利用高铝粉煤灰制备三维花状结构勃姆石的溶剂热法制造技术

本发明专利技术涉及一种利用高铝粉煤灰制备三维花状结构勃姆石的溶剂热法，其包括如下步骤：S1:除铁除钙：对高铝粉煤灰除铁除钙处理；S2:活化处理：在空气中烧结活化，得到含有霞石相的活化产物；S3:酸液浸出：将活化产物与无机酸水溶液反应生成含金属铝盐的浸出液；S4:碱液处理：向浸出液中加入碱液调节pH至碱性，得到碱性悬浮液；S5:溶剂热反应：向所述碱性悬浮液中加入溶剂，充分搅拌后于140～180℃密闭反应6～12h；S6：将反应液冷却后分离出沉淀物，依次洗涤、干燥，得到三维花状勃姆石。本发明专利技术以高铝粉煤灰为铝源制得纯度非常高的勃姆石结构，实现资源化利用，产物尺寸稳定均一，不需添加有毒有害的表面活性剂，绿色环保，反应温度低、周期短且工艺简单。

Solvothermal Method for Preparing Three-dimensional Flower-like Boehmite from High Aluminum Fly Ash

The present invention relates to a solvothermal method for preparing three-dimensional flower-like boehmite from high alumina fly ash, which includes the following steps: S1: iron removal and calcium removal: iron removal and calcium removal from high alumina fly ash; S2: activation treatment: sintering and activation in air to obtain activation products containing nepheline phase; S3: acid leaching: reaction of activation products with inorganic acid aqueous solution to form leaching of aluminium salts containing metals. Solution; S4: alkali treatment: adding alkali to the leaching solution to adjust pH to alkalinity to obtain alkaline suspension; S5: Solvothermal reaction: adding solvent to the alkaline suspension, fully stirring, closed reaction at 140-180 for 6-12 hours; S6: Cooling the reaction solution, separating precipitates, washing and drying sequentially, to obtain three-dimensional flower-like boehmite. The invention uses high alumina fly ash as aluminium source to produce a very high purity boehmite structure, realizes resource utilization, has stable and uniform product size, does not need to add toxic and harmful surfactants, is green, environmental friendly, has low reaction temperature, short reaction period and simple process.

【技术实现步骤摘要】
利用高铝粉煤灰制备三维花状结构勃姆石的溶剂热法
本专利技术涉及勃姆石的制备方法，具体涉及一种利用高铝粉煤灰制备三维花状结构勃姆石的溶剂热法。
技术介绍
粉煤灰是燃煤电厂产生的大宗固体废弃物，其排放量逐年增加。粉煤灰中的物相组成为晶体与玻璃体，其中的晶体矿物包括莫来石、石英、赤铁矿、磁铁矿、方解石等。高铝粉煤灰中Al2O3含量≥37％，因此可以作为潜在的提取氧化铝的资源。现阶段高铝粉煤灰主要被用作建筑材料、填筑材料、吸附材料、耐火材料、土壤改良剂以及有用组分回收等方面。其中将高铝粉煤灰作为二次资源从中提取有用组分是提高高铝粉煤灰附加值的重要途径。勃姆石又称软水铝石，分子式是γ-AlOOH，其在工业上应用广泛，可以被用作催化剂，阻燃剂，吸附剂等。勃姆石的宏观性质与其形貌有很大关系。现有的勃姆石具有纤维状、针状、管状、棒状等一维结构，片状、带状等二维结构，还有一维、二维结构所组成的束状、花状、球状、纺锤状、哈密瓜状等三维结构。三维结构勃姆石不仅具有很高的表面能和特殊表面性质而且还可防止在液相中团聚，易于分离和回收。因此很多研究人员将研究重点放在三维结构勃姆石的制备上。在制备三维结构勃姆石方法中，无模板法因其绿色环保、成本低廉而受到人们的关注。但现阶段未曾有利用高铝粉煤灰制备三维花状结构勃姆石的相关文献或专利公开。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种利用高铝粉煤灰制备三维花状结构勃姆石的溶剂热法，该方法是以高铝粉煤灰为铝源，采用无模板法制备三维花状结构勃姆石，为高铝粉煤灰的精细化利用提供新途径。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种利用高铝粉煤灰制备三维花状结构勃姆石的溶剂热法，其包括如下步骤：S1:除铁除钙：对高铝粉煤灰进行除铁除钙处理；S2:活化处理：将除铁除钙后的高铝粉煤灰在空气中烧结活化，得到含有霞石相的活化产物；S3:酸液浸出：将活化产物与无机酸水溶液反应生成含金属铝盐的浸出液；S4:碱液处理：向浸出液中加入碱液调节pH至碱性，得到碱性悬浮液；S5:溶剂热法反应：向所述碱性悬浮液中加入溶剂，充分搅拌后于140～180℃密闭反应6～12h；S6：将反应液冷却后分离出沉淀物，依次洗涤、干燥，得到三维花状勃姆石。作为本专利技术一个较佳实施例，步骤S1中，采用磁选与酸洗除铁除钙。作为本专利技术一个较佳实施例，步骤S1中，磁选时，矿浆浓度20～30％，优选为25％，采用XCGS型磁选机多次磁选去除高铝粉煤灰中的含铁矿物。磁选机的工作原理：矿浆经给矿箱流入槽体后，在给矿喷水管的水流作用下，矿粒呈松散状态进入槽体的给矿区。在磁场的作用，磁性矿粒发生磁聚而形成“磁团”或“磁链”，“磁团”或“磁链”在矿浆中受磁力作用，向磁极运动而被吸附在圆筒上。由于磁极的极性沿圆筒旋转方向是交替排列的，并且在工作时固定不动，“磁团”或“磁链”在随圆筒旋转时由于磁极交替而产生磁搅拌现象，被夹杂在“磁团”或“磁链”中的非磁性矿物在翻动中脱落下来，达到去除高铝粉煤灰中的含铁矿物的目的。作为本专利技术一个较佳实施例，步骤S1中，对除铁后的高铝粉煤灰按照固液比1～3mL/g(优选为2mL/g)加入质量浓度15～25％的盐酸水溶液(优选质量浓度20％)，在70～90℃(优选80℃)下搅拌1.5h～3h(优选为2h)来去除其中的钙氧化物及剩余的铁氧化物。作为本专利技术一个较佳实施例，步骤S2中，对经步骤S1处理后的煤灰与碳酸钠按照质量比为1.2～2:1进行混合，并将混合物置于800～900℃的活化温度下保温处理，保温时间为60～100min得到活化产物。作为本专利技术一个较佳实施例，步骤S3中，所述无机酸水溶液为质量浓度15～25％的盐酸水溶液，优选为质量浓度20％的盐酸水溶液。作为本专利技术一个较佳实施例，步骤S3中，将活化产物与所述盐酸水溶液按固液比4～6ml/g(优选为5ml/g)进行浸出反应，在常温下浸出1～2h后，离心分离，得浸出渣与浸出液。作为本专利技术一个较佳实施例，步骤S3中，还包括向浸出液中加水，将浸出液中铝离子的浓度稀释至0.15～0.2mol/L的处理。作为本专利技术一个较佳实施例，步骤S4中，向浸出液中加入苛性碱调节溶液的pH为10.5～11.5得到碱性悬浮液。作为本专利技术一个较佳实施例，步骤S5中，所述溶剂为水、水与乙醇的混合、水与异丙醇的混合、乙醇与异丙醇的混合或水、乙醇与异丙醇的混合，加至步骤S4的碱性悬浮液中，搅拌12～24h后于140～180℃密闭反应6～12h。作为本专利技术一个较佳实施例，步骤S5中，按照水与无水乙醇的体积比为1:1，水与异丙醇的体积比为1:1分别向步骤S4的碱性悬浮液中加入无水乙醇与异丙醇，搅拌12～24h后于140～180℃密闭反应6～12h。作为本专利技术一个较佳实施例，步骤S6中，所述干燥条件为：干燥温度为90～110℃，干燥时间为5～7h。溶剂热反应：一般是指将一种或几种前驱体溶解在溶剂中，然后至于密闭体系加热下反应。在溶剂热反应中，一种或几种前驱体在液相或超临界条件下，反应物分散在溶液中并且变得比较活泼，反应发生，产物缓慢生成。该过程相对简单且易于控制，并且在密闭体系中可有效防止有毒物质挥发或制备一些对空气较敏感的前驱体。另外，物相的形成、粒径的大小和均匀度、形态也能够控制，而且，产物的分散性也较好。在溶剂热条件下，溶剂的性质(密度、粘度、分散作用)相互影响，变化很大，且其性质与通常条件下相差很大，相应的反应物(通常是固体)的溶解、分散性及化学反应活性大大的提高或增强，使得反应能够在较低的温度下发生。需说明的是，在本申请中溶剂热反应所用的溶剂k可为水、水与乙醇的混合、水与异丙醇的混合、水与乙醇及异丙醇的混合。由于S4步骤中碱性悬浮液中含有水，且直接再加入溶剂后进行步骤S5的溶剂热反应，因此该溶剂热反应时水是必然存在的，在步骤S5中可再加入水进行水热反应，或者加入其它非水溶剂进行混合溶剂热反应。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术特点之一以高铝粉煤灰为铝源制备三维花状结构勃姆石，可以将粉煤灰变废为宝，实现资源化利用。优选地，本专利技术使用混合溶剂热法反应，混合溶剂热法中使用多种溶剂的混合溶剂，由于不同的溶剂极性不同，溶解性也不同，会影响花状结构勃姆石的成核与生长，而混合溶剂可根据需要调节各溶剂的比例，以控制得到形貌不同的花状结构勃姆石。第二、本专利技术的方法可得到纯度非常高的勃姆石结构(参见各XRD图所示)，且制备的勃姆石颗粒长径比均保持在2左右，每次制得的产物尺寸稳定均一。其次，在制备过程中未添加有毒有害的表面活性剂，且制备过程也不会产生任何有毒有害物质，此工艺绿色环保。此外，本专利技术的反应温度低、时间短、工艺简单、成本低廉。附图说明图1为利用高铝粉煤灰制备花状勃姆石的工艺流程图。图2(a)为本专利技术实施例1所得粉体的XRD图谱。图2(b)为本专利技术实施例2所得粉体的XRD图谱。图3(a)、(b)为本专利技术实施例1的花状勃姆石的扫描电镜照片。图3(c)、(d)为本专利技术实施例2的花状勃姆石的扫描电镜照片。图4(a)为本专利技术实施例3所得粉体的XRD图谱。图4(b)为本专利技术实施例4所得粉体的XRD图谱。图5(a)、(b)为本专利技术实施例3的花状勃姆石的扫描电镜照片。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用高铝粉煤灰制备三维花状结构勃姆石的溶剂热法，其特征在于，包括如下步骤：S1:除铁除钙：对高铝粉煤灰进行除铁除钙处理；S2:活化处理：将除铁除钙后的高铝粉煤灰在空气中烧结活化，得到含有霞石相的活化产物；S3:酸液浸出：将活化产物与无机酸水溶液反应生成含金属铝盐的浸出液；S4:碱液处理：向浸出液中加入碱液调节pH至碱性，得到碱性悬浮液；S5:溶剂热反应：向所述碱性悬浮液中加入溶剂，充分搅拌后于140～180℃密闭反应6～12h；S6：将反应液冷却后分离出沉淀物，依次洗涤、干燥，得到三维花状勃姆石。

【技术特征摘要】
1.一种利用高铝粉煤灰制备三维花状结构勃姆石的溶剂热法，其特征在于，包括如下步骤：S1:除铁除钙：对高铝粉煤灰进行除铁除钙处理；S2:活化处理：将除铁除钙后的高铝粉煤灰在空气中烧结活化，得到含有霞石相的活化产物；S3:酸液浸出：将活化产物与无机酸水溶液反应生成含金属铝盐的浸出液；S4:碱液处理：向浸出液中加入碱液调节pH至碱性，得到碱性悬浮液；S5:溶剂热反应：向所述碱性悬浮液中加入溶剂，充分搅拌后于140～180℃密闭反应6～12h；S6：将反应液冷却后分离出沉淀物，依次洗涤、干燥，得到三维花状勃姆石。2.根据权利要求1所述的制备三维花状结构勃姆石的溶剂热法，其特征在于，步骤S1中，采用磁选与酸洗除铁除钙。3.根据权利要求2所述的制备三维花状结构勃姆石的溶剂热法，其特征在于，步骤S1中，磁选时，矿浆浓度20～30％，优选为25％，采用XCGS型磁选机多次磁选去除高铝粉煤灰中的含铁矿物。4.根据权利要求2或3所述的制备三维花状结构勃姆石的溶剂热法，其特征在于，对除铁后的高铝粉煤灰按照固液比1～3mL/g加入质量浓度15～25％的盐酸水溶液，在70～90℃下搅拌1.5h～3h，以去除其中的钙氧化物及剩余的铁氧化物。5.根据权利要求1所述的制备三维花状结构勃姆石的溶剂热法，其特征在于，步骤S2中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜涛，袁瑞瑞，薛向欣，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21