一种吸汞多孔陶瓷块体材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种吸汞多孔陶瓷块体材料的制备方法，首先将精密铸造厂废弃的型壳材料在粉碎机内碾压打碎成2‑5mm粒径的块体，最后采用浸渍法将活性剂负载在块体表面及其微孔隙中，利用活性剂中锰酸根离子对汞的氧化作用固定单质汞，利用多孔陶瓷块体的巨大表面积吸附价态汞。本发明专利技术提供的吸汞多孔陶瓷块体材料不仅表面积大、渗透性强、对环境友好，而且循环使用，回收简单易行，不会造成二次污染，材料制备过程简单，成本低廉，具有很好的应用前景和良好的社会经济效益。

Preparation method of mercury absorbing porous ceramic block material

The invention relates to a preparation method of porous ceramic block material for absorbing mercury. First, the waste shell material of investment casting plant is crushed into a block with a diameter of 2.5mm in the crusher. Finally, the active agent is loaded on the surface of the block and its micro-pores by impregnation method, and the oxidation of mercury by manganate ion in the active agent is utilized. Fixed elemental mercury was used to adsorb valence mercury from the huge surface area of porous ceramic blocks. The mercury-absorbing porous ceramic block material provided by the invention not only has large surface area, strong permeability, and is environmentally friendly, but also has the advantages of recycling, simple recycling, no secondary pollution, simple preparation process, low cost, good application prospect and good social and economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种吸汞多孔陶瓷块体材料的制备方法
本专利技术涉及大气环境污染治理领域，具体用于大气污染汞治理应用的一种经济环保的高效吸汞块体材料。
技术介绍
如果燃煤烟气、有色金属冶炼废气中的汞在排放前没有进行合理地脱除，就会进入环境大气和中进而进入水体及生态环境，最终影响人类生存发展。汞具有较强的毒性，对人体和动植物构成伤害。汞具有强迁移性，非常容易扩散，是一种全球性污染物，对生态环境产生危害作用。大气汞以单质汞、价态汞和颗粒汞三种形态存在，其中单质汞最难去除。石油和天然气中的汞主要以单质形式存在，含量虽然很低（1~200μg/m3），但极易通过大气环流形成全球性污染，而且滞留时间长（0.5~2年）。此外，汞在生物体内形成有机汞，不能排除。目前脱汞工艺主要有化学吸附、溶液吸收、低温分离等，其中，化学吸附工艺在经济上、脱汞效果和环保等方面具有优势。国内外常用的化学脱汞吸附剂主要有载硫/载银活性炭、负载金属硫化物和金属氧化物以及载银的分子筛等。如美国环球油品公司（UOP）的载银分子筛脱汞剂脱除效果好，且可再生，但价格昂贵；法国Axens公司的负载型金属硫化物分子筛吸附剂，可用于干气和湿气脱汞，但不可再生；美国卡尔冈炭素公司（CalgonCarbonCorporation）的载硫活性炭和中国的南京正森化工实业有限公司生产的ZS-08型载硫脱汞专用活性炭，只适用于处理干气、贫气脱汞；还有英国庄信万丰公司（JohnsonMattheyCatalysts）研发了不同性能的天然气脱汞剂，将装有吸附剂的脱汞塔添加到天然气处理流程中实现天然气脱汞。经处理后的天然气，汞浓度均降至0.01μg/m3以下。法国Axens公司生产的AxTrap系列催化脱汞吸附剂已在德国、日本、印度尼西亚、马来西亚、中国等多个国家的油气田进行应用，用于脱除天然气、凝析油等物流中的汞。吉林油田公司松原采气厂长岭天然气净化站天然气原料气中汞含量为360μg/m3，2010年11月开始采用AxTrap271脱汞剂处理天然气，将吸附塔安置于分子筛脱水装置下游，装置正常运行一年之后，脱汞塔出口天然气中汞含量降低至493ng/m3。燃煤行业、有色金属冶炼行业尾气中的汞排放也是大气污染源之一，国内外普遍采用活性炭或改性活性炭吸汞，目前活性炭消耗量巨大，成本较高。利用飞灰或其他燃烧副产物只可以吸附烟煤燃烧中的一部分气态汞。上海交通大学发现锰基复合氧化物对零价汞具有良好的吸附性能。近年有人研究出一种钙基脱汞剂—负载卤盐的沸石和硅酸钙，对价态汞具有显著的吸附效果，但对零价汞没有明显作用。本专利技术在保证了环境净化的前提下，综合考虑经济成本和制造难易程度以及资源循环利用等方面的情况，对工业上精密铸造用过的型壳残体进行简单的处理，研发出一种经济环保的高效吸汞块体材料，达到利废治污的目的。
技术实现思路
为了弥补上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提出一种吸汞多孔陶瓷块体材料的制备方法，该材料对有色金属冶炼和燃煤行业、PVC生产烟气中的汞具有较高吸附能力，不仅具有表面积大、渗透性强，能够循环使用，汞回收简单易行，不会造成二次污染；并采用了作为废弃物的工业垃圾作为原材料，制备过程简单，生产成本低廉，具有广阔的应用前景和重大的社会意义。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的，一种吸汞多孔陶瓷块体材料的制备方法，其技术要点是：包括以下步骤：1）将精密铸造产生的废弃陶瓷型壳残块用自来水或工业循环冷却废水冲洗，去除型壳表面的灰尘和其它粘附物，阳光下晒干，将晒干的陶瓷型壳残块用颚式破碎机打碎成粒径10~50mm的小块；2）将粒径10~50mm的小块放入碾压机内粉碎成粉末，留下陶瓷块体粒度为2~5mm的颗粒；3）用水洗涤步骤2）中陶瓷块体颗粒（2~5mm），自然干燥后，在900-1100℃焙烧0.5~3小时；4）将焙烧后的陶瓷块体颗粒80℃下烘干1-3小时，浸入浓度2~8g/100ml的活性剂溶液中2~8小时，取出，在70-150℃加热1-3小时；5）重复步骤4）1~3次即得成品。进一步的，精密铸造产生的废弃陶瓷型壳材料包括50~70wt%的硅溶胶、20~30wt%的煤矸石、10~20wt%的纯刚玉粉。进一步的，所述汞活性剂溶液为pH12~14、浓度2~8g/100ml的高锰酸钾或氯化钾中的一种或两种的水溶液，pH值可通过添加高锰酸钾调节，汞活性剂溶液的温度20~35℃。进一步的，所述汞吸附剂的溶剂为自来水、河水或工业循环废水一种或以上。本专利技术的优点及有益效果：（1）本专利技术提供一种经济环保的高效吸汞块体材料，采用强碱性高锰酸钾溶液对块体表面进行活化处理，开发出一种对有色金属冶炼和燃煤行业、PVC生产烟气中的汞具有较高吸附能力的多孔陶瓷块体材料，利用精密铸造工业废弃的型壳残体作为原料，变废为宝，不但可制成有益环境的吸汞剂，还可减少型壳残体等工业垃圾的堆放；（2）本专利技术将钾离子、氯离子、高锰酸根离子、高价锰离子沉淀到陶瓷型壳表面的孔隙中，仅通过简单的破碎、、清洗、焙烧、浸渍、加热等过程，即可制成。成品为多孔陶瓷颗粒，便于安装到各种管道和装置内；型壳组织内具有微细孔结构，可以最大限度地容纳能够吸汞的晶体（高锰酸钾和氯化钾），并可在吸纳汞后，将其锁定在微孔或孔隙内，避免有毒物质的流出；（3）本专利技术的制备原料易取得，为工业使用后废弃的型壳残体，活性剂溶剂选用自来水、河水或工业循环冷却的废水，极大降低了生产成本，通过控制陶瓷块体粒度，既保证了陶瓷颗粒足够的吸附面积，又保证了气流的通畅，陶瓷颗粒的粉碎、清洗、干燥可在常压下进行，不仅制备过程简单，而且成本低廉、不污染环境，具有很好的应用潜力和良好的社会经济效益。附图说明图1为工业现场使用后废弃的陶瓷型壳残块；图2为陶瓷型壳残块制成的颗粒表面的微观形貌；图3为浸渍后陶瓷颗粒表面的微观形貌；图4为浸渍后陶瓷颗粒表面的EDS图谱。具体实施方式陶瓷块体材料由工业废弃的陶瓷型壳残体组成。精密铸造型壳选用优质煤矸石、纯刚玉粉和进口高质量硅溶胶作为原材料，由50~70wt%的硅溶胶和20~30wt%的煤矸石以及10~20wt%的纯刚玉粉制成。图1是型壳残体的形貌，它经过混制、涂覆、干燥、焙烧、浇注钢水前预烧和钢水的热作用后，陶瓷组织稳定，大多数杂质元素、气体元素和低熔点元素能够挥发出去，硅溶胶基本分解，烧结在煤矸石和刚玉陶瓷颗粒的表面，形成空间连接的网状微孔结构。由于型壳内部受热作用不大，硅溶胶烧结不完全，杂质元素、气体元素和低熔点元素挥发不充分，微孔结构不完整，且容易堵塞，因此粉碎成2~5mm的颗粒，显微形貌见图2，并在900~1100℃下焙烧，使硅溶胶充分分解，大大地增加了颗粒孔隙度。汞活性剂溶液为pH值12~14、浓度2~8g/100ml的高锰酸钾或氯化钾中一种或两种的水溶液。溶剂可选用自来水或河水或工业循环冷却废水。通过上述配比即可制得具有微孔结构的陶瓷块体吸汞剂，显微组织和EDS图谱见图3、图4。实施例1本实施例中，按照本专利技术技术方案中所描述的方法制备具有经济环保的高效吸汞多孔陶瓷块体材料，将工业上精密铸造用陶瓷型壳残体（由50~70wt%的硅溶胶和20~30wt%的煤矸石以及10~20wt%的纯刚玉粉组成，经过混制、涂覆、干燥、焙烧制成，经过了浇注钢水前预烧和钢水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸汞多孔陶瓷块体材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：1）将精密铸造产生的废弃陶瓷型壳残块用自来水或工业循环冷却废水冲洗，去除型壳表面的灰尘和其它粘附物，阳光下晒干，将晒干的陶瓷型壳残块用颚式破碎机打碎成粒径10~50mm的小块；2）将粒径10~50mm的小块放入碾压机内粉碎成粉末，留下陶瓷块体粒度为2~5 mm的颗粒；3）用水洗涤步骤2）中陶瓷块体颗粒（2~5mm），自然干燥后，在900‑1100℃焙烧0.5~3小时；4）将焙烧后的陶瓷块体颗粒80℃下烘干1‑3小时，浸入浓度2~8g/100ml的活性剂溶液中2~8小时，取出，在70‑150℃加热1‑3小时；5）重复步骤4）1~3次即得成品。

【技术特征摘要】
1.一种吸汞多孔陶瓷块体材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：1）将精密铸造产生的废弃陶瓷型壳残块用自来水或工业循环冷却废水冲洗，去除型壳表面的灰尘和其它粘附物，阳光下晒干，将晒干的陶瓷型壳残块用颚式破碎机打碎成粒径10~50mm的小块；2）将粒径10~50mm的小块放入碾压机内粉碎成粉末，留下陶瓷块体粒度为2~5mm的颗粒；3）用水洗涤步骤2）中陶瓷块体颗粒（2~5mm），自然干燥后，在900-1100℃焙烧0.5~3小时；4）将焙烧后的陶瓷块体颗粒80℃下烘干1-3小时，浸入浓度2~8g/100ml的活性剂溶液中2~8小时，取出，在70-150℃加热1-3小时；5）...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正洁，陈扬，佟永顺，
申请(专利权)人：中科京投环境科技江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32