1、1 / 39煤矸石制備A型分子篩工藝條件優(yōu)化研究Optimization of Process Conditions on A Type Zeolite Preparation Using Coal Gangue asRaw Material摘要隨著我國新的大型、 特大型煤礦不斷發(fā)現(xiàn)， 煤炭能源的重要作用也受到人們 越來2 / 39越多的關(guān)注。 但是煤炭開采過程中的主要固體廢棄物， 煤矸石的環(huán)境污染問 題和資源利用問題也日益成為制約煤炭工業(yè)大力發(fā)展的瓶頸。利用煤矸石富含 硅、鋁元素， 將其制備成高附加值的分子篩， 代替?zhèn)鹘y(tǒng)低附加值產(chǎn)品是煤矸石研 究領(lǐng)域中的一個(gè)重要課題。本研究以煤矸石為原料，采

2、用酸浸 -堿熔，并通過水熱合成的方法制備高結(jié) 晶度 A 型分子篩。重點(diǎn)考察了煤矸石預(yù)處理階段和分子篩制備過程中的主要工 藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)物的影響。 考察了煤矸石制備分子篩適宜的工藝參數(shù)： 煤矸石經(jīng)破碎 至 104 卩 m,于 100C下烘干至恒重后與 33 溉酸按 V固:V液=1:8 比例混合均勻， 于 70C下加熱至干。處理后的煤矸石與 2.5 mol/L 氫氧化鈉混合，在馬弗爐中于 850C下焙燒 6h,產(chǎn)物在水溶液中浸漬，過濾除渣，濾液中添加10g/L-15g/L 硅酸鈉，待形成初凝膠后，取溶膠于水熱合成反應(yīng)釜 110C下晶化 4h,晶化產(chǎn)物水 洗至中性后過濾干燥，即得產(chǎn)品 A 型分子篩。對(duì)得

3、到的分子篩產(chǎn)品，利用 IR 和 TG-DSC 對(duì)產(chǎn)物的性能進(jìn)行了分析，結(jié)果 表明：利用煤矸石可以獲得 A 型分子篩特征明顯的產(chǎn)物，該產(chǎn)物熱穩(wěn)定性良好， 達(dá)到工業(yè)分子篩熱穩(wěn)定性要求。關(guān)鍵詞：煤矸石；分子篩；工藝優(yōu)化；制備3 / 39AbstractFor large and super large coal mine had been found constantly, the important role ofcoal energy had been paid more attention. But the environmental pollution and resourceutiliza

4、tion of coal gangue, which was the main solid waste along with the coal mining, ismore and more restricting the development of coal industry. For coal gangue is rich insilicon and aluminum, it was becoming an important issue on used coal gangue as raw toprepare high additional value product zeolite

5、to replace the lowly added products.The coal gangue had been used as raw material, prepared high crystallinity A typezeolite by acid leaching, alkali fusion and hydro-thermal method. The effect of mainprocess parameters had been researched on coal gangue pretreatment stage and zeolitesynthesize stag

6、e. The process parameters of zeolite preparing had been optimized andobtained the suitable prepare conditions:coal was grind to the particle size reach 104 卩 m,and then after was dry at 100 C , mix with 33% HCI in the ratio VS:VLwas 1:8, heated at70C, after the pretreated, coal gangue was mixed with

7、 2.5moI/L NaOH, caIcinate it at 850Cfor 6h, the product was dissoIve by water and filtrated to remove solid, filter liquor wasadded by 10g/L-15g/L Na2siO3, after the gel had been formed, put it into Hydrothermalsynthesis reactor, crystallized at 110Cfor 4h, the product was washed until reach neutral

8、,then gained the zeolite.The performance of product had been analysed by IR and TG-DsC, results showed:used coal gangue as raw material could prepared product which had A type zeolitecharacteristic, the product had good thermal stability meet the requirement of industrialuse.Key words: coal gangue;

9、zeolite; process optimization; prepare4 / 39目錄5 / 39.、八、-刖言1.1 選題意義在我國能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占 87.4%，占據(jù)非常高的比重，不過它在開采過 程中，會(huì)產(chǎn)生約占煤炭總量 15%-20%的煤矸石。截止到目前，煤矸石的堆放量 已經(jīng)達(dá)到45 億噸，而隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，煤矸石的產(chǎn)生量還會(huì)繼續(xù)增加， 煤矸石已經(jīng)成為我國目前排放量最大的工業(yè)固體廢棄物。煤矸石的大量堆積，對(duì)環(huán)境造成了極其惡劣的影響5。首先，煤矸石的大量 堆放，需要巨大的空間，占用了大量的農(nóng)田、林地和居民用地；其次，堆放環(huán)境對(duì)煤矸石的物理/化學(xué)作用，引起礦區(qū)周邊環(huán)境劣化7，煤矸石

10、含大量的粉塵， 在風(fēng)力的作用下，有可能引起大氣污染 ，在雨水的作用下，煤矸石中的粉塵和 其內(nèi)的有害化學(xué)元素，可進(jìn)入周邊的河水、土壤等環(huán)境中，造成水質(zhì)和土壤的污 染9，而且煤矸石可自燃，當(dāng)矸石山自燃后，能量長期積累，有可能引起更嚴(yán)重 的災(zāi)害10。為了促進(jìn)煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，降低煤炭開采過程中對(duì)環(huán)境的破 壞，在煤炭開采過程中，有效的對(duì)煤矸石進(jìn)行資源化利用，積極探索煤矸石利用的新途徑，一方面可以使有限的資源得到最大的利用，一方面減輕煤炭企業(yè)對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)資源利用和環(huán)境治理相結(jié)合，一直是煤炭開采加工企業(yè)亟需解決、 廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一11-15。1.1.1 煤矸石的特性分析煤矸石主要是由一些碳

11、質(zhì)頁巖、砂巖、煤炭等組分構(gòu)成16，通常情況下是碳、二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鈣、氧化鉀和氧化鎂等組分構(gòu)成的混合物17-20，燒失量多數(shù)超過 40%21-23,而不可燒組分中，二氧化硅和三氧化二鋁的組分含量 較高。雖然不同地區(qū)的組分含量有一定差異， 不過多數(shù)情況下，煤矸石不可燒組 分中的化學(xué)組成大致為：二氧化硅約為60%左右，三氧化二鋁約為 25%左右，三氧化二鐵約為 10%左右24-26，另有低于 5%的堿性金屬氧化物，而且多數(shù)煤矸 石還含有微量的氧化鈦氧化磷氧化釩等氧化物組分。煤矸石的物理性質(zhì)如表1-1所示。表 1-1 煤矸石的物理性質(zhì)容重Kg/m3硬度抗壓強(qiáng)度KPa堆積密度Kg/m3灰分%熱值KJ/Kg1040