[发明专利]一种用高铁铝土矿尾矿水热合成4A分子筛的方法

说明书

技术领域

本发明属于硅铝酸盐化合物领域，特别涉及一种利用高铁铝土矿尾矿水热合成4A分子筛的方法。

背景技术

4A分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，具有均匀的微孔结构。由于分子筛的这种特殊孔穴结构，使得分子筛与金属盐的水溶液相接触时，溶液中的金属阳离子可以进入分子筛，而分子筛中的阳离子可被交换下来进入溶液中。4A分子筛因它独特的结构和外形、较高的钙交换能力、分散性强、无毒性等优点，替代了工业合成洗涤剂中的三聚磷酸钠(STPP)，从而减少全世界范围内愈发严重的水体富营养化现象，减轻了环境负担。

目前工业上生产的4A分子筛多以化工原料为原料，来源有限，价格昂贵，成本较高，限制了其在洗涤工业上的大规模应用。由于某些天然矿石成分与工业制备4A分子筛成分相近，学者们将研究重心转移到利用天然矿物为原料来合成4A分子筛上来，并取得了一定的成果。然而矿物的储量有限且应用需求量较高，故寻求一种化学成分能够满足4A分子筛合成要求且价值利用空间较大矿物尾矿来合成4A分子筛就显得更加具有实际意义。

铝土矿尾矿是在我国拜耳法炼铝工业选矿后的矿物，资源丰富，其低铝硅比高铁的特点，使得其难于利用，绝大部分以堆积的形式储存于尾矿坝或赤泥库中，既对环境造成污染，又是有用资源的浪费。铝土矿尾矿的主要化学成分为Al₂O₃及SiO₂，二者含量之和一般在70％左右，另有少量的Fe₂O₃、TiO₂、K₂O等。Al₂O₃与SiO₂是制备4A分子筛的主要成分，可以考虑用铝土矿尾矿作为合成4A分子筛的原料。

发明内容：

结合我国现有资源，充分利用及促进固体废弃物资源化再利用，选择了固体废弃物铝土矿尾矿制备4A分子筛材料，不仅充分利用了现有资源，同时也减少了固体废弃物带来的污染，大大降低生产成本。本发明旨在提供一种利用铝土矿尾矿制备4A分子的合成方法。

一种用铝土矿尾矿制备4A分子筛的方法，利用铝土矿选矿尾矿制备4A分子筛，合成4A分子筛的步骤为：矿碱共熔-调配溶液-水热晶化-过滤洗涤。主要原料为铝土矿尾矿，铝土矿尾矿是选矿-拜耳法生产流程中产生的固体废弃物，铝土矿尾矿中Al₂O₃含量为45％～60％，SiO₂含量为15％～25％，同时含有7～15％的Fe₂O₃，2％～4％的K₂O及2％～4％的TiO₂，其余为结晶水和挥发份以及微量的其他杂质。

具体包括以下步骤：

(1)矿碱共熔：将上述尾矿和固体NaOH置于石墨坩埚内在马弗炉中发生反应，其中矿碱比(质量)为1:0.75～1:1.5，加热到400～600℃煅烧并保温30～90min。将煅烧后产物磨细至30μm以下。

(2)调制成胶：取5g矿碱共熔产物溶于50～200mLH₂O中，常温下搅拌15min，过滤分离不溶物，取上层清液。向清液中加入5.0g九水硅酸钠，室温下充分溶解得到含硅铝凝胶。

(3)水热晶化：将步骤(2)所述含硅铝凝胶置于100mL的水热釜中，95℃下恒温加热晶化反应6h～7h。

(5)过滤洗涤：晶化反应结束后过滤，将滤渣水洗至pH为9～10，在80℃下干燥4h即得4A分子筛产品。

利用XRD、SEM、IR等一系列的表征手段显示晶化产物为结晶性、形貌以及纯度均较好，粒度分布均匀的4A分子筛。

本实验室于2012年11月曾申请专利“一种用铝土矿尾矿制备4A分子筛的方法”，由于先发表文章后申请的专利而未能成功申请。本实验室又经过不断努力探索，提出一种更加简单易行、成品性能更优的方法。以下为新方法较原方法的改进和优异：