CN110818332A - 一种利用fcc废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地质聚合物的方法 - Google Patents

一种利用fcc废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地质聚合物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用FCC废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地质聚合物的方法，包括以下步骤：(1)将FCC废催化剂和硅灰粉料混合，得到混合料粉体；(2)配制复合碱激发剂；(3)将复合碱激发剂加入到混合料粉体中，搅拌混合制得混合料激发凝胶；(4)将混合料激发凝胶注入模具中，经成模、干燥、脱模和养护即得。本发明提供的制备方法采用氢氧化钠和水玻璃的混合物作为复合碱激发剂，使反应能快速生成N‑A‑S‑H凝胶，使所得到的地质聚合物具有速凝性，同时表现出较高的早强性；以FCC废催化剂为主要的硅铝原料，硅灰作为铝质校正材料，同时实现了两种固体废弃物资源化利用；制备方法简单，生产成本低廉，环保、节能，利于推广和工业化。

Description

一种利用FCC废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地质聚合物 的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种利用FCC废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地聚合物的方法。
背景技术
本发明属于固体废弃物资源化利用技术领域。具体涉及利用FCC废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地聚合物的方法。
流化催化裂化(Fluid catalytic cracking，简称FCC)，是石油精炼厂中最重要的转化工艺之一。被广泛用于将石油原油中高沸点、高分子量的烃类组分转化为更有价值的汽油、烯烃气体和其他产品，而FCC催化剂在该工艺中扮演着重要角色。目前，FCC催化剂的使用量占据了较大的市场份额，约为炼油催化剂总使用量的68.9％。而FCC废催化剂长时间露天堆放，不仅占用大量土地资源，其中有害成分还会随着雨水的冲刷进入水体和土壤；FCC废催化剂的粒径很小，极易被人吸入，从而危害人体健康。
硅灰也叫微硅粉或称凝聚硅灰，是铁合金在冶炼硅铁和工业硅(金属硅)时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO2和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成。它是工业冶炼中的副产物，整个过程需要用除尘环保设备进行回收，因为密度较小，还需要用加密设备进行加密。硅灰的细度小于1μm的占80％以上，平均粒径在0.1-0.3μm，是一种灰状态。极易吸入人体，对健康造成威胁。因此将FCC废催化剂和硅灰资源化利用成为一个亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种工艺简单、成本低、环境友好地可充分资源化FCC废催化剂和硅灰的方法。该方法所制备的地质聚合物材料具有较好的抗压强度，可用于建筑材料，实现变废为宝。
本发明采用了FCC废催化剂和硅灰作为原料，激发剂选用了氢氧化钠和水玻璃配制的复合碱激发剂。硅粉和复合碱激发剂中均不含有钙，整个反应体系为Si+Al体系，该体系的水化产物为空间网络状的硅铝凝胶，具有快速早凝特性，良好的抗碱集料特性，以及良好的耐酸碱腐蚀性。
本发明提供的技术方案如下：
一种利用FCC废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地质聚合物的方法，包括以下步骤：
(1)将FCC废催化剂和硅灰粉料混合，得到混合料粉体；
(2)配制复合碱激发剂；
(3)将复合碱激发剂加入到混合料粉体中，搅拌混合制得混合料激发凝胶；
(4)将混合料激发凝胶注入模具中，经成模、干燥、脱模和养护即得。
具体的，所述FCC废催化剂为石油流化裂化催化失活催化剂。
具体的，所述FCC废催化剂中，主成分质量百分组成：SiO2约为30％-40wt％，Al2O3约为50％-60wt％，粒径小于0.2mm。
具体的，所述混合料粉体中FCC废催化剂占50-80wt％，硅灰粉料占20％-50wt％。
具体的，硅灰中SiO2约为93％，粒径小于0.054mm。
具体的，所述复合碱激发剂包括氢氧化钠和水玻璃。
进一步地，所述复合碱激发剂中的氢氧化钠与水玻璃的质量比为1:5。
具体的，所述混合料粉体与复合碱激发剂的质量比为2:1。
具体的，所述步骤(4)的方法如下：将所述混合凝胶倒入模具中振动，振动完成后进行养护即得。优选的方法：将混合凝胶分两次倒入40mm*40mm*40mm模具中，每加入一次物料在振实台上振动60次，振动完毕，将混合凝胶和模具一起覆盖保鲜膜，放入80℃的鼓风干燥箱中，在80℃下养护4h，脱模即得。
本发明的另一目的在于提供利用上述方法制备的FCC废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地质聚合物。
本发明的有益效果：
(1)采用氢氧化钠和水玻璃的混合物作为复合碱激发剂，使反应能快速生成N-A-S-H凝胶，使所得到的地质聚合物具有速凝性，同时表现出较高的早强性；
(2)以废FCC催化剂为主要的硅铝原料，硅灰作为铝质校正材料，不仅解决了环境污染和土地资源占用问题，同时实现了两种固体废弃物资源化利用；
(3)制备方法简单，生产成本低廉，环保、节能，利于推广和工业化。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明，本发明的内容完全不限于此。
下述实施例中FCC废催化剂，其主成分SiO2约为37.63wt％，Al2O3约为55.29wt％，粒径小于0.2mm。硅灰，SiO2约为93wt％，粒径小于0.054mm。
实施例1
制备方法如下：
(1)将200g废FCC催化剂和200g硅灰混合，得到混合料粉体；
(2)称取41.67g氢氧化钠和200g水玻璃，在搅拌下往水玻璃中加入氢氧化钠，直至氢氧化钠完全溶解；
(3)称取上述复合碱激发剂208g加入到混合料粉体中，在室温条件下，搅拌均匀即得混合料激发凝胶；
(4)将混合凝胶分两次倒入40mm*40mm*40mm模具中，每加入一次物料在振实台上振动60次，振动完毕，将混合凝胶和模具一起覆盖保鲜膜，放入80℃的鼓风干燥箱中，在80℃下养护4h，脱模即得。
抗压强度测试：于标准条件下(温度20℃，湿度95％以上)下继续养护至3天，测试其抗压强度。本实施例抗压强度为30.5MPa。
实施例2
制备方法如下：
(1)将280g废FCC催化剂和120g硅灰混合，得到混合料粉体；
(2)称取41.67g氢氧化钠和200g水玻璃，在搅拌下往水玻璃中加入氢氧化钠，直至氢氧化钠完全溶解；
(3)称取上述复合碱激发剂208g加入到混合料粉体中，在室温条件下，搅拌均匀即得混合料激发凝胶；
(4)将混合凝胶分两次倒入40mm*40mm*40mm模具中，每加入一次物料在振实台上振动60次，振动完毕，将混合凝胶和模具一起覆盖保鲜膜，放入80℃的鼓风干燥箱中，在80℃下养护4h，脱模即得。
抗压强度测试：于标准条件下(温度20℃，湿度95％以上)下继续养护至3天，测试其抗压强度。本实施例抗压强度为25.6MPa。
实施例3
制备方法如下：
(1)将320g废FCC催化剂和80g硅灰混合，得到混合料粉体；
(2)称取41.67g氢氧化钠和200g水玻璃，在搅拌下往水玻璃中加入氢氧化钠，直至氢氧化钠完全溶解；
(3)称取上述复合碱激发剂208g加入到混合料粉体中，在室温条件下，搅拌均匀即得混合料激发凝胶；
(4)将混合凝胶分两次倒入40mm*40mm*40mm模具中，每加入一次物料在振实台上振动60次，振动完毕，将混合凝胶和模具一起覆盖保鲜膜，放入80℃的鼓风干燥箱中，在80℃下养护4h，脱模即得。
抗压强度测试：于标准条件下(温度20℃，湿度95％以上)下继续养护至3天，测试其抗压强度。本实施例抗压强度为23.1MPa。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用FCC废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地质聚合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将FCC废催化剂和硅灰粉料混合，得到混合料粉体；
(2)配制复合碱激发剂；
(3)将复合碱激发剂加入到混合料粉体中，搅拌混合制得混合料激发凝胶；
(4)将混合料激发凝胶注入模具中，经成模、干燥、脱模和养护即得。
2.根据权利要求1所述的利用FCC废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地质聚合物的方法，其特征在于：所述FCC废催化剂为石油流化裂化催化失活催化剂。
3.根据权利要求2所述的利用FCC废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地质聚合物的方法，其特征在于，所述FCC废催化剂中，主成分质量百分组成：SiO2约为30％-40wt％，Al2O3约为50％-60wt％。
4.根据权利要求1所述的利用FCC废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地质聚合物的方法，其特征在于：所述硅灰中，SiO2质量分数大于90％。
5.根据权利要求1所述的利用FCC废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地质聚合物的方法，其特征在于：所述混合料粉体中FCC废催化剂占50-80wt％，硅灰粉料占20％-50wt％。
6.根据权利要求1所述的利用FCC废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地质聚合物的方法，其特征在于：所述复合碱激发剂包括氢氧化钠和水玻璃。
7.根据权利要求5所述的利用FCC废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地质聚合物的方法，其特征在于：所述复合碱激发剂中的氢氧化钠与水玻璃的质量比为1:5。
8.根据权利要求1所述的利用FCC废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地质聚合物的方法，其特征在于：所述混合料粉体与复合碱激发剂的质量比为2:1。
9.根据权利要求1所述的利用FCC废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地质聚合物的方法，其特征在于，所述步骤(4)的方法如下：将所述混合凝胶倒入模具中振动，振动完成后进行养护即得。
10.一种利用FCC废催化剂与硅灰耦合制备无钙体系地质聚合物，其特征在于：采用权利要求1-9任一项所述的方法制备。
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