[发明专利]一种利用蛇纹石提镁硅渣制备硅酸锂高温固碳材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以蛇纹石提镁硅渣为原料制备硅酸锂型高温CO₂捕收材料的方法，属于蛇纹石资源综合利用与高温固碳和节能减排领域。 

背景技术

蛇纹石提镁硅渣是目前对蛇纹石资源（包括以蛇纹石为主要成分的石棉尾矿）深加工以综合利用其所含镁、硅、铁、镍等多种有价元素过程中所得的一种主要中间产物，是蛇纹石经过适当的处理工艺（酸浸或盐熔后水浸）被提取出绝大部分镁质组分后所剩余的残渣，其产量相对所处理蛇纹石原料量占比通常可高达40%~50%，蛇纹石提镁硅渣的高效利用直接关系着蛇纹石资源的高效综合利用。 

蛇纹石提镁硅渣以无定型的二氧化硅为主要化学成分，同时含有少量的氧化镁、氧化钙、氧化铁等组分，根据蛇纹石加工工艺的不同，提镁硅渣中所含SiO₂含量可从55%~95%变化，其比表面积通常可达100~300m²/g，是一种具有大比表面积、高反应活性的富硅产物。利用蛇纹石提镁硅渣的成分与结构特点添加适当的锂源制备具有高附加值的环境材料硅酸锂可有效克服以往蛇纹石提镁硅渣利用效率不高的弊端，从而可直接带动蛇纹石资源的高效综合利用，并附带收获一定的环境效益。 

随着全球温室效应的凸显，减少CO₂ 的排放已成为应对气候变暖的最重要的技术路线之一。硅酸锂高温固碳材料作为近些年新兴的一种高效高温固碳材料不仅具有在高温下对CO₂良好的吸附适应性，还具有较大的CO₂ 吸收容量、较快的吸附脱附速率以及良好的循环再生性，因此在众多的CO₂高温固体吸收剂中脱颖而出，可广泛应用于化石燃料电厂烟道气以及汽车尾气等高温环境下的CO₂捕集，对减排意义重大。 

硅酸锂高温固碳材料的合成涉及的因素较多，概括的讲主要有原料选择和合成工艺的选择两个方面。其中，合成原料的选择又通常包括硅源的选择和锂源的选择；合成工艺方面目前主要以高温固相合成工艺为主流工艺，但也有溶胶-凝胶、饱和液相浸渍等与高温固相法的联合工艺。国内外的一些研究人员曾对硅酸锂高温固碳材料的合成有相应的研究，但大多数研究是以化学纯或稍经加工的二氧化硅、正硅酸乙酯等为硅源，或者以相对廉价但不可再生的硅质非金属矿如硅藻土、沸石等为硅源，在锂源的选择上目前的报道也多以碳酸锂、硝酸锂为主，材料的合成温度大多在600℃以上。总的来说，目前报道的硅酸锂高温固碳材料制备方法大多存在原料成本较高、材料合成能耗高，合成反应本身还会有CO₂或其他污染气体排出的弊端。 

我国有赋存丰富的蛇纹石矿资源以及堆积量庞大的石棉尾矿资源，这些资源尤其是作为二次资源的石棉尾矿的综合开发利用已迫在眉睫，综合利用其所含镁、硅、铁、镍等多种有价元素也已证明是必经之路，因此，在目前及未来相当长一段时期内蛇纹石提镁硅渣将有充足的来源。迄今为止，尚未见到以蛇纹石提镁硅渣为原料来制备硅酸锂高温固碳材料的发明专利、研究文献等的报道。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可在高温下高效吸收CO₂的硅酸锂高温固碳材料的制备方法，它以蛇纹石提镁硅渣（含石棉尾矿提镁硅渣）为原料，添加单水氢氧化锂做锂源，不仅降低了硅酸锂材料的制备成本及反应过程能耗，保证了合成反应本身不释放新的温室气体和污染气体，还为蛇纹石提镁硅渣的高效利用开辟了新途径。 

本发明的技术方案为：将蛇纹石提镁硅渣或经过相应工艺预处理的蛇纹石提镁硅渣与单水氢氧化锂按一定计量比充分混合均匀，将混合均匀后的物料置于高温反应炉中，于一定的煅烧温度下煅烧一定时间，反应结束后即得到硅酸锂高温固碳材料。 

本发明的具体工艺参数为： 

蛇纹石提镁硅渣与单水氢氧化锂按硅锂摩尔比1:4~4.2配料，混合物料在高温炉中的煅烧温度为480℃~550℃，煅烧时间为0.5h~1.5h。

制备过程的主反应如下：