CN113003584B - 一种利用钢渣制备介孔硅铝材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金资源综合利用技术领域，特别涉及一种利用钢渣制备介孔硅铝材料的方法。首先在钢铁冶炼出渣过程中对钢渣进行改质，随后钢渣经过酸浸，无需进一步碱浸，即可得到含有硅铝元素的溶液，作为合成介孔材料的母液。将母液pH调节为0～3，加入表面活性剂作为模板剂，将混合溶液在20～140℃温度条件下合成3～72h，合成后进行固液分离得到介孔硅铝材料前驱体和富Ca/Mg溶液，将前驱体在500～600℃煅烧4～10h去除表面活性剂，得到有序介孔材料。富Ca/Mg溶液用于间接碳捕集，得到固体碳酸盐。本发明以冶金行业产生的钢渣作为廉价的原材料，无需额外加入硅铝源，既可制得有序介孔材料，并且合成后经固液分离后的滤液含有大量钙镁元素可用于捕集CO2，提高了钢渣的利用率。

Description

一种利用钢渣制备介孔硅铝材料的方法
技术领域
本发明涉及冶金资源综合利用技术领域，具体涉及一种利用钢渣制备介孔硅铝材料的方法。
背景技术
2020年我国粗钢产量已突破十亿吨，大约占据了全球粗钢产量的56％，而每生产1吨粗钢就会产生包括脱硫渣、冶炼渣、精炼渣约100～150kg的炼钢全渣。在我国，钢渣的利用率仅在30％左右，主要应用于制备路基材料及建筑材料等方面。近年来，由于钢渣具有较高含量的CaO和MgO，被认为是潜在的碳捕集与封存原料(CCS)。此外，钢渣中存在一定量的铬元素，浸出后残留在溶液中会对环境造成危害，因此对钢渣进行改质避免铬元素的溶出也成为钢渣无害化处理的重点，目前，钢渣改质与间接碳捕集工艺被广泛关注，即在钢铁冶炼出渣过程加入改质剂，随后利用酸性溶液提取钢渣中的Ca、Mg元素，所得富Ca/Mg溶液可进行CO2的捕集与封存，并制备相应的碳酸盐产品。虽然间接法钢渣碳捕集工艺可实现钢渣中Ca、Mg资源的回收与利用，但大量Al和Si元素仍存于酸浸溶液中，少量残存于酸浸尾渣中。因此，间接碳捕集工艺存在着溶液中大量Al和Si资源不能充分回收利用的难题，。
根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的定义，多孔材料可分为：微孔(小于2nm)、介孔(2～50nm)和大孔(大于50nm)材料，介孔材料按照成分组成可分为硅基介孔材料和非硅基介孔材料，目前研究最多与应用最广泛的为硅基介孔材料，钢渣成分中含有大量的硅铝元素，因此，提出了钢渣制备介孔硅铝材料的可行性方案。并且钢渣中含有一定量的铝元素，相比于介孔氧化硅，其稳定性更好，应用更为广泛。介孔材料由于其适宜的孔径，较大的比较面积，应用主要集中在生物医药、催化和吸附等领域。最初合成介孔材料所用原料普遍使用化学试剂，例如，正硅酸乙酯、水玻璃、异丙醇铝等，由于化学试剂成本较高，目前研究人员逐渐开始研究使用廉价原材料或固废合成介孔材料，并且取得了一些成果，目前，成功合成介孔材料的廉价原材料包括铁尾矿、煤矸石、铜尾矿、稻壳、粉煤灰、膨润土、累托石、硅藻土、埃洛石、凹凸棒石等。
专利CN101531375发明了以粉煤灰、造纸黑液为原料合成双峰硅铝介孔材料的方法，其以三嵌段聚合物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(P123)作为结构导向剂，最终合成了孔径分别分布在3～4nm及5～7nm范围之间的双峰介孔材料，但该方法在制备介孔材料过程中原料需经过高温焙烧活化。专利CN104150941A发明了一种利用钢渣和粉煤灰作为原料，加入氢氧化钠和增孔剂丙烯酸树脂乳液合成介孔材料的方法，但此方法需在模具中成型养护，并且养护时间较长，合成的介孔材料比表面积及孔体积较小。专利CN107117940A发明了一种基于改性钢渣的多孔材料及其制备方法，该方法将改性钢渣研磨细化后与粉煤灰、造孔剂、黏土混合烧结而成，制备形成了孔隙率适中、机械强度好的多孔材料，但在制备过程中需要高温烧结，耗能较大。本发明是针对钢渣间接碳捕集过程中剩余硅铝元素提出的一种资源化利用的方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种利用钢渣制备介孔硅铝材料的方法。本发明原料主要是利用转炉钢渣、电炉钢渣、精炼渣等，通过模板法合成介孔硅铝材料。该方法可与钢渣改质、间接碳捕集相结合，也解决了钢渣碳捕集过程剩余硅铝资源难以利用的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种利用钢渣制备介孔硅铝材料的方法，所述方法按如下步骤进行：
(1)在钢铁冶炼生产出渣过程中，向钢渣中加入改质剂，出渣结束后，冷却到100℃以下待用；
(2)将步骤(1)得到的改质钢渣进行机械破碎、球磨，将粒径为50～100目筛下的钢渣在酸性溶液中进行酸浸，酸浸液作为合成介孔硅铝材料的母液；
(3)向步骤(2)所得到的母液中加入pH调节剂，使得pH值范围为：0≤pH≤3。
(4)将步骤(3)得到的酸浸液作为母液，加入表面活性剂作为模板剂；
(5)将步骤(4)所得到的混合溶液在20～100℃条件下反应3～72h，或在100～140℃条件下水热反应3～72h，pH范围为0≤pH≤3；
(6)步骤(5)反应结束后，固液分离，分别得到介孔材料前驱体以及富钙镁溶液；
(7)向步骤(5)固液分离后所得富含钙镁溶液中加入pH调节剂，使得pH值范围为3≤pH≤14，并向溶液中通入含有CO2的冶金废气，反应60～120min后，过滤，得到固体碳酸盐；
(8)将步骤(6)固液分离后得到的介孔材料前驱体干燥后，在500～600℃下煅烧4～10h去除模板剂，得到介孔硅铝材料。
优选地，所述步骤(1)中所述钢渣为转炉钢渣、电炉钢渣或精炼渣，主要成分包括CaO、SiO2、MgO、Al2O3、FeO、MnO等；所述钢渣中SiO2和Al2O3的质量分数为10％～50％，成分含量列于表1中。
优选地，所述步骤(1)中对钢渣进行改质，优选改质剂为CaO、MnO、MgO中的一种或几种，该方法可将铬元素富存于尖晶石稳定相中，同时使得钙镁元素富集于易溶相中，可避免有害元素铬的大量溶出和提高钙镁元素的溶解率。
优选地，所述步骤(1)中当改质剂为CaO、MnO和MgO中的一种时，其用量为冶炼渣质量的2％～10％；当改质剂选为CaO、MnO和MgO中的两种或两种以上时，其用量为冶炼渣质量的3％～12％。
优选地，所述步骤(2)中所述钢渣粒度需用破碎机以及球磨机等设备进行细化，细化后钢渣粒径小于2mm，目的是增加钢渣的比表面积，提高钢渣中元素的溶解率。
优选地，所述步骤(2)中所述酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸、乙酸和磷酸中的一种或多种；在进行酸浸时，所述酸性溶液的H+浓度为1～5mol/L，酸浸时间为1～4h，酸浸温度为20～100℃，搅拌速率为100～600rpm；所述钢渣与所述酸性溶液的固液比为1:5～50g/mL。
优选地，所述步骤(3)中pH调节剂为HCl、CH3COOH、NaOH、NH4OH、CaO和Ca(OH)2其中的一种或多种，调节后的pH值为0≤pH≤3。
优选地，所述步骤(4)中所述模板剂为阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、非离子表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷(P123)和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠中的一种或多种，将模板剂超声溶解于去离子水中，超声功率为50～120W，温度为20～100℃。
进一步地，所述模板剂的摩尔量与所述酸浸液中硅铝摩尔量的比为：(0.05～0.2):1。
优选地，所述步骤(7)中，所述冶金废气中CO2体积含量为15％～80％，通入冶金废气的气体流量为0.2～2.0L/min，搅拌速率200～600rpm，反应温度为20～100℃，通入冶金废气的时间为80～100min，当溶液中pH≤3时，碳酸化反应结束。
优选地，所述步骤(8)对介孔材料前驱体进行干燥、煅烧，干燥时间3～12h，干燥温度为90～120℃，在550℃下煅烧6～8h去除模板剂，升温速率为1～3℃/min。
本发明具有以下有益效果：
(1)本方法所用原料为钢铁冶炼过程中排放的废弃物，即炼钢炉渣，精炼渣。本方法与钢渣改质和间接碳捕集相结合，可避免有害元素铬的大量排放，此外，此过程可实现钢渣碳捕集过程对剩余硅铝元素的利用，合成介孔材料后剩余含有大量钙镁元素的滤液可作为间接碳捕集的初始液，提高了钢渣的利用率。以浸取含有硅铝元素的溶液作为母液，之后加入表面活性剂通过模板法合成有序介孔硅铝材料，并且合成的介孔材料有较大的比表面积，可应用于生物医药、催化、吸附等领域。
(2)本发明在原料处理时，直接利用钢铁冶炼出渣过程中的余热进行改质，不需要进一步的焙烧，降低了能耗。并且以上发明专利在介孔材料的合成过程中，并未考虑原料中各元素对介孔材料的影响以及有害元素的排放问题。本发明可与钢渣改质与间接碳捕集相结合，通过改质实现钢渣中铬元素固定在稳定相中，避免有害元素的大量浸出对环境造成危害以及对介孔材料性能产生影响；在介孔材料合成后剩余溶液中含有大量的钙镁元素，可用于CO2的间接碳捕集。该方法可提高钢渣的利用率，实现钢渣各元素的无害化处理与资源化利用。
附图说明
图1为本发明利用钢渣制备介孔硅铝材料的工艺流程图。
图2为本发明实例1得到的有序介孔材料透射电镜图。
图3为本发明实例2得到的有序介孔材料透射电镜图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明利用钢渣制备介孔硅铝材料工艺流程图如图1所示，下面结合具体实施例来说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
下述实施例中钢渣为转炉钢渣、电炉钢渣和精炼渣其中的一种，钢渣中(SiO2+Al2O3)质量分数为10％～50％。
实施例1
步骤1：在转炉炼钢生产的出渣过程中，加入质量为钢渣3％的MnO改质剂，出渣结束后冷却至20℃。
步骤2：将改质后的钢渣进行破碎、球磨，用200目筛子进行筛分，200目筛下钢渣作为原料。称量100g转炉钢渣，将钢渣加入浓度为1mol/L、体积为800mL的盐酸溶液中进行浸取，酸浸时间为2h，酸浸温度为20℃。
步骤3：向步骤2中溶液中加入NH4OH，调节pH至2。
步骤4：将7.3g阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为模板剂加入100ml去离子水中，在60℃下超声0.5h至完全溶解，超声功率为100W，将完全溶解后含有模板剂的溶液加入母液中。
步骤5：将步骤4得到的混合溶液置入反应釜中在120℃温度下水热反应12h，搅拌速率为300rpm，pH范围为0≤pH≤3；
步骤6：步骤(5)反应结束后，固液分离，分别得到介孔材料前驱体和富有钙镁的溶液。
步骤7：向固液分离后所得富有钙镁的溶液中加入NH4OH，调节溶液pH为4。将CO2体积含量为15％的冶金工业废气经过除尘，通入调节pH后的溶液中，溶液温度为20℃，气体流量为0.2L/min，通气时间为120min，搅拌速率为200rpm。通气结束后，过滤，得到固体碳酸盐。
步骤8：将步骤6所得到的介孔材料前驱体进行干燥，干燥时间为4h，干燥温度为100℃，随后置入马弗炉中，升温至550℃煅烧6h去除表面活性剂，升温速率为2℃/min，最终得到介孔材料，水热合成介孔材料透射电镜图如图2所示。
实施例2
步骤1：在转炉炼钢生产的出渣过程中，加入质量为钢渣4％的MgO改质剂，出渣结束后冷却至20℃。
步骤2：将改质后的钢渣进行破碎、球磨，用200目筛子进行筛分，200目筛下钢渣作为原料。称量50g转炉钢渣，将钢渣加入浓度为1mol/L、体积为500mL的盐酸溶液中进行浸取，浸取时间为1h，酸浸温度为20℃。
步骤3：向步骤2中溶液中加入NH4OH，调节pH至2。
步骤4：将7.3g阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为模板剂加入100ml去离子水中，在60℃下超声0.5h至完全溶解，超声功率为90W，将完全溶解后含有模板剂的溶液加入母液中。
步骤5：将步骤4得到的混合溶液放置在磁力搅拌器上20℃温度下反应4h，搅拌速率为300rpm，pH范围为0≤pH≤3。
步骤6：步骤(5)反应结束后，固液分离，分别得到介孔材料前驱体和富有钙镁的溶液。
步骤7：向固液分离后所得富有钙镁的溶液中加入NaOH，调节溶液pH为6.0。将CO2体积含量为20％的冶金工业废气经过除尘，通入调节pH后的溶液中，溶液温度为40℃，气体流量为0.5L/min，通气时间为100min，搅拌速率为300rpm。通气结束后，过滤，得到固体碳酸盐。
步骤8：将步骤6所得到的介孔材料前驱体进行干燥，干燥时间为6h，干燥温度为100℃，随后置入马弗炉中，升温至550℃煅烧6h去除表面活性剂，升温速率为2℃/min，最终得到介孔材料，室温合成介孔材料透射电镜图如图3所示。
实施例3
步骤1：在转炉炼钢生产的出渣过程中，加入质量为钢渣5％的MnO改质剂，出渣结束后冷却至20℃。
步骤2：将改质后的钢渣进行破碎、球磨，选取粒径为100目筛下的钢渣作为原料。称量100g转炉钢渣，将钢渣加入浓度为3mol/L、体积为1L的盐酸溶液中进行浸取，浸取时间为2h，酸浸温度为40℃。
步骤3：向步骤2中溶液中加入NaOH溶液，调节pH至2。
步骤4：将5g非离子表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷(P123)作为模板剂加入50ml去离子水中，在60℃下超声0.5h至完全溶解，超声功率为110W，将完全溶解后含有模板剂的溶液加入母液中。
步骤5：将步骤4得到的混合溶液置入反应釜中在120℃温度下水热反应12h，搅拌速率为300rpm，pH范围为0≤pH≤3。
步骤6：步骤(5)反应结束后，固液分离，分别得到介孔材料前驱体和富有钙镁的溶液。
步骤7：向固液分离后所得富有钙镁的溶液中加入NH4OH，调节溶液pH为6.0。将CO2体积含量为30％的冶金工业废气经过除尘，通入调节pH后的溶液中，溶液温度为40℃，气体流量为1.0L/min，通气时间为90min，搅拌速率为300rpm。通气结束后，过滤，得到固体碳酸盐。
步骤8：将步骤6所得到的介孔材料前驱体进行干燥，干燥时间为8h，干燥温度为90℃，随后置入马弗炉中，升温至550℃煅烧6h去除表面活性剂，升温速率为2℃/min，最终得到介孔材料。
实施例4
步骤1：在转炉炼钢生产的出渣过程中，加入质量为钢渣4％的MnO和4％的MgO改质剂，出渣结束后冷却至20℃。
步骤2：将改质后的钢渣进行破碎、球磨，选取粒径为50目筛下的钢渣作为原料。称量100g转炉钢渣，将钢渣加入浓度为5mol/L、体积为1L的盐酸溶液中进行浸取，浸取时间为1.5h，酸浸温度为60℃。
步骤3：向步骤2中溶液中加入氢氧化钠溶液，调节pH至2。
步骤4：将5.76g阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠作为模板剂加入80ml去离子水中，在60℃下超声0.5h至完全溶解，超声功率为80W，将完全溶解后的含有模板剂的溶液加入母液中。
步骤5：将步骤4得到的混合溶液置入反应釜中在120℃温度下水热反应12h，搅拌速率为300rpm，pH范围为0≤pH≤3。
步骤6：步骤(5)反应结束后，固液分离，分别得到介孔材料前驱体和富有钙镁的溶液。
步骤7：向固液分离后所得富有钙镁的溶液中加入NaOH溶液，调节溶液pH为11。将CO2体积含量为50％的冶金工业废气经过除尘，通入调节pH后的溶液中，溶液温度为60℃，气体流量为1.2L/min，通气时间为80min，搅拌速率为300rpm。通气结束后，过滤，得到固体碳酸盐。
步骤8：将步骤6所得到的介孔材料前驱体进行干燥，干燥时间为5h，干燥温度为105℃，随后置入马弗炉中，升温至550℃煅烧6h去除表面活性剂，升温速率为2℃/min，最终得到介孔材料。
实施例5
步骤1：在转炉炼钢生产的出渣过程中，加入质量为钢渣5％的CaO改质剂，出渣结束后冷却至30℃。
步骤2：将改质后的钢渣进行破碎、球磨，用200目筛子进行筛分，200目筛下钢渣作为原料。称量100g转炉钢渣，将钢渣加入浓度为1mol/L、体积为1.5L的硝酸溶液中进行浸取，浸取时间为2h，酸浸温度为20℃。
步骤3：向步骤2中溶液加入CH3COOH溶液，调节pH至1。
步骤4：将7.3g阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为模板剂加入100ml去离子水中，在60℃下超声0.5h至完全溶解，超声功率为100W，将完全溶解后含有模板剂的溶液加入母液中。
步骤5：将步骤4得到的混合溶液放置在磁力搅拌器上60℃温度下反应4h，搅拌速率为300rpm，pH范围为0≤pH≤3。
步骤6：步骤(5)反应结束后，固液分离，分别得到介孔材料前驱体和富有钙镁的溶液。
步骤7：向固液分离后所得富有钙镁的溶液中加入NaOH溶液，调节溶液pH为12。将CO2体积含量为60％的冶金工业废气经过除尘，通入调节pH后的溶液中，溶液温度为70℃，气体流量为1.5L/min，通气时间为60min，搅拌速率为500rpm。通气结束后，过滤，得到固体碳酸盐。
步骤8：将步骤6所得到的介孔材料前驱体进行干燥，干燥时间为4h，干燥温度为110℃，随后置入马弗炉中，升温至550℃煅烧4h去除表面活性剂，升温速率为1℃/min，最终得到介孔材料。
实施例6
步骤1：在转炉炼钢生产的出渣过程中，加入质量为钢渣3％的CaO改质剂，出渣结束后冷却至30℃。
步骤2：将改质后的钢渣进行破碎、球磨，用200目筛子进行筛分，200目筛下钢渣作为原料。称量100g转炉钢渣，将钢渣加入浓度为1mol/L、体积为1L的硫酸溶液中进行浸取，浸取时间为1h，酸浸温度为20℃。
步骤3：向步骤2中溶液加入CaO，调节pH至3。
步骤4：将7.3g阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为模板剂加入100ml去离子水中，在60℃下超声0.5h至完全溶解，超声功率为70W，将完全溶解后含有模板剂的溶液加入母液中。
步骤5：将步骤4得到的混合溶液放置在磁力搅拌器上100℃温度下反应24h，搅拌速率为300rpm，pH范围为0≤pH≤3。
步骤6：步骤(5)反应结束后，固液分离，分别得到介孔材料前驱体和富有钙镁的溶液。
步骤7：向固液分离后所得富有钙镁的溶液中加入CaO，调节溶液pH为13。将CO2体积含量为60％的冶金工业废气经过除尘，通入调节pH后的溶液中，溶液温度为80℃，气体流量为1.8L/min，通气时间为100min，搅拌速率为500rpm。通气结束后，过滤，得到固体碳酸盐。
步骤8：将步骤6所得到的介孔材料前驱体进行干燥，干燥时间为6h，干燥温度为120℃，随后置入马弗炉中，升温至550℃煅烧6h去除表面活性剂，升温速率为3℃/min，最终得到介孔材料。
实施例7
步骤1：在转炉炼钢生产的出渣过程中，加入质量为钢渣6％的MnO改质剂，出渣结束后冷却至30℃。
步骤2：将改质后的钢渣进行破碎、球磨，用200目筛子进行筛分，200目筛下钢渣作为原料。称量100g转炉钢渣，将钢渣加入浓度为1mol/L、体积为1L的盐酸溶液中进行浸取，浸取时间为3h，酸浸温度为20℃。
步骤3：向步骤2中溶液加入NaOH溶液，调节pH至3。
步骤4：将7.3g阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为模板剂加入100ml去离子水中，在60℃下超声0.5h至完全溶解，超声功率为100W，将完全溶解后含有模板剂的溶液加入母液中。
步骤5：将步骤4得到的混合溶液放置在磁力搅拌器上140℃温度下反应12h，搅拌速率为300rpm，pH范围为0≤pH≤3。
步骤6：步骤(5)反应结束后，固液分离，分别得到介孔材料前驱体和富有钙镁的溶液。
步骤7：向固液分离后所得富有钙镁的溶液中加入NaOH溶液，调节溶液pH为14。将CO2体积含量为80％的冶金工业废气经过除尘，通入调节pH后的溶液中，溶液温度为70℃，气体流量为2.0L/min，通气时间为120min，搅拌速率为600rpm。通气结束后，过滤，得到固体碳酸盐。
步骤8：将步骤6所得到的介孔材料前驱体进行干燥，干燥时间为4h，干燥温度为100℃，随后置入马弗炉中，升温至550℃煅烧6h去除表面活性剂，升温速率为2℃/min，最终得到介孔材料。
实施例8
步骤1：在转炉炼钢生产的出渣过程中，加入质量为钢渣5％的MgO改质剂，出渣结束后冷却至30℃。
步骤2：将改质后的钢渣进行破碎、球磨，用200目筛子进行筛分，200目筛下钢渣作为原料。称量100g转炉钢渣，将钢渣加入浓度为5mol/L、体积为2L的硝酸溶液中进行浸取，浸取时间为2h，酸浸温度为20℃。
步骤3：向步骤2中溶液加入氢氧化钠溶液，调节pH至3。
步骤4：将7.3g阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为模板剂加入100ml去离子水中，在60℃下超声0.5h至完全溶解，超声功率为120W，将完全溶解后含有模板剂的溶液加入母液中。
步骤5：将步骤4得到的混合溶液放置在磁力搅拌器上60℃温度下反应8h，搅拌速率为300rpm，pH范围为0≤pH≤3。
步骤6：步骤(5)反应结束后，固液分离，分别得到介孔材料前驱体和富有钙镁的溶液。
步骤7：：向固液分离后所得富有钙镁的溶液中加入NaOH溶液，调节溶液pH为4.8。将CO2体积含量为80％冶金工业废气经过除尘，通入调节pH后的溶液中，溶液温度为80℃，气体流量为1.5L/min，通气时间为100min，搅拌速率为300rpm。通气结束后，过滤，得到固体碳酸盐。
步骤8：将步骤6所得到的介孔材料前驱体进行干燥，干燥时间为5h，干燥温度为110℃，随后置入马弗炉中，升温至550℃煅烧6h去除表面活性剂，升温速率为2℃/min，最终得到介孔材料。
表1钢渣化学成分组成/％
Figure BDA0002995512390000111
以上实施例对本发明的产品及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体例对本发明的主要步骤及实施方式进行了阐述，上述实施例只是帮助理解本发明的方法及核心原理。对于本领域的技术人员，依据本发明的核心原理，在具体实施中会对各条件和参数根据需要而变动，综上所述，本说明书不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种利用钢渣制备介孔硅铝材料的方法，其特征在于：所述方法按如下步骤进行：
(1)在钢铁冶炼生产出渣过程中，向钢渣中加入改质剂，出渣结束后，冷却到100℃以下待用；
(2)将步骤(1)得到的改质钢渣进行机械破碎、球磨，将粒径为50～100目筛下的钢渣在酸性溶液中进行酸浸，酸浸液作为合成介孔硅铝材料的母液；
(3)向步骤(2)所得到的母液中加入pH调节剂，使得pH值范围为：0≤pH≤3；
(4)将步骤(3)得到的酸浸液作为母液，加入表面活性剂作为模板剂；
(5)将步骤(4)所得到的混合溶液在20～100℃条件下反应3～72h，或在100～140℃条件下水热反应3～72h，pH范围为0≤pH≤3；
(6)步骤(5)反应结束后，固液分离，分别得到介孔材料前驱体以及富钙镁溶液；
(7)向步骤(5)固液分离后所得富含钙镁溶液中加入pH调节剂，使得pH值范围为3≤pH≤14，并向溶液中通入含有CO2的冶金废气，反应60～120min后，过滤，得到固体碳酸盐；
(8)将步骤(6)固液分离后得到的介孔材料前驱体干燥后，在500～600℃下煅烧4～10h去除模板剂，得到介孔硅铝材料；
所述步骤(1)中所述钢渣改质剂为CaO，其用量为冶炼渣质量的2％～10％；
所述步骤(2)中所述酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸、乙酸和磷酸中的一种或多种；所述酸性溶液的H+浓度为1～5mol/L，酸浸时间为1～4h，酸浸温度为20～100℃，搅拌速率为100～600rpm；所述钢渣与所述酸性溶液的固液比为1:5～50g/mL。
2.根据权利要求1所述利用钢渣制备介孔硅铝材料的方法，其特征在于：所述步骤(1)中所述钢渣为转炉钢渣、电炉钢渣或精炼渣；所述钢渣中SiO2和Al2O3的质量分数为10％～50％。
3.根据权利要求1所述利用钢渣制备介孔硅铝材料的方法，其特征在于：所述pH调节剂为HCl、CH3COOH、NaOH、NH4OH、CaO和Ca(OH)2其中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述利用钢渣制备介孔硅铝材料的方法，其特征在于：所述步骤(4)中所述模板剂为阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、非离子表面活性剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠中的一种或多种，将模板剂超声溶解于去离子水中，超声功率为50～120W，温度为20～100℃。
5.根据权利要求4所述利用钢渣制备介孔硅铝材料的方法，其特征在于：所述模板剂的摩尔量与所述酸浸液中硅铝摩尔量的比为：0.05～0.2:1。
6.根据权利要求1所述利用钢渣制备介孔硅铝材料的方法，其特征在于：所述步骤(7)中，所述冶金废气中CO2体积含量为15％～80％，通入冶金废气的气体流量为0.2～2.0L/min，搅拌速率200～600rpm，反应温度为20～100℃，通入冶金废气的时间为80～100min，当溶液中pH≤3时，碳酸化反应结束。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(8)对介孔材料前驱体进行干燥、煅烧，干燥时间3～12h，干燥温度为90～120℃，在550℃下煅烧6～8h去除模板剂，升温速率为1～3℃/min。
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