黔西南煤矸石制备4a分子筛研究

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1、万方数据2009年第1期环保科技V01．15No．1黔西南煤矸石制备4A分子筛研究袁峰，张国义，谢承卫(贵州大学理学院，贵州贵阳550025)摘要通过对黔西南煤矸石的矿物组成、化学成分和4A分子筛的合成机理研究，设计了煤矸石预处理和水热法及加入导向荆制备4A分子筛的工艺流程，并经过IR，TG—DSC等手段对合成的4A分子筛进行结构和热稳定性分析，以及合成的4A分子筛对水溶液中的离子吸附量分析，对煤矸石合成高品质的4A型沸石进行了探索。关键词煤矸石4A分子筛水热法导向剂离子吸附l概述黔西南州是中国西南煤都贵州的第三大产煤区，煤炭资源非常丰富，而煤矸石是采煤过程中剔除的废弃物，其质量分数

2、达原煤产量的10％一20％⋯。煤矸石的综合利用，对于节约资源，改善环境，提高经济和社会效益，实现资源化配制和可持续发展具有重要意义。分子筛是一种人工合成的、具有微孔型立方晶格的硅铝酸盐，4A型分子筛属于分子筛中的一种，其结构与NaCI的很相似，属于立方晶系，其化学式为：Na20·A1203·2Si02·4。5H20；其中Na：hl：Si=l：l：1；Na20为17％，灿203为28％，si02为33％，H：0为22％，其空间网络结构由硅氧四面体单元[si04]和铝氧四面体单元[AIO。]交错排列而成HJ。分子直径小于分子筛晶体孔穴直径的物质可以进入分子筛晶体，从而被吸附，否则，被排斥

3、。对于小的极性分子和不饱和分子，具有选择吸附性能，极性越大，不饱和度越高，其选择吸附性越强∞J。分子筛具有优良的性能，应用广泛，随着工业发展，4A分子筛需求量不断增加。但是，工业上利用化工原料合成4A分子筛成本高，给它的推广使用带来一定困难。因此，选择廉价原料成为目前推广4A分子筛应用的重要环节。煤矸石通过高温焙烧等方法除去其他杂质矿物后其化学组成主体为SiO：和AI：03，两者累计占脱碳后煤矸石化学成分总含量的80％以上，可以作为合成沸石分子筛的原料。利用煤矸石制备沸石分子筛。既充分利用煤矸石中化学组分，又可获得应用广泛的沸石分子筛材料，不失为煤矸石高效开发利用的有效途径。2实验部

4、分2．1煤矸石的预处理工艺流程黔西南州普安某矿区煤矸石的化学成分及含量见表1：表1黔西南州酱安某矿区煤矸石的化学成分及含量％成分含量Si02鸽qFe203CaOMgoTi02N乳0烧失量其他26．0919．927．500．86O．271．380．2343．430．32由表1可知其化学组成主体是Si02，m：03，两者累计占脱碳后煤矸石化学成分总含量的81％以上，足以用来制备沸石分子筛。为了有效去除煤矸石中的有害和无效杂质，为合成4A型沸石分子筛提供高质量原料，我们设计了预处理工艺流程：煤矸石．+粉磨(42—75仙m)_强磁除铁_加入添加剂(NH。CI等，进一步除铁)-+焙烧(800o

5、C)_研磨收稿日期：2008—06—22；2008—09-01惨回作者简介：袁峰，男，1975年生，安徽蒙城人，硕士研究生，研究力-6-1：无机材料。E—mail：r∞004@126．嗍·4·万方数据2009年第1期环保科技V01．15No．1一预处理样品。工艺流程设计的目的是使煤矸石活化，尽量去除铁、钙、镁等离子和含碳有机物，而将硅、铝化合物尽可能地留在预处理样品中。研究表明煤矸石的细度控制在50岬左右、采用强磁除铁、加入添加剂后焙烧温度在800℃、焙烧时间在2—3h，再经过进一步的研磨就可制备出主要杂质基本清除、结构松散，颗粒细化的煤矸石预处理样品。从图1可以看出，煤矸石中碳的脱

6、除几乎延续到整个煅烧过程，在这个过程中煅烧煤矸石的白度也随着有规律性地提高，在800℃前，随温度的上升，白度上升得很快，但超过850℃后，一些碳酸盐的分解，包括晶型的转变，无定型的AI：0，会转化为a—AI：0，，从而是其稳定性增强，化学活性降低，不利于碱溶晶化。并且要考虑能耗，以降低生产成本。经综合考虑，确定煅烧最高温度在800—850℃之间为宜。2．2预处理后的煤矸石样品分析结果表2预处理后的煤矸石样品分析结果％成分含量Si02她03Fe203其他52．8339．760．736．68对比表l、2可知，经过强磁除铁，加入添加剂(NH。CI等)，焙烧后Ire：0，含量已很低，而SiO

7、：和hi：O，基本都保留在预处理后的煤矸石样品中。经过研磨就可制备出主要杂质基本清除、结构松散、颗粒细化有一定白度的4A分子筛原料。图1煤矸石的热重一差热(TG—DSC)分析2．34A分子筛的合成4A分子筛的合成方法与其他沸石基本类似。采用黔西南州普安煤矸石为原料，通过机械磨细、筛分、强磁除铁、加人添加剂(NH。CI等)高温焙烧处理等可以增大煤矸石的活性成分，除去煤矸石中的有机杂质以及铁，以利于沸石合成。本研究采用了水热合成法合成4A沸石分子筛，在水热反应