阅读说明：本技术 一种利用工程类弃土通过水热碱法合成方沸石的工艺 (Process for synthesizing analcite by using engineering waste soil through hydrothermal alkaline method ) 是由 陈洪 杨大仲 于 2019-12-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用工程类弃土合成方沸石的工艺方法,所述晶体类型为方沸石,形貌为球状。所述方沸石的合成方法为按照一定物料配比将含有铝源和部分硅源的弃土、无机碱、外加硅源和水混合均匀,经过陈化、晶化、洗涤、干燥后得到含有少量二氧化硅杂相的方沸石产品。本发明提供的方沸石晶型良好,制备方法简单易行。(The invention discloses a process method for synthesizing analcite by utilizing engineering waste soil, wherein the crystal type is analcite and the shape is spherical. The method for synthesizing the analcime comprises the steps of uniformly mixing waste soil containing an aluminum source and a part of silicon source, inorganic base, an additional silicon source and water according to a certain material ratio, and aging, crystallizing, washing and drying to obtain an analcime product containing a small amount of silicon dioxide impurity phase. The analcime provided by the invention has good crystal form, and the preparation method is simple and easy to implement.)

一种利用工程类弃土通过水热碱法合成方沸石的工艺

技术领域

本发明涉及固废处理及多孔无机材料合成领域，具体地说是一种利用工程类弃土合成方沸石的工艺及其应用。

背景技术

工程类弃土是建筑垃圾的一个组成部分，主要来自房地产建设、地下管廊铺设及地铁施工等工程类项目。随着我国城市化建设步伐的加快，基建工程的大规模兴起，工程类弃土的产生量急剧增加，但目前对于弃土的处理手段较为单一，处置难度较大。而且由于基建项目产生的弃土土质松散、堆积面陡、土壤浸蚀严重，导致了严重的城市水土流失及弃土堆存管理问题。目前我国每年产生的弃土量在十几亿m³以上；虽然各级政府积极兴建弃土消纳场并通过陆运、海运等方式处理弃土，但上述方式的人力成本、运输成本和占地成本较高，不利于大规模处置弃土。而且弃土消纳场仅能暂时堆存弃土，随着弃土堆积量越来越大，如不能有效利用弃土，将会引发极大的环境和经济问题。

方沸石具有无毒、不产生污染、酸碱稳定性好等特点。尤其凭借其有效的金属阳离子交换能力和表面吸附能力，方沸石被广泛应用于软化水质、催化、吸附分离、捕集或固化水体和土壤中的有毒重金属离子等领域。

目前，制备方沸石的专利如CN 103046111A，一种用粉煤灰制备纳米方沸石的方法使用了高温焙烧工艺，能量消耗过多，成本较高。另有专利号为CN 201310274337.7的中国专利公开了一种利用地质聚合物制备大尺寸方沸石的方法，但该方法使用的原料价格较高。

发明内容

针对我国工程类弃土产生量巨大而无法有效处置的事实及现有方沸石合成技术的不足，本发明提供了一种利用工程类弃土合成的方沸石及其工艺方法。本发明的技术特征为：在不引入沸石晶种、模板剂、铝源的前提下，不使用高温煅烧工艺，仅加入廉价硅源，通过常温碱法活化和水热处理，将弃土中的硅铝成分直接转化为方沸石。该工艺简单易行、合成速度快、效率高。本发明提供的方沸石粒径均一，其晶体类型为方沸石；形貌为球状，粒径范围在10～20μm。

本发明所述的工程弃土一般来自建筑物地基掘土、隧道掘土、建筑物拆除废土及基建施工产生的废土。成分一般为硅铝钙盐矿物，土粒含水率(2～20％)跨度较大。弃土力学、矿物等性质较差，一般包括细粒土或沙土或碎石或三者的混合土。这种工程弃土很难达到常规土壤的压实，粒径、纯度等要求，无法有效进行路基压实、烧砖等用途使用。

本发明提供一种方沸石的合成方法，包括以下步骤：

(1)对工程弃土进行破碎、研磨、脱水、筛分操作，所述脱水后的弃土物料的含水率≤5％；粒度≤0.60mm。

(2)按照一定的物料配比将无机碱、含有铝源和部分硅源的弃土、外加硅源和水均匀搅拌，陈化后得到硅铝凝胶；

(3)对步骤(2)得到的硅铝凝胶进行水热晶化处理，经洗涤和干燥后得到方沸石产品。

本发明方沸石的合成方法中，步骤(2)中所述的无机碱可以是NaOH、KOH、LiOH中的一种或多种；铝源全部来自工程类弃土；部分硅源来自工程类弃土，外加硅源可以是石英、沙子、白碳黑、硅胶、硅溶胶或水玻璃中的一种或多种。

本发明方沸石的合成方法中，步骤(2)中所述的硅铝凝胶中无机碱(以NaOH为例)、硅源、铝源和水的物料摩尔配比为2～20NaOH:1～15SiO₂:A1₂O₃:30～200H₂O，优选为4～12NaOH:2～10SiO₂:A1₂O₃:50～150H₂O。

本发明方沸石的合成方法中，步骤(2)中所述的硅铝凝胶中Si和Al的摩尔配比为Si:Al＝1～10，优选为1～5。无机碱加入量的摩尔配比为NaOH/(Si+Al)＝0.3～2.0，优选为0.5～1.5。液固比L/S为1～10，优选为1～6。

本发明方沸石的合成方法中，步骤(2)中所述的搅拌、陈化过程，搅拌时间为2～36h，优选时间为6～24h；陈化时间为2～48h，优选时间为4～16h；陈化温度为20～70℃，优选温度为25～60℃。

本发明方沸石的合成方法中，步骤(3)中所述晶化温度为140～260℃，优选为160～220℃，晶化时间为3～48h，优选晶化时间为6～36h。

本发明方沸石的合成方法中，步骤(3)中所述的洗涤过程，使用pH为2的酸性水洗涤1～2次，使用去离子水洗涤产品4次至pH为中性。最后根据需要，可以对产品浊液进行超声清洗处理。方沸石的干燥温度为60～140℃；干燥时间为6～18h。最终产品方沸石中带有少量的二氧化硅杂相。

在重金属污染水体的治理方面，本发明提供的方沸石可作为吸附剂或净化剂使用。尤其对于含有锂离子和铯离子的溶液，该方沸石产品具有优异的吸附分离性能。在盐碱土壤、重金属污染土壤的修复方面，本发明提供的方沸石可以用作固化剂使用。同时，该方沸石产品还可用作催化剂载体，色谱柱填料。

与现有技术相比较，本发明提供的方沸石及其合成方法具有以下优点：本发明所提供方沸石的合成原料为废弃的工程类弃土、无机碱和廉价硅源。物料成本低廉，该合成方法工序简易、操作方便、反应条件温和，非常适合于规模化工业生产。

本发明的有益效果在于：本发明提供的方沸石合成过程，充分利用了工程类弃土中的硅、铝成分。成功地将工程弃土这一保有量大的固体废弃物转化为有经济价值的多孔无机材料方沸石，具有一定的经济价值，为解决我国的弃土积存和再利用问题，提供了一条新的资源化途径。

附图说明

图1为实施例1合成的方沸石的XRD谱图。

图2为实施例1合成的方沸石的SEM谱图。

图3为实施例2合成的方沸石的XRD谱图。

图4为实施例3合成的方沸石的XRD谱图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明方沸石的合成方法予以详细的描述，但并不局限于实施例。

工程弃土原料经破碎、研磨、干燥、筛分处理得到粉体原料，化学成分如下(％)：

表1弃土粉体的化学成分分析结果(W_B％)

成分

Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

SiO<sub>2</sub>

Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

K<sub>2</sub>O

TiO<sub>2</sub>

CaO

other

含量[wt％]

39.6

38.7

10.0

4.7

2.9

2.5

<2

该弃土粉末的主要物相组成为：石英、地开石、水钙沸石。

实施例1

取10.0g工程弃土粉末、9.3g氢氧化钠、5.4g石英置于50mL蒸馏水中，搅拌12h。静置12h后，将物料装入密闭反应釜中，在180℃下晶化24h。将所得到的产物使用pH为2的酸性水洗涤2次，再用去离子水洗涤4次至中性。使用超声波清洗产品，提取底层沉淀物在70℃下干燥15h，其XRD谱图如图1所示，其SEM谱图如图2所示，方沸石结晶性良好。

实施例2

取10.0g工程弃土粉末、9.3g氢氧化钠、5.4g石英置于50mL蒸馏水中，搅拌24h。静置9h后，将物料装入密闭反应釜中，在180℃下晶化15h。将所得到的产物使用pH为2的酸性水洗涤2次，再用去离子水洗涤4次至中性。产品在70℃下干燥15h，其XRD谱图如图3所示。

实施例3

取10.0g工程弃土粉末、7.5g氢氧化钠、5.4g石英置于100mL蒸馏水中，搅拌12h。静置12h后，将物料装入密闭反应釜中，在180℃下晶化12h。将所得到的产物使用pH为2的酸性水洗涤2次，再用去离子水洗涤4次至中性。产品在70℃下干燥15h，其XRD谱图如图4所示。

以上所述，仅是本发明的几个实施例而已，并非对本发明做任何形式的限制，任何熟悉本技术领域的技术人员，在未脱离本发明的技术实质对以上实施例做出的些许改动或替换，都应涵盖于本发明技术方案内。