CN112875736A - 利用尾煤联产吸附材料及氧化铝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用尾煤制备吸附材料及氧化铝的方法；属于煤化工技术领域；具体步骤是先在隔氧气氛下煅烧尾煤，将煅烧后的尾煤与酸性溶液混合回流浸提并过滤，将滤液经氢氧化铝溶液碱化后干燥，得到氧化铝；将滤渣干燥后，在隔氧气氛下，以10‑15℃/min的速率加热至800‑1000℃，得到活性炭吸附材料；本发明提升了尾煤中氧化铝活性，同时得到高比表面积的活性炭；解决了洗选尾煤的堆放问题，充分利用了尾煤中的有机物及无机矿物，较现有的燃烧发电和制备建筑材料，尾煤的利用效率大幅提升。

Description

利用尾煤联产吸附材料及氧化铝的方法
技术领域
本发明属于煤化工技术领域，涉及一种利用尾煤中的矿物质和有机质联产氧化铝和活性碳吸附剂的方法。
背景技术
洗选尾煤是指选煤厂进行洗选后形成的尾矿废弃物，其中主要成分是无机矿物，含量约为55-75 %，还伴随未洗选出的剩余有机物，含量约为25-40 %。其中，无机矿物的种类主要和产地有关，但大多都主要为高岭土、伊利石、蒙脱石等硅铝酸盐类矿物，主要成分为SiO2、 Al2O3，此外还含有石英，白云石、方解石等碳酸盐类矿物和少量的其他矿物。
随着煤炭开采利用，原煤中矸石含量的增加，煤炭的品质下降，使得原煤泥化程度提高，造成尾煤大量堆积。不仅造成了资源的浪费还严重的破坏生态环境。由此可见，洗选尾煤的高效利用迫在眉睫。
由于洗选尾煤燃烧具有一定的发热量，因此发电是其目前利用的重要途径，但由于其灰分含量很高，造成利用率差，且存在灰分的处置问题。另外，生产建筑材料是尾煤利用的另一条主要途径，该途径在利用前需通过在空气中煅烧除碳，仅利用尾煤中的无机矿物，过程中产生了大量的CO2，污染了生态环境还造成了资源的极大浪费。当前，有大量的学者投身于煤基固废的高值化利用并取得了一些突破，研究热点主要集中在提取氧化铝制备铝盐及硅铝酸盐（CN94113062.2、CN963115531.0及CN9911998112等）及制备分子筛、类分子筛（CN201811422242.4）等，但这些研究也只是利用了煤基固废的硅铝矿物，碳大部分被去除。如何综合利用洗选尾煤中的有机碳和无机矿物是急需解决的问题，也有少量的学者进行了研究。唐颐（CN001195883）、马静红（CN200410012332.8、CN200410012335.1和CN200710185227.8）和甄强（CN201410265829.4和CN201410266100.9）等分别公开了利用煤矸石为原料制备活性炭/沸石复合材料，但都存在生产成本高，会产生二次污染等缺点。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种综合利用洗选尾煤的方法，充分利用尾煤中的有机碳和硅铝酸盐矿物，制备出性能优异的活性炭材料和氧化铝。
具体的，为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。
利用尾煤制备吸附材料及氧化铝的方法，包括以下步骤：
a）煅烧：在隔氧气氛下煅烧尾煤样品，得到炭化尾煤；所述煅烧温度是600-800℃。
b）浸提：将炭化尾煤与酸性溶液混合后回流浸提，所述回流浸提的温度为90-110℃；浸提后过滤分别得到滤液和滤渣。
c）碱化：将所述滤液经氢氧化铝溶液碱化后干燥，即得到氧化铝。
d）活化：将所述的滤渣干燥后，在隔氧气氛下，以10-15℃/min 的速率加热至800-1000 ℃，并保持12-24h，得到活性炭吸附材料。
优选的，步骤a中所述的煅烧是以10-12℃/min的速率加热至600-800℃，并保持2-3h。
优选的，步骤a和d中所述的隔氧气氛是氮气或二氧化碳气体。
优选的，所述的尾煤样品是经过研磨后筛分至＜100目后干燥得到的。
优选的，所述的酸性溶液是18-25 wt％的盐酸溶液。
更优的，炭化尾煤与盐酸溶液的体积比为1:5。
更优的，回流浸提的时间为2-3h。
优选的，步骤d中所述滤渣干燥的温度为105-120℃。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为。
本发明首先通过在隔氧气氛下煅烧尾煤样品，得到炭化尾煤。尾煤炭化的同时提升了尾煤中氧化铝活性。采用酸浸法将尾煤中氧化铝浸出的同时尾煤样品同时达到了脱灰造孔。最后用二氧化碳活化为高比表面积的活性炭。
本发明工艺简单，易操作。与现有的活性炭原料相比，以尾煤为原料制备的活性炭廉价易得，具有较高的经济收益。本发明解决了洗选尾煤的堆放问题，充分利用了尾煤中的有机物及无机矿物，较现有的燃烧发电和制备建筑材料，尾煤的利用效率大幅提升。
附图说明
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合以下附图进行说明：
图1是实施例1中尾煤、滤渣以及得到的活性炭吸附材料吸附效果对比图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
洗选尾煤选自山西省斜沟煤矿，记为XG。表1为斜沟尾煤的工业分析、元素分析及主要化学组成，该尾煤的烧失量为32.27，SiO2和Al2O3的含量分别为32.17 wt%和27.75wt%。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
ad –干燥基（air dry basis）; M – 水分（moisture）; A – 灰分（ash yield）;VM – 挥发分（volatile matter）; FC –固定碳（fixed carbon）。
为了得到测试样品，将尾煤样品压碎并筛分至小于120目（0.125毫米），然后在105℃下干燥12 h。将干燥的细粒尾煤在管式炉中以10℃/min的速率加热至600℃，并在该温度下保持2 h，随后自然冷却至室温取出，所有的炭化过程均是在氮气气氛下进行的，得到的样品记为XG-N600。
将XG-N600样品和25 wt％盐酸溶液在固液比为1:5的锥形烧瓶中混合，然后在100°C冷凝回流2 h。反应后，将产物冷却至室温，然后过滤，将滤渣干燥并命名为XG-N600-Al。滤液经氢氧化钠溶液碱化后干燥，最终得到Al2O3样品。滤渣XG-N600-Al放入管式炉中以10℃/min的速率加热至850℃，并在该温度下保持24 h，随后自然冷却至室温，所有的活化过程均是在氮气气氛下进行的。得到的样品记为XG-N600-Al-C。
为了测试样品煅烧前后的活化产率，将未焙烧的尾煤样品XG焙烧后的样品XG-N600分别用乙二胺四乙酸（EDTA）滴定法进行了活性Al2O3的测定试验，试验结果表明未煅烧的XG尾煤活性差，Al2O3的浸出率只有4.2 wt%，而在氮气气氛下煅烧后的尾煤XG-N600不仅保留了C结构而且活性高，Al2O3的浸出率高达79.9 wt%，大幅度地提高了Al2O3的提取率，使得尾煤中的铝资源充分的利用。
为了测试尾煤基活性炭样品XG-N600-Al-C的吸附效果，进行了罗丹明B的吸附试验，试验结果如图1所示，结果表明经本发明制备的XG-N600-Al-C活性炭，对罗丹明B有良好的吸附效果，吸附量高达10.5 mg/g，而且酸洗脱灰过程有助于吸附剂对罗丹明B的吸附，吸附效率从 80.9 %提升到 97.2 %，说明该活性炭可用做有机污染物的吸附剂，有广阔的应用前景和良好的市场收益。
实施例2
本实施例将尾煤在惰性气氛中煅烧，达到有机物炭化和硅铝酸盐活化的目的，将活化后尾煤与盐酸反应以提取氯化铝及碳化物造孔，最后将过滤后的滤渣干燥后于二氧化碳气氛中活化。具体的实施方案是：
1）研磨筛分：将选取的洗选尾煤研磨后筛分至小于100目后干燥备用。
2）煅烧：将处理过的尾煤样品以10 ℃/min的速率加热至800 ℃，并保持3 h后，最后自然冷却至室温，所有过程均在隔绝氧气的环境下进行。
3）浸提：使用盐酸浸出法提取反应性三氧化二铝，浸出过程如下：活化样品和18wt％盐酸溶液在固液比为1:5的锥形烧瓶中混合，然后在110°C冷凝回流2 h。
4）过滤：将反应后的产物冷却至室温，然后过滤。
5）碱化：将得到的滤液经氢氧化铝溶液碱化后干燥，即得到氧化铝样品。
6）干燥：在105 ℃下干燥滤渣，该滤渣即为脱灰后的碳化物。
7）活化：将脱灰后的碳化物以10 ℃/min 的速率加热至1000 ℃，并保持24h后，最后自然冷却至室温，所有过程均在二氧化碳气氛下进行。活化后的样品即为最终活性炭产品。
实施例3
本实施例利用尾煤制备吸附材料及氧化铝的方法。具体的实施方案是：
1）研磨筛分：将选取的洗选尾煤研磨后筛分至小于100目后干燥备用。
2）煅烧：将处理过的尾煤样品以10 ℃/min的速率加热至700 ℃，并保持3 h后，最后自然冷却至室温，所有过程均在隔绝氧气的环境下进行。
3）浸提：使用盐酸浸出法提取反应性三氧化二铝，浸出过程如下：活化样品和20wt％盐酸溶液在固液比为1:5的锥形烧瓶中混合，然后在100°C冷凝回流2.5 h。
4）过滤：将反应后的产物冷却至室温，然后过滤。
5）碱化：将得到的滤液经氢氧化铝溶液碱化后干燥，即得到氧化铝样品。
6）干燥：在105 ℃下干燥滤渣，该滤渣即为脱灰后的碳化物。
7）活化：将脱灰后的碳化物以10 ℃/min 的速率加热至900 ℃，并保持18h后，最后自然冷却至室温，所有过程均在二氧化碳气氛下进行。活化后的样品即为最终活性炭产品。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (8)

1.利用尾煤制备吸附材料及氧化铝的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a）煅烧：在隔氧气氛下煅烧尾煤样品，得到炭化尾煤；所述煅烧温度是600-800℃；
b）浸提：将炭化尾煤与酸性溶液混合后回流浸提，所述回流浸提的温度为90-110℃；浸提后过滤分别得到滤液和滤渣；
c）碱化：将所述滤液经氢氧化铝溶液碱化后干燥，即得到氧化铝；
d）活化：将所述的滤渣干燥后，在隔氧气氛下，以10-15℃/min 的速率加热至800-1000℃，并保持12-24h，得到活性炭吸附材料。
2.根据权利要求1所述的利用尾煤制备吸附材料及氧化铝的方法，其特征在于，步骤a中所述的煅烧是以10-12℃/min的速率加热至600-800℃，并保持2-3h。
3.根据权利要求1所述的利用尾煤制备吸附材料及氧化铝的方法，其特征在于，步骤a和d中所述的隔氧气氛是氮气或二氧化碳气体。
4.根据权利要求1所述的利用尾煤制备吸附材料及氧化铝的方法，其特征在于，所述的尾煤样品是经过研磨后筛分至＜100目后干燥得到的。
5.根据权利要求1所述的利用尾煤制备吸附材料及氧化铝的方法，其特征在于，所述的酸性溶液是18-25 wt％的盐酸溶液。
6.根据权利要求5所述的利用尾煤制备吸附材料及氧化铝的方法，其特征在于，炭化尾煤与盐酸溶液的体积比为1:5。
7.根据权利要求6所述的利用尾煤制备吸附材料及氧化铝的方法，其特征在于，回流浸提的时间为2-3h。
8.根据权利要求1所述的利用尾煤制备吸附材料及氧化铝的方法，其特征在于，步骤d中所述滤渣干燥的温度为105-120℃。
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