一种利用钢铁渣矿化CO2联产CAN型沸石的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用钢铁渣矿化CO2联产CAN型沸石的方法，其方法包括：1采用硫酸氢铵浸出钢铁渣，获得硫酸钙浸出渣，及含有硅、铝、镁的浸出液；2通过调节第一步获得的浸出液pH实现硅及铝的共沉淀，得到硅铝凝胶；3进一步将硅铝凝胶与NaOH充分混合并加热反应，反应后用水洗涤固体产物，获得CAN型沸石及碱性洗液；4分别将硅铝沉淀母液及硫酸钙浸出渣通过第三步获得的洗液调节pH并通入CO2反应，实现CO2的矿化。矿化。矿化。

【技术实现步骤摘要】
一种利用钢铁渣矿化CO2联产CAN型沸石的方法


[0001]本专利技术属于CO2减排及固废资源化利用领域，主要涉及一种利用钢铁渣矿化CO2联产CAN型沸石的方法。

技术介绍

[0002]自工业革命以来，人类大量使用化石燃料，导致CO2排放量迅速增加，CO2减排已成为全球的热点话题。CO2捕集与封存(CCS)是国内外主要研究的末端碳减排技术。CO2矿化封存是采用碱性的天然矿物或工业固废将CO2矿化固定，得到高附加值的化学品，而CO2被转化为自然界中稳定存在的固体碳酸盐。钙镁含量较高的工业固废常常作为CO2矿化的原料。
[0003]钢铁工业是最大的工业CO2排放源之一，同时也是最大工业固废源之一，主要固废包括高炉渣和钢渣。据统计，每生产一吨粗钢将排放约2吨CO2，同时排放0.3吨高炉渣及0.15吨钢渣。2019年全球粗钢产量约为19亿吨，因此排放约8.6亿吨钢铁渣。如果用钢铁渣固碳，理论上每年可以固定CO2约2～6亿吨。另外，如果钢铁渣中硅铝能有效回收，理论上全球每年可以减少2.3亿吨天然铝土矿(以Al2O3计)及3吨石英矿石的开采，在CO2减排的同时既实现了铝工业的可持续发展又可以处理钢铁工业中产生的固废。
[0004]中国专利CN106082322A公开了一种含钛高炉渣矿化二氧化碳联产TiO2、Al2O3的方法，首先将含钛高炉渣与硫铵混和焙烧、浸出，浸出液经分步沉淀钛和铝后得到富镁溶液进行矿化，浸出渣主要成分为硫酸钙经氨水调浆后进行矿化。该专利实现了CO2减排与高炉渣资源化利用。中国专利CN1068300037A公开了一种采用高炉渣矿化CO2联产铵明矾的方法，与上述专利类似，该方法采用硫酸铵为助剂提取高炉渣中有价组分，进一步通过浸出、结晶、矿化，从而回收铵明矾，同时结晶母液(主要为MgSO4)和浸出渣(主要为CaSO4和SiO2)通过氨水调节pH后，通入CO2进行矿化反应。该专利以不同的方式回收了高炉渣中的铝，并利用钙镁矿化CO2，实现工业固废综合利用及碳减排的双重效益。但是注意到，上述方法中并没有对渣中的硅组分进行利用，若能回收利用硅组分，将实现高炉渣中主要组分的全利用。沸石是一种含水碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物，由硅氧四面体和铝氧四面体组成，其中四面体只能以顶点相连，即共用一个氧原子。CAN型沸石具有强的吸附性、离子交换性、催化和耐酸耐热等性能，因此被广泛用作吸附剂、离子交换剂和催化剂，也可用于气体的干燥、净化和污水处理等方面。为了充分利用高炉渣中的钙镁硅铝组分，本专利技术首先采用硫酸氢铵浸出钢铁渣，获得硫酸钙浸出渣，及含有硅、铝、镁的浸出液；通过调节浸出液pH实现硅及铝的共沉淀，得到硅铝凝胶；进一步将硅铝凝胶与NaOH充分混合并加热反应，实现无溶剂条件下合成CAN型沸石；分别将硅铝沉淀母液及硫酸钙浸出渣调节pH后与与CO2反应，实现CO2的矿化。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对CO2矿化以及钢铁工业固废处理问题，提供一种采用钢铁渣矿化CO2联产CAN型沸石的方法。
[0006]本专利技术所述钢铁渣矿化CO2联产CAN型沸石的方法，以高炉渣或钢渣为原料，工艺步骤依次如下：1、硫酸氢铵浸出钢铁渣将细磨至150μm以下的钢铁渣与硫酸氢铵(NH4HSO4)固体加入到水中并充分混合，控制硫酸氢铵与渣的质量比为2～4:1，水与固体物料质量比为0.5～1.5:1；将混合料在25～90℃下搅拌5～60min，并过滤得到浸出渣及浸出液；2、硅铝凝胶的制备将步骤1得到的浸出液送至沉淀池，采用氨水调节溶液pH值，控制氨水浓度为10～20wt.％，沉淀温度25～75℃，终点pH值为5.5～8.5，过滤后得到硅铝凝胶沉淀及沉淀母液；3、沸石制备将步骤2得到的硅铝凝胶沉淀用水充分洗涤后，烘干并细磨至150μm以下；进一步将细磨后的硅铝凝胶与NaOH颗粒充分混合均匀，并置于烘箱中进行沸石结晶反应，控制NaOH与硅铝凝胶的质量比为0.2～1.5:1，反应温度为70～130℃，反应时间为0.5～48h；反应结束后用水将固体产物充分洗涤，过滤得到沸石产品及碱性洗液；4、浸出渣矿化将步骤3得到的碱性洗液加入到步骤1得到的浸出渣中并调成浆料，控制终点pH值为9～12，通入CO2气体，在25～60℃下反应30～120min，过滤，得到碳酸钙矿化渣用于水泥生产的原料；5、富镁溶液矿化将步骤3得到的碱性洗液加入到步骤2得到的沉淀母液中，控制终点pH值为10～12，通入CO2气体，在25～60℃下反应30～120min得到碳酸镁矿化渣。
[0007]上述方法是利用硫酸氢铵提取钢铁渣中的钙镁硅铝组分，进一步采用沉淀、碱处理获得沸石产品，硫酸钙和硫酸镁用于矿化CO2。
[0008]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：(1)相比于传统水热法，本专利技术采用无溶剂法制备CAN型沸石，增大了生产能力，减低设备腐蚀；(2)本工艺反应条件温和，所得沸石纯度较高；(3)本工艺原料为钢铁工业废渣，来源广泛，实现了废物的有效利用，既减小了环境污染又节约了生产成本；(4)本专利技术工艺简单，操作方便，无废水排放不会造成二次污染，生产成本低，具有工业化应用前景。
附图说明
[0009]图1是本专利技术的所得沸石产品的XRD图谱图2是本专利技术的所得沸石产品的SEM图。
具体实施方式
[0010]下面结合实施例对本专利技术作详细说明，但是本专利技术的保护范围不仅限于下面的实施例。
[0011]下面实例中所采用的高炉渣为普通高炉渣，其主要化学组成(质量百分比)为41.84％CaO、6.74％MgO、13.98％Al2O3、32.08％SiO2，XRD分析结果表明该高炉渣中主要物相是Ca2Al2SiO7和Ca2MgSi2O7；所用的钢渣为转炉渣，其主要化学组成(质量百分比)为
36.13％CaO、7.18％MgO、12.98％Al2O3、22.8％SiO2，13.21Fe2O3，XRD分析结果表明该转炉渣中主要物相是Ca2SiO4、Ca2Fe2O3及Ca3Si2O7。
[0012]实施例一(1)将细磨至150μm以下的高炉渣与硫酸氢铵固体加入到水中并充分混合，控制硫酸氢铵与渣的质量比为3:1，水与固体物料质量比为1:1；将混合料在55℃下搅拌20min，并过滤得到浸出渣及浸出液；(2)将步骤1得到的浸出液送至沉淀池，采用10wt.％氨水调节溶液pH值至5.5，控制沉淀温度为50℃，过滤后得到硅铝凝胶沉淀及沉淀母液；(3)将步骤2得到的硅铝凝胶沉淀用水充分洗涤后，烘干并细磨至150μm以下；进一步将细磨后的硅铝凝胶与NaOH颗粒充分混合均匀，并置于烘箱中进行沸石结晶反应，控制NaOH与硅铝凝胶的质量比为1:1，反应温度为100℃，反应时间为4h；反应结束后用水将固体产物充分洗涤，过滤得到CAN型沸石产品及碱性洗液；(4)将步骤3得到的碱性洗液加入到步骤1得到的浸出渣中并调成浆料，控制终点pH值为12，通入CO2气体，在40℃下反应30min，过滤，得到碳酸钙矿化渣用于水泥生产的原料；(5)将步骤3得到的碱性洗液加入到步骤2得到的沉淀母液中，控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用钢铁渣矿化CO2联产CAN型沸石的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1硫酸氢铵浸出钢铁渣：将细磨至150μm以下的钢铁渣与硫酸氢铵固体按照一定比例加入到一定量的水中并充分混合，并在一定温度下搅拌反应，过滤得到浸出渣及浸出液；所述的钢铁渣为高炉渣或转炉渣；所述硫酸氢铵与渣的质量比为2～4:1，水与固体物料质量比为0.5～1.5:1；所述的反应温度为25～90℃，反应时间为5～60min；步骤2硅铝凝胶的制备：将步骤1得到的浸出液送至沉淀池，采用一定浓度的氨水在一定温度下调节溶液pH值，并过滤后得到硅铝凝胶沉淀及沉淀母液；所述氨水浓度为10～20wt.％，沉淀温度25～75℃，终点pH值为5.5～8.5；步骤3沸石制备：将步骤2得到的硅铝凝胶沉淀用水充分洗涤后，烘干并细磨至150μm以下；进一步将细磨后的硅铝凝胶与一定质量的NaOH颗粒充分混合，并置于烘箱中在一定温度下进行沸石结晶反应，反应结束后用水将固体产物充分洗涤，过滤得到沸石产品及碱性洗液；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘维燥，阳杰，蒋小勇，高宇翔，任山，刘清才，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：