專利名稱：一種固體廢物合成沸石分子篩的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用固體廢物制備沸石分子篩的方法和裝置，具體地涉及利用超導(dǎo)磁分離預(yù)處理去除固體廢物中的有害物質(zhì)如有毒氯化物和重金屬等，使固體廢物無害， 然后在此基礎(chǔ)上利用微波加熱合成沸石分子篩。
背景技術(shù)：
沸石分子篩是一類具有規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)和獨(dú)特晶體化學(xué)性質(zhì)的含水架狀硅(鋁)酸鹽多孔礦物晶體材料。因其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和晶體化學(xué)性質(zhì)，沸石分子篩具有很大的比表面積和優(yōu)良的吸附、分離、離子交換和催化等性能，在化工、建材、農(nóng)業(yè)以及環(huán)保等領(lǐng)域具有廣泛的用途。
但天然的沸石資源量有限，吸附和離子交換等的應(yīng)用性能也具有局限性，因此沸石分子篩的人工合成已成為化工、建材、農(nóng)業(yè)以及環(huán)保等各領(lǐng)域的重要來源。又因?yàn)橐詨A、 鋁和硅酸鈉等純化工原料為基礎(chǔ)的人工合成沸石分子篩成本高，同時(shí)受到化工原料來源少的制約，不能滿足沸石分子篩在上述各領(lǐng)域的應(yīng)用需要，從而以粉煤灰等固體廢物原料為基礎(chǔ)的沸石分子篩合成成為重要的發(fā)展方向。
目前以固體廢物為原料合成分子篩主要有兩種方法
(1)常溫煮沸合成法；
(2)高溫高壓反應(yīng)釜合成法。
這兩種沸石分子篩的合成方法都是批量生產(chǎn)的方法，年產(chǎn)量較低(小于800t/y)， 無法連續(xù)大量生產(chǎn)分子篩，而且上述兩種方法均采用普通的加熱方法，分子篩合成反應(yīng)時(shí)間長，消耗大量能耗，成本較高，并產(chǎn)生大量堿液，造成后續(xù)堿液處理困難。目前缺少一種反應(yīng)時(shí)間短、能耗低、成本低、堿液產(chǎn)生量較少、可以連續(xù)大量生產(chǎn)沸石分子篩的方法和裝置， 這種方法和裝置應(yīng)該可以同時(shí)發(fā)揮超大反應(yīng)池、離心機(jī)和過濾機(jī)的三大功能。
另一方面，固體廢物原料中有!^e3O4、有毒氯化物(如多氯代聯(lián)二苯-對(duì)-二惡英 (P⑶Ds)和多氯代二苯并呋喃(P⑶Fs))以及各種重金屬等物質(zhì)，其中一些物質(zhì)具有強(qiáng)烈的毒性，嚴(yán)重污染環(huán)境，因此有必要以一種安全的方式分離、回收或再利用上述這些毒性物質(zhì)。比如當(dāng)采用水熱合成法利用含有這些毒性物質(zhì)的固體廢物合成沸石分子篩時(shí)，相當(dāng)一部分熱量用于加熱這些毒性物質(zhì)，導(dǎo)致固體廢物合成分子篩的能耗利用率很低；同時(shí)，固體廢物中的這些毒性物質(zhì)若未經(jīng)處理進(jìn)入到合成的分子篩中，將導(dǎo)致分子篩產(chǎn)品質(zhì)量的下降，甚至容易產(chǎn)生二次污染，所以在利用固體廢物制備分子篩前需要將原料進(jìn)行預(yù)處理。
常用的物質(zhì)分離方法有化學(xué)分離方法和物理分離方法。物理分離方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是無二次污染產(chǎn)生。磁分離是物理分離方法的一種，包括普通磁分離和超導(dǎo)磁分離。與普通磁分離相比，超導(dǎo)磁分離具有體積小、重量輕、消耗電能極少、磁場強(qiáng)度高的特點(diǎn)，可利用超導(dǎo)磁分離作為以固體廢物合成分子篩的預(yù)處理。
與普通加熱相比，微波加熱具有加熱速度快、熱量損失小、操作方便等特點(diǎn)，既可以縮短工藝時(shí)間、提高生產(chǎn)率、降低成本，又可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。與傳統(tǒng)加熱方式相比，微波加熱具有以下特點(diǎn)
(1)加熱均勻，速度快。
(2)控制及時(shí)，反應(yīng)靈敏。
(3)清潔衛(wèi)生，無污染。
(4)能耗利用率高。微波加熱可用于固體廢物合成分子篩，其原理是利用磁控管產(chǎn)生的超高頻微波快速振蕩反應(yīng)物分子，使之彼此碰撞、擠壓、摩擦、重組而形成沸石晶體，其最突出的特點(diǎn)是晶化時(shí)間明顯縮短，一般只需幾分鐘，可解決分子篩反應(yīng)時(shí)間長的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以固體廢物合成沸石分子篩的方法。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的固體廢物合成沸石分子篩的方法，其包括如下步驟
1)將固體廢物與堿的水溶液配成混合液；
2)對(duì)混合液進(jìn)行超導(dǎo)磁分離預(yù)處理；
3)經(jīng)過超導(dǎo)磁分離預(yù)處理的混合液進(jìn)行陳化膠凝反應(yīng)，陳化膠凝反應(yīng)溫度為 60-80 0C；
4)經(jīng)陳化膠凝反應(yīng)處理的混合物進(jìn)行微波輻射發(fā)生晶化作用，生成沸石分子篩；
5)生成的沸石分子篩經(jīng)洗滌、脫水、烘干，即得最終產(chǎn)品。
所述的方法，其中，步驟1中的固體廢物包括粉煤灰和赤泥。
所述的方法，其中，步驟1中的堿的水溶液是氫氧化鈉水溶液。
所述的方法，其中，步驟2中超導(dǎo)磁分離預(yù)處理去除固體廢物中的有毒氯化物和重金屬。
所述的方法，其中，有毒氯化物包括多氯代聯(lián)二苯-對(duì)-二惡英(P⑶Ds)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs)。
所述的方法，其中，重金屬包括鉛0 )、銅(Cu)、鋅(Si)、錳(Mn)、鐵0 )、鎘 (Cd)。
所述的方法，其中，步驟3中的微波輻射的頻率為200MHz-40GHz。
本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置，其主要包括
一預(yù)處理池，管道連接一超導(dǎo)磁分離器；
所述超導(dǎo)磁分離器管道連接一反應(yīng)池，該反應(yīng)池中安裝有加熱器和螺旋攪拌裝置；
一微波輻射器，安裝于輸送帶的上方；
所述輸送帶的一端接收反應(yīng)池內(nèi)的物料，輸送帶的另一端將物料輸送至脫水和烘干裝置。
所述的裝置，其中，反應(yīng)池中安裝的加熱器為水蒸氣加熱器。
所述的裝置，其中，輸送帶與脫水和烘干裝置中間安裝有洗滌池。
與公知技術(shù)相比，本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于
1)采用超導(dǎo)磁分離去除固體廢物中的!^e3O4、有毒氯化物(如多氯代聯(lián)二苯-對(duì)-二惡英(P⑶Ds)和多氯代二苯并呋喃(P⑶Fs))以及各種重金屬等，使原料無毒。 超導(dǎo)磁分離器的處理量大、分選范圍廣、運(yùn)行能耗低，可減少電耗90%左右。更為重要的是， 其分離效果好。(2)采用微波加熱原料進(jìn)行晶化反應(yīng)，大大縮短了晶化反應(yīng)的時(shí)間；減少了堿的使用量，降低了后續(xù)堿液處理的難度。(3)可大量連續(xù)生產(chǎn)沸石分子篩。


圖1是本發(fā)明以固體廢物合成沸石分子篩的裝置及流程示意圖。圖2是赤泥合成沸石分子篩前后的掃描電鏡圖，其中(a)是原赤泥，(b)是赤泥合成的分子篩。附圖中1-預(yù)處理池；2-超導(dǎo)磁分離器；3-反應(yīng)池；4-輸送帶；5-微波輻射器；6_洗滌池； 7-板框壓濾機(jī)；8-皮帶運(yùn)輸機(jī)；9-回轉(zhuǎn)干燥爐；10-沸石分子篩成品；11-陳化膠凝反應(yīng)后的混合物；12-堿儲(chǔ)存池。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)是一預(yù)處理池1管道連接一超導(dǎo)磁分離器2的一端，超導(dǎo)磁分離器管道2的另一端連接一反應(yīng)池3，該反應(yīng)池3中安裝有加熱器和螺旋攪拌裝置(公知技術(shù)，圖為未示)；該反應(yīng)池3的出料口位于輸送帶4的上方，使輸送帶4能接收反應(yīng)池3輸出的物料，在輸送帶4 的上方安裝有微波輻射器5，輸送帶4的另一端將物料輸送至洗滌池6，該洗滌池6連接至脫水裝置7和烘干裝置9。本發(fā)明是將固體廢物(如粉煤灰和赤泥等等)與堿儲(chǔ)存池12中的堿(如NaOH) 加入到預(yù)處理池1中，并加入適量的水，配成混合液；將混合液引入到超導(dǎo)磁分離2中，進(jìn)行預(yù)處理去除有害物質(zhì)，使混合物無毒；利用超導(dǎo)磁分離去除固體廢物中的有毒氯化物(包括多氯代聯(lián)二苯-對(duì)-二惡英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs)等)，以及重金屬(包括mKCu、Zn、Mn、Fe、Cd等)。超導(dǎo)磁分離預(yù)處理前后的混合液中重金屬濃度變化如表1所
7J\ ο本發(fā)明的超導(dǎo)磁分離器2是采用超導(dǎo)材料繞制的超導(dǎo)磁體，可獲得3T甚至更高的磁場強(qiáng)度(本發(fā)明采用的超導(dǎo)磁分離器是山東華特磁電科技股份有限公司生產(chǎn)的RCSC系列，更具體地可參閱專利200710116248. 4)。經(jīng)過超導(dǎo)磁分離的混合液進(jìn)入反應(yīng)池3，在反應(yīng)池3中進(jìn)行陳化膠凝反應(yīng)，反應(yīng)池 3的加熱溫度為60-80°C，反應(yīng)池3中加熱裝置可以采用水蒸氣加熱，同時(shí)反應(yīng)池3中還安裝有螺旋攪拌裝置；經(jīng)過反應(yīng)池3陳化膠凝反應(yīng)處理的混合物11被運(yùn)送到皮帶運(yùn)輸機(jī)4 上，在皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸?shù)倪^程中，混合物11受到皮帶運(yùn)輸機(jī)上部微波輻射器的熱輻射，微波頻率為200MHz-40GHz，在這個(gè)過程中發(fā)生晶化作用，生成沸石分子篩；生成的沸石分子篩再經(jīng)過反應(yīng)器6的洗滌，板框壓濾機(jī)7的脫水，經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)8運(yùn)送到回轉(zhuǎn)干燥爐9烘干， 即得到最終產(chǎn)品分子篩10。
目前常用的固體廢物合成分子篩方法反應(yīng)時(shí)間長、成本高、只能批量生產(chǎn)，無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)大量生產(chǎn)，并且多數(shù)無有效的預(yù)處理去除毒性物質(zhì)的方法。本發(fā)明合成沸石分子篩的方法可以有效地解決上述問題，本發(fā)明合成沸石分子篩的技術(shù)方案與公知技術(shù)相比較的效果如表2所示。
表1 超導(dǎo)磁分離預(yù)處理前后混合液中重金屬濃度變化
權(quán)利要求
1.一種固體廢物合成沸石分子篩的方法，其包括如下步驟1)將固體廢物與堿的水溶液配成混合液；2)對(duì)混合液進(jìn)行超導(dǎo)磁分離預(yù)處理；3)經(jīng)過超導(dǎo)磁分離預(yù)處理的混合液進(jìn)行陳化膠凝反應(yīng)，陳化膠凝反應(yīng)溫度為 60-80 0C ；4)經(jīng)陳化膠凝反應(yīng)處理的混合物進(jìn)行微波輻射發(fā)生晶化作用，生成沸石分子篩；5)生成的沸石分子篩經(jīng)洗滌、脫水、烘干，即得最終產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟1中的固體廢物包括粉煤灰和赤泥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟1中的堿的水溶液是氫氧化鈉水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟2中超導(dǎo)磁分離預(yù)處理去除固體廢物中的有毒氯化物和重金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，有毒氯化物包括多氯代聯(lián)二苯-對(duì)-二惡英 (PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，重金屬包括鉛(Pb)、銅(Cu)、鋅(Zn)、錳(Mn)、鐵 (Fe)、鎘(Cd)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟3中的微波輻射的頻率為200MHz-40GHz。
8.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的裝置，其主要包括 一預(yù)處理池，管道連接一超導(dǎo)磁分離器；所述超導(dǎo)磁分離器管道連接一反應(yīng)池，該反應(yīng)池中安裝有加熱器和螺旋攪拌裝置； 一微波輻射器，安裝于輸送帶的上方；所述輸送帶的一端接收反應(yīng)池內(nèi)的物料，輸送帶的另一端將物料輸送至脫水和烘干裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，反應(yīng)池中安裝的加熱器為水蒸氣加熱器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，輸送帶與脫水和烘干裝置中間安裝有洗滌池。
全文摘要
一種固體廢物合成沸石分子篩的方法，其步驟為1)將固體廢物與堿的水溶液配成混合液；2)對(duì)混合液進(jìn)行超導(dǎo)磁分離預(yù)處理；3)經(jīng)過超導(dǎo)磁分離預(yù)處理的混合液進(jìn)行陳化膠凝反應(yīng)，陳化膠凝反應(yīng)溫度為60-80℃；4)經(jīng)陳化膠凝反應(yīng)處理的混合物進(jìn)行微波輻射發(fā)生晶化作用，生成沸石分子篩；5)生成的沸石分子篩經(jīng)洗滌、脫水、烘干，即得最終產(chǎn)品。本發(fā)明還公開了實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置。本發(fā)明采用超導(dǎo)磁分離預(yù)處理，使原料無毒、處理量大、分選范圍廣、運(yùn)行能耗低、其分離效果好。采用微波加熱原料進(jìn)行晶化反應(yīng)，大大縮短了晶化反應(yīng)的時(shí)間；減少了堿的使用量，降低了后續(xù)堿液處理的難度；可大量連續(xù)生產(chǎn)沸石分子篩。
文檔編號(hào)C01B39/02GK102491363SQ20111038407
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者夏訓(xùn)峰, 席北斗, 李曉光, 牛永超, 王麗君, 管偉雄, 趙穎 申請(qǐng)人:中國環(huán)境科學(xué)研究院