[发明专利]一种以煤矸石为原料制备正硅酸锂的方法

说明书

所属技术领域

本发明属于材料合成技术领域，具体涉及一种以固体废弃物煤矸石为原料制备高温CO₂吸收材料正硅酸锂的方法。

背景技术

近年来，温室气体引起的气候变化已经成为一个全球性的环境问题，而其中对气候变化影响最大的是CO₂，CO₂的吸附、分离与封存成为一个亟待解决的问题。由于人为CO₂的集中排放源是化石燃料（煤炭、石油和天然气）电厂、钢铁厂和水泥厂等，排放的CO₂温度较高，传统吸附分离材料如有机胺溶液、水滑石类黏土、沸石分子筛和活性炭等材料普遍存在吸附温度低、高温吸附容量小、高温稳定性差等缺点。若要加以利用，CO₂必须经过降温处理，该过程消耗极大能量。高温吸收CO₂材料的研究主要集中于钙基和锂基陶瓷，其中正硅酸锂材料由于具有吸收量高、应用温度广、吸收选择性好、循环性能好和高温下物理化学性质良好等优点，有望成为高温CO₂吸收的重要材料。

目前大多数硅酸锂材料的制备都是采用经过加工的SiO₂和Li₂CO₃作为原料通过高温固相法合成的，原料成本较高。煤矸石是一种在煤形成过程中与煤伴生、共生的岩石，是煤炭生产和加工过程中产生的固体废弃物，排放量相当于煤炭产量的10－15%。目前我国煤矸石已累计堆存约50亿吨，并且每年还新产生3.0－3.5亿吨煤矸石。大量的煤矸石堆积不但占用了大量的土地，同时还污染大气和水体。煤矸石中含有大量SiO₂，如果能对其进行合理的开发利用，不但能够减少环境污染，还能提高其利用价值，有着环境保护和经济效益的双重意义。

目前，尚未见到以廉价的工业固体废弃物煤矸石为原料来制备高温CO₂吸收材料正硅酸锂的文献报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种以煤矸石为原料制备高温CO₂吸收材料正硅酸锂的方法，该方法以固体废弃物煤矸石为原料，降低了成本，所制得的正硅酸锂对CO₂的吸收效果较好。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种以煤矸石为原料制备正硅酸锂的方法，该方法为：煤矸石经煅烧活化、酸浸、抽滤、水洗和烘干预处理后，与碳酸锂按摩尔比n_(Si⁴⁺₎:n_(Li⁺₎=1:3.8－4.2在溶剂中混匀，然后除去溶剂，所得固体混合料经煅烧即得。

具体的，所述煤矸石的预处理如下：将破碎研磨至200－600目的煤矸石于500－900℃煅烧活化1－3h，然后置于温度50－100℃的盐酸溶液（盐酸溶液浓度以3－6mol/L为宜，盐酸溶液的添加量一般为煤矸石重量的8－15倍）中浸泡2－5h，酸浸过的样品经抽滤、水洗后，置于烘箱中于40－100℃烘干。

所述溶剂可以为甲醇、乙醇或丙酮等。

所得固体混合料优选的煅烧条件为：于700－900℃煅烧3－8h。

本发明所述煤矸石为煤炭开采和洗煤过程中产生的固体废弃物，其主要成分是SiO₂和Al₂O₃，SiO₂含量52－65wt%，Al₂O₃含量为16－36wt%，主要杂质为Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O和Na₂O等金属氧化物及含碳有机质。煅烧活化及酸浸的目的在于除去煤矸石中的Al₂O₃和其它杂质，提高SiO₂的含量。

本发明方法具有以下有益效果：

（1）本发明以固体废弃物煤矸石为主要原料合成正硅酸锂，不但降低了正硅酸锂材料的生产成本，同时消耗了固体废弃物，减少了煤矸石对环境的污染，从而减少了治理环境的成本，为煤矸石资源化利用提供了一种更为有效、附加值更高的途径。

（2）采用本发明方法合成的正硅酸锂可以高温直接吸收CO₂，用于吸收电厂等排放的高温气体，节约能源，吸收的CO₂可以再次利用。

附图说明