一种由赤泥酸碱活化直接制备铁系脱硝催化剂的方法技术

本发明专利技术提供了一种由赤泥酸碱活化直接制备铁系脱硝催化剂的方法。所述方法法包括以下步骤：(1)向赤泥中加入酸，在70℃‑200℃反应后，得到第一浆料，所述第一浆料为酸性浆料；(2)向步骤(1)所述第一浆料中添加碱性物质，调节pH值至5‑10，得到第二浆料；(3)对步骤(2)所述第二浆料进行固液分离得到滤饼，对所述滤饼进行焙烧，得到具有脱硝活性的铁钛硅铝氧化物催化剂。本发明专利技术的方法无害化处理赤泥废弃物，同时变废为宝，直接用于烟气脱硝过程，大大降低了现有脱硝的成本，具有广泛的工业应用前景；本发明专利技术的方法得到的铁钛硅铝氧化物催化剂可以用于燃煤烟气脱硝过程，取代现有钒钨钛的脱硝催化剂。

A method of direct preparation of iron series denitrification catalyst by activation of red mud acid and alkali

【技术实现步骤摘要】
一种由赤泥酸碱活化直接制备铁系脱硝催化剂的方法
本专利技术属于氧化铝冶炼行业危险固体废弃物处理和应用领域，涉及一种由赤泥制备铁系无钒中高温脱硝催化剂的方法。
技术介绍
赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染强碱性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0～2.0吨赤泥。大量的赤泥属于强碱性物质，依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地的同时必须通过水泥围墙，避免对环境造成严重的污染。大部分国家已经将赤泥列为危险废弃物，赤泥的产生已经对人类的生产、生活造成多方面的直接和间接的影响，所以最大限度的减少赤泥的产量和危害，实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫。赤泥中不仅含有氧化铁，氧化硅、氧化铝、氧化钠及其他过渡金属氧化物等成分。赤泥中这些成分的高值化利用转化已有较多的相关专利报道，例如CN102234171A和CN101468866A中公开将赤泥进行脱碱而后作为生产水泥的原料；CN101891406A和CN1837121A公开了利用赤泥或经脱碱选铁后的赤泥和脱硫石膏制备水泥的方法；CN103373815A公开了以拜耳法赤泥为主要原料生产多孔微晶玻璃；CN103420359A公开了赤泥催化制备碳纳米管的方法；CN102757060A公开了通过石灰消钠的方式，而后分离其中铝和部分铁氧化物，实现铝化合物的深度提取。CN105536797A提出了采用赤泥负载大量的氧化铜后制备脱硝催化剂，脱硝活性仅为80％，而且温度窗口窄。然而，上述这些专利技术中，赤泥中碱性化合物的脱碱或是其他处理过程，并未使其中的氧化铁及其他过渡金属氧化物得到很好的利用。特别是实现氧化铁的催化活性。结合赤泥的污染与综合利用现状，不难发现现阶段还没有可行的技术实现赤泥中铁的高值化利用方法与途径，以及高值化且量大的赤泥应用途径。而对脱硝催化剂的调研中，商业化的中温催化剂均以钒钨钛或是钒钼钛氧化物体系，该催化剂需要耗费附加值高的钛白粉及钒钨氧化物，成本高，且高温氧化性强，很难应用于400℃以上的烟气条件。且随着国家环保政策的日益严格，建材领域水泥转窑烟气的深度脱硝势在必行，对高温高尘条件下实用的催化剂提出了新的要求。氧化铁作为活性组分或催化助剂制备脱硝催化剂的专利很多，如专利CN103949267A，CN102658161A中都提到采用氧化铁作为活性组分在载体TiO2或Al2O3表面进行负载或是混炼制备脱硝催化剂，使催化剂具有高强度与高活性。赤泥中含有丰富的氧化铁成分，通过合适的制备与调控方法完全可以将其转化为燃煤烟气脱硝的优良催化剂，况且赤泥中还含有微量的过渡金属氧化物，如Cr2O3、TiO2，Nb2O5及ZrO2，这些都对NO的催化还原起到重要作用。因此开发一种更加高效地将赤泥转化为脱硝催化剂的方法，不但能解决危废处理的难题，而且能有效的降低现有烟气脱硝成本，具有重大意义。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种由赤泥制备铁系脱硝催化剂的方法。本专利技术的方法通过酸碱调控反应，对赤泥中的碱金属进行脱除与体系中活性铁含量进行调节，实现具有中高温脱硝活性的铁钛硅铝复合氧化物的制备。本专利技术既解决了赤泥处理的难题，又降低了现有烟气脱硝成本，达到以废治废的目的。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种由赤泥制备铁系脱硝催化剂的方法，所述方法包括以下步骤：(1)向赤泥中加入酸，在70℃-200℃反应后，得到第一浆料，所述第一浆料为酸性浆料；(2)向步骤(1)所述第一浆料中添加碱性物质，调节pH值至5-10，得到第二浆料；(3)对步骤(2)所述第二浆料进行固液分离得到滤饼，对所述滤饼进行焙烧，得到具有脱硝活性的铁钛硅铝氧化物催化剂。本专利技术使用氧化铝冶炼副产含铁赤泥制备具有中高温脱硝活性的高比表面积铁钛硅铝复合物催化剂。本专利技术中，通过在一定温度下液相酸碱反应，将赤泥中铁钛硅铝化合物进行分子重组与活化，实现赤泥中碱性物质脱除与铁系氧化物等过渡金属氧化物的活化，并提高材料的比表面积，实现催化剂的中高温脱硝活性，再通过过滤以及煅烧得到催化剂产品。本专利技术得到的所述具有脱硝活性的铁钛硅铝氧化物催化剂是以Al2O3、SiO2和TiO2为载体、氧化铁及赤泥中含有的微量重金属氧化物为活性组分的中高温脱硝催化剂材料，该催化剂材料可表示为Fe2O3/SiO2-Al2O3-TiO2复合物。本专利技术中，在步骤(1)限定酸反应温度为70℃-200℃，例如70℃、90℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃或200℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。这里，70℃-200℃的温度可以让赤泥中的过渡金属氧化物在一定程度上进行酸化反应，形成相应的盐溶液；在后续的碱滴定过程重新水解转化为过渡金属氢氧化物，经过后续的洗涤、烘干、焙烧过程，使其变为γ-氧化铁，这会使本专利技术最后生成的铁钛硅铝氧化物催化剂的催化性能得到显著提升。该步骤中，通过温度的选择和酸的使用，不仅有助于实现赤泥的脱碱，还起到了使得赤泥中的氧化铁活化的作用，同时对于赤泥中铁钛硅铝化合物的分子重组和最终的得到的催化剂比表面积的提高都具有很好的促进作用。这里，若温度低于70℃，无法实现氧化铁的活化，那会使得最后得到的铁钛硅铝氧化物催化剂的催化性能明显下降；若温度高于200℃，则会造成设备材料要求太高，生产成本复杂，而且某些过渡金属盐直接发生高温水解反应，降低产物的催化活性。本专利技术中，在步骤(1)和(2)中加入酸与碱性物质调节pH值，实现赤泥中主铁、钛、硅、铝物质的重整形成新的复合物并且确保了赤泥中碱性物质的脱除。在步骤(2)中，调节pH值至5-10，例如5、6、7、8、9或10等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)中，所述酸为硫酸、盐酸、磷酸、草酸、乙酸或有机磺酸的任意一种或至少两种的组合，优选为硫酸。本专利技术中，步骤(1)中使用的酸的种类对于最终得到的铁钛硅铝氧化物催化剂的脱硝催化活性具有重要的影响，如果使用的酸在较低的温度下分解，如硝酸，则无法达到赤泥活化的目的，就会在本专利技术步骤(1)中限定的温度下发生分解，进而难以起到脱碱、提升最终得到的铁钛硅铝氧化物催化剂的比表面积和活化赤泥中的氧化铁的作用。这里优选硫酸是因为硫酸具有高稳定性。优选地，所述第一浆料的pH为0-2，例如0、0.5、1、1.5或2等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为1。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述赤泥为拜耳法赤泥、亚熔盐赤泥或烧结法赤泥中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述赤泥中氧化铁的含量为10％-60％，例如10％、20％、30％、40％、50％或60％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述酸为工业废酸，例如钛白生产过程产生的废酸(硫酸及盐酸)等。优选地，所述工业废酸中酸的质量分数为20％-60％.优选地，步骤(1)中，所述赤泥与酸的质量比为1:(0.1-5)，例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由赤泥制备铁系脱硝催化剂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)向赤泥中加入酸，在70℃‑200℃反应后，得到第一浆料，所述第一浆料为酸性浆料；(2)向步骤(1)所述第一浆料中添加碱性物质，调节pH值至5‑10，得到第二浆料；(3)对步骤(2)所述第二浆料进行固液分离得到滤饼，对所述滤饼进行焙烧，得到具有脱硝活性的铁钛硅铝氧化物催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种由赤泥制备铁系脱硝催化剂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)向赤泥中加入酸，在70℃-200℃反应后，得到第一浆料，所述第一浆料为酸性浆料；(2)向步骤(1)所述第一浆料中添加碱性物质，调节pH值至5-10，得到第二浆料；(3)对步骤(2)所述第二浆料进行固液分离得到滤饼，对所述滤饼进行焙烧，得到具有脱硝活性的铁钛硅铝氧化物催化剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述酸为硫酸、盐酸、磷酸、草酸、乙酸或有机磺酸的任意一种或至少两种的组合，优选为硫酸；优选地，所述第一浆料的pH为0-2，优选为1。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述赤泥为拜耳法赤泥、亚熔盐赤泥或烧结法赤泥中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述赤泥中氧化铁的含量为10％-60％。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述酸为工业废酸；优选地，所述工业废酸中酸的质量分数为20％-60％；优选地，步骤(1)中，所述赤泥与酸的质量比为1:(0.1-5)。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述反应的温度为80℃-180℃；优选地，步骤(1)中，所述反应的时间为3h-20h；优选地，步骤(1)中，所述反应在搅拌混合条件下进行。6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述碱性物质为碱性氢氧化物、碳酸盐或氨化合物中的任意一种或至少两种的组合，优...

【专利技术属性】
技术研发人员：余剑，杨娟，李长明，刘周恩，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，南京伟恒实验设备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11