[发明专利]一种利用催化裂化废催化剂制备地质聚合物材料的方法

说明书

本发明提供了一种利用催化裂化废催化剂制备地质聚合物材料的方法，以催化裂化废催化剂粉体为原料，加入碱激发剂激发催化裂化废催化剂粉的活性，加入适量的水，经搅拌、成型、养护形成地质聚合物材料。本发明采用地质聚合反应技术，利用地质聚合物独特的三维网状结构形成的密闭空腔，将重金属离子等有毒有害物质分割包围在其中，该地质聚合物技术无害化处置废催化剂的方法，不但可以处置污染环境的废催化剂，还得到了具有较高经济价值的地质聚合物材料，工艺流程简单，成本低，无害化效果好。

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种利用催化裂化废催化剂制备地质 聚合物材料的方法。

背景技术

催化裂化装置中由于催化剂受重金属污染而使催化剂活性加速下降，导致催化剂的反应 选择性变差，如果只靠自然跑损和补充新剂是无法维持平衡剂的活性和选择性的，因此需要 定期卸出一部分平衡剂以保证装置内催化剂的活性和选择性水平。这种卸出的平衡剂称为催 化裂化废催化剂(简称FCC废催化剂)。FCC废催化剂活性低，并含有一定量的重金属，污 染性强，无害化处理困难，不合规范的随意处理会对人类生存环境构成严重威胁。

目前，针对FCC废催化剂无害化处置的研究相对较少，较多的研究主要集中在如何利用 FCC废催化剂中的有用成分，实现变废为宝，回收具有使用价值的重金属、稀土和分子筛。

美国专利US 8216532 B1提出了一种回收FCC废催化剂中重金属的方法，采用酸、碱等 化学试剂与沉积在废催化剂上的重金属如钒、镍等有毒物质发生反应，同时使催化剂被堵塞 孔道、表面得到清洗，使催化剂损失的活性得到恢复。

中国专利200810014209.8提出了一种有机无机耦合法复活催化剂的活性，复活后的催化 剂可以循环回到催化裂化装置重新使用。

这些研究都认为FCC废催化剂上的稀土、重金属以及分子筛是有价值的物质，考虑如何 进行回收利用，然而FCC废催化剂上的重金属含量较低，比如镍元素的含量一般在0.2-1.5％， 由于回收过程中使用大量的酸碱溶液，存在成本较高以及二次污染的问题。因此，目前还未 见回收FCC废催化剂中重金属、稀土和分子筛的工业化装置投入运营。

如果转变思维，将FCC废催化剂中的重金属进行固化无害化处置，只要重金属不再浸出， 不再危害环境就可以了，这就解决了危险废物危害环境的基本问题。

近段时间，以偏高岭土、粉煤灰、炉渣等硅酸盐物质为主要原料的新型稳定/固化技术— 地质聚合物(GP)材料在重金属固化领域崭露头角，并以强度高、耐腐蚀性好、抗渗性强的 优势得到广泛关注，用GP来降低重金属的浸出率是一种较为适宜且关注度较高的处理手段。 关于重金属的固化机理目前有三种说法：(1)金属离子进入GP的网格中，参与形成三维网 络结构；(2)金属离子替代碱金属的位置，起到平衡电荷的作用；(3)GP对金属离子进行物 理包裹。

FCC废催化剂的主要成分是SiO₂、Al₂O₃等硅铝氧化物和金属氧化物，与偏高岭土、粉 煤灰、炉渣成分相近，并且经过700℃的焙烧，具有较高的反应活性，FCC废催化剂中存在Ni、V、Sb等重金属，是一种危险废弃物。如果以FCC废催化剂作为原料制备GP，不仅可 以固定重金属，解决固体废弃物处理问题，还可以作为一种高强度、耐腐蚀的建筑材料，获 得经济效益，变废为宝。

以FCC废催化剂为原料制备GP在国外已有报道。西班牙的Tashima等(Newgeopolymeric binder based on fluid catalytic cracking catalyst residue(FCC)Materials Letters 80(2012)50–52) 以FCC废催化剂为原料制备GP，考察了废催化剂的粒径、激发剂的类型以及养护温度对GP 抗压强度的影响。但对FCC废催化剂中重金属固化效果的研究还未见报道。