；成型模具：240*115*53mm；养护条件为恒温恒湿室温养护28天。
得到的免烧砖Ni元素的浸出毒性由2.3ppm降到0.76ppm，V元素的浸出毒性由7.68ppm 降到1.55ppm，Sb元素的浸出毒性由3.74ppm降到0.47ppm；抗压强度为34MPa。满足国标地表水环境质量标准(GB 3838-2002)的要求(Ni 2ppm，V 5ppm，Sb 0.5ppm)。
实施例5：
实验条件：1000gFCC废催化剂，粒径300目，重金属Ni、V、Sb含量分别为6100ppm、4200ppm、5400ppm，500g水泥，3500g石子，适量675g水；搅拌转速：自转285/min，公转125/min；成型模具：240*115*53mm；养护条件为恒温恒湿室温养护28天。
得到的免烧砖Ni元素的浸出毒性由2.3ppm降到0.46ppm，V元素的浸出毒性由7.68ppm 降到0.44ppm，Sb元素的浸出毒性由3.74ppm降到0.28ppm；抗压强度为18MPa。满足国标地表水环境质量标准(GB 3838-2002)的要求(Ni 2ppm，V 5ppm，Sb 0.5ppm)。
实施例6：
实验条件：500gFCC废催化剂，粒径300目，重金属Ni、V、Sb含量分别为6100ppm、4200ppm、5400ppm，加入2000g水泥，2500g石子，适量1000g水；搅拌转速：自转285/min，公转125/min；成型模具：240*115*53mm；养护条件为恒温恒湿室温养护28天。
得到的免烧砖Ni元素的浸出毒性由2.3ppm降到0.417pm，V元素的浸出毒性由7.68ppm 降到0.28ppm，Sb元素的浸出毒性由3.74ppm降到0.17ppm；抗压强度为29MPa。满足国标地表水环境质量标准(GB 3838-2002)的要求(Ni 2ppm，V 5ppm，Sb 0.5ppm)。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种催化裂化废催化剂制备免烧砖的方法，其特征在于，以FCC废催化剂为原料，石子为骨料，水泥为固化剂，加入适量的水，经过搅拌、成型、养护形成免烧砖。
2.根据权利要求1所述的一种催化裂化废催化剂制备免烧砖的方法，其特征在于，所述FCC废催化剂、石子和水泥的质量比为5-50：0-70：10-50。
3.根据权利要求1所述的一种催化裂化废催化剂制备免烧砖的方法，其特征在于，所述FCC废催化剂和水泥的总质量与水的质量比为1：0.35-0.65。
4.根据权利要求1或2所述的一种催化裂化废催化剂制备免烧砖的方法，其特征在于，所述FCC废催化剂和水泥的质量比为1：1。
5.根据权利要求1或2所述的一种催化裂化废催化剂制备免烧砖的方法，其特征在于，所述FCC废催化剂的质量为FCC废催化剂、石子和水泥的总质量的10％-30％。
6.根据权利要求1所述的一种催化裂化废催化剂制备免烧砖的方法，其特征在于，所述FCC废催化剂为粉末，该粉末为经过球磨制得。
7.根据权利要求6所述的一种催化裂化废催化剂制备免烧砖的方法，其特征在于，所述FCC废催化剂的粒径为100-500目。
8.根据权利要求7所述的一种催化裂化废催化剂制备免烧砖的方法，其特征在于，所述FCC废催化剂的粒径为200-500目。
9.根据权利要求1所述的一种催化裂化废催化剂制备免烧砖的方法，其特征在于，所述石子的粒径大于1.0mm。
10.根据权利要求9所述的一种催化裂化废催化剂制备免烧砖的方法，其特征在于，所述石子的粒径为1.0mm-5.0mm。
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