不同加碱方式对粉煤灰水热合成沸石的影响VIP免费

不同煅烧方式对粉煤灰水热合成沸石的影响付克明1,2,朱虹3，张勤善21.中国矿业大学(北京)(北京100083);2.焦作大学(河南,焦作454100);3.焦作市房管局住宅开发公司(河南焦作454151)摘要：通过（对粉煤灰）化学(成分）和晶体组成的分析，得出粉煤灰是合成沸石的一种（较）理想原料的结论。针对粉煤灰中活性较差的莫来石和石英晶体，进行了不同的煅烧实验，晶化合成出不同种类的沸石，证明加碱煅烧活化效果较好，并对其活化机理、煅烧温度和结块现象等进行了研究。关键词：粉煤灰加碱方式水热合成沸石种类⒈前言粉煤灰是{煤或}煤粉燃烧后的细粒分散状残余物[1]。目前，世界粉煤灰年排放量已超过5.5亿吨，预计到2010年粉煤灰的产量将达8亿吨，我国的粉煤灰排放量也达2亿吨，而粉煤灰的循环利用率只有20%左右[1-2]。粉煤灰的主要化学组成为SiO2和Al2O3，矿物组成主要是硅铝酸盐，以玻璃相为主，含少量结晶矿物及未燃炭。在晶体矿物中，有石英、莫来石等；经过适当的处理，大多数粉煤灰可成为廉价优质的合成沸石原料。用粉煤灰合成沸石分子筛的研究，是Holler和Wrisching[3]从1985年开始的，至今刚刚21年的历史。目前合成沸石普遍采用的是水热法[4]。沸石是一种具有特殊孔道结构的架状含水硅铝酸盐,因具有独特的吸附性、离子交换性、催化性等，使其成为一种多用途无机材料[5]。水热合成沸石前对粉煤灰进行一定温度下的煅烧处理，不仅能起到活化的作用，而且还能除去粉煤灰中残存的炭粒等有机质，有利于提高合成沸石产品的白度。煅烧分加碱和不加碱两种。不加碱煅烧是常见的活化、除杂方法，但加碱煅烧对合成沸石的影响方面的报道较少，有必要进行研究。⒉实验实验用粉煤灰来自河南焦作电厂，其化学组成及其XRD见表1和图1～2。表1焦作电厂的粉煤灰化学成分Table1.ChemicalcompositionofflyashfromJiaozuopowerstation化学成分SiO2Al2O3Fe2O3FeOCaOMgOK2ONa2OLoss含量(%)45.0430.557.021.126.013.241.10.463.65图1粉煤灰的XRD图谱图2煅烧后焦作电厂粉煤灰的XRD图谱Fig.1.XRDpatternofflyash.Fig.2.XRDpatternofflyashafterbeingcalcinedQ—石英，Quartz;M—莫来石，Mullite实验中每次取粉煤灰20g，分别以不加碱、少量加碱和全加碱的方式在850℃的高温电炉中煅烧40min，冷却后按下列条件进行水热合成沸石实验：表2不同加碱煅烧方式及水热合成沸石实验条件Table2Differentwaysofadditionalkalineandtheconditionsofhydrothermalpreparationofzeolites样品煅烧加碱量(g)总碱量(g)总碱度(M)固液比晶化温度(℃)晶化时间(h)搅拌情况FDH-0101641:51034300r/minFJH-0161641:51034间歇搅拌FJH-0261641:51034300r/minFJH-03161641:51034300r/min5101520253035050100150200MMQMQMMMMQMMIntensity/cps(deg)5101520253035050100150200MMQQMMMIntensity/CPS2(deg)⒊实验结果及分析由图以上1、2和表1可知，粉煤灰的主要化学成分是SiO2和Al2O3，硅铝摩尔比(Si/Al)为2.51；结晶（矿物）成分主要有石英和莫来石，它们的活性较差，不易于碱液反应。经850℃、40min煅烧后的粉煤灰，其石英和莫来石晶体的峰值降低，含量减少。表2中列出的实验除煅烧时加碱量不同外，其它实验条件基本相同，由此可研究煅烧时碱的加入对水热合成沸石的影响。图3不同的加碱煅烧条件合成沸石的XRD图Fig.3XRDpatternsofdifferentconditionsofadditionalkalinetopreparezeolitesS-方钠石，Sodalite;N-霞石，Nepheline;Q-石英Quartz;M-莫来石,Mullite由图3(A)可看到，采用没有加碱煅烧的粉煤灰煅烧样FDH-01合成的不仅含有方钠石(S)沸石，并且原粉煤灰中的莫来石(M)和石英(Q)虽然有一定程度的减少，但仍有相当的残余，说明未加碱煅烧对粉煤灰晶体的活化虽有一定的作用，但消减的莫来石和石英晶体的作用有限；图3(B)和(C)都是在粉煤灰煅烧时加入少量碱晶化的样品，它们的实验条件基本相似，唯一不同的是FJH-01样是间歇搅拌，而FJH-02样是连续搅拌的。它们的晶化产物除含有少量的方钠石外，主要结晶是霞石(卡片号71－0954)，并且可以看出，FJH-02样的主要结晶衍射峰值比FJH-01样的有所增长，说明搅拌作用对沸石晶体的合成具有一定的作用...