專利名稱：一種固體廢物合成沸石分子篩的裝置和方法
技術領域：
本發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磁分離預處理去除固體廢物中的有害物質如有毒氯化物和重金屬等，使固體廢物無害， 然后在此基礎上利用微波加熱合成沸石分子篩。
背景技術：
沸石分子篩是一類具有規則孔道結構和獨特晶體化學性質的含水架狀硅(鋁)酸鹽多孔礦物晶體材料。因其獨特的晶體結構和晶體化學性質，沸石分子篩具有很大的比表面積和優良的吸附、分離、離子交換和催化等性能，在化工、建材、農業以及環保等領域具有廣泛的用途。
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、農業以及環保等各領域的重要來源。又因為以堿、 鋁和硅酸鈉等純化工原料為基礎的人工合成沸石分子篩成本高，同時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域的應用需要，從而以粉煤灰等固體廢物原料為基礎的沸石分子篩合成成為重要的發展方向。
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)高溫高壓反應釜合成法。
這兩種沸石分子篩的合成方法都是批量生產的方法，年產量較低(小于800t/y)， 無法連續大量生產分子篩，而且上述兩種方法均采用普通的加熱方法，分子篩合成反應時間長，消耗大量能耗，成本較高，并產生大量堿液，造成后續堿液處理困難。目前缺少一種反應時間短、能耗低、成本低、堿液產生量較少、可以連續大量生產沸石分子篩的方法和裝置， 這種方法和裝置應該可以同時發揮超大反應池、離心機和過濾機的三大功能。
另一方面，固體廢物原料中有!^e3O4、有毒氯化物(如多氯代聯二苯-對-二惡英 (P⑶Ds)和多氯代二苯并呋喃(P⑶Fs))以及各種重金屬等物質，其中一些物質具有強烈的毒性，嚴重污染環境，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。比如當采用水熱合成法利用含有這些毒性物質的固體廢物合成沸石分子篩時，相當一部分熱量用于加熱這些毒性物質，導致固體廢物合成分子篩的能耗利用率很低；同時，固體廢物中的這些毒性物質若未經處理進入到合成的分子篩中，將導致分子篩產品質量的下降，甚至容易產生二次污染，所以在利用固體廢物制備分子篩前需要將原料進行預處理。
常用的物質分離方法有化學分離方法和物理分離方法。物理分離方法的一個優點是無二次污染產生。磁分離是物理分離方法的一種，包括普通磁分離和超導磁分離。與普通磁分離相比，超導磁分離具有體積小、重量輕、消耗電能極少、磁場強度高的特點，可利用超導磁分離作為以固體廢物合成分子篩的預處理。
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，既可以縮短工藝時間、提高生產率、降低成本，又可以提高產品質量。與傳統加熱方式相比，微波加熱具有以下特點
(1)加熱均勻，速度快。
(2)控制及時，反應靈敏。
(3)清潔衛生，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生的超高頻微波快速振蕩反應物分子，使之彼此碰撞、擠壓、摩擦、重組而形成沸石晶體，其最突出的特點是晶化時間明顯縮短，一般只需幾分鐘，可解決分子篩反應時間長的問題。發明內容
本發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。
本發明的又一目的在于提供一種實現上述方法的裝置。
為實現上述目的，本發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)對混合液進行超導磁分離預處理；
3)經過超導磁分離預處理的混合液進行陳化膠凝反應，陳化膠凝反應溫度為 60-80 0C；
4)經陳化膠凝反應處理的混合物進行微波輻射發生晶化作用，生成沸石分子篩；
5)生成的沸石分子篩經洗滌、脫水、烘干，即得最終產品。
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中超導磁分離預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二苯-對-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。
本發明提供的實現上述方法的裝置，其主要包括
一預處理池，管道連接一超導磁分離器；
所述超導磁分離器管道連接一反應池，該反應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池內的物料，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。
與公知技術相比，本發明的創新點在于
1)采用超導磁分離去除固體廢物中的!^e3O4、有毒氯化物(如多氯代聯二苯-對-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。 超導磁分離器的處理量大、分選范圍廣、運行能耗低，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行晶化反應，大大縮短了晶化反應的時間；減少了堿的使用量，降低了后續堿液處理的難度。(3)可大量連續生產沸石分子篩。
圖1是本發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-預處理池；2-超導磁分離器；3-反應池；4-輸送帶；5-微波輻射器；6_洗滌池； 7-板框壓濾機；8-皮帶運輸機；9-回轉干燥爐；10-沸石分子篩成品；11-陳化膠凝反應后的混合物；12-堿儲存池。
具體實施例方式本發明的裝置結構是一預處理池1管道連接一超導磁分離器2的一端，超導磁分離器管道2的另一端連接一反應池3，該反應池3中安裝有加熱器和螺旋攪拌裝置(公知技術，圖為未示)；該反應池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。本發明是將固體廢物(如粉煤灰和赤泥等等)與堿儲存池12中的堿(如NaOH) 加入到預處理池1中，并加入適量的水，配成混合液；將混合液引入到超導磁分離2中，進行預處理去除有害物質，使混合物無毒；利用超導磁分離去除固體廢物中的有毒氯化物(包括多氯代聯二苯-對-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)。超導磁分離預處理前后的混合液中重金屬濃度變化如表1所
7J\ ο本發明的超導磁分離器2是采用超導材料繞制的超導磁體，可獲得3T甚至更高的磁場強度(本發明采用的超導磁分離器是山東華特磁電科技股份有限公司生產的RCSC系列，更具體地可參閱專利200710116248. 4)。經過超導磁分離的混合液進入反應池3，在反應池3中進行陳化膠凝反應，反應池 3的加熱溫度為60-80°C，反應池3中加熱裝置可以采用水蒸氣加熱，同時反應池3中還安裝有螺旋攪拌裝置；經過反應池3陳化膠凝反應處理的混合物11被運送到皮帶運輸機4 上，在皮帶運輸機運輸的過程中，混合物11受到皮帶運輸機上部微波輻射器的熱輻射，微波頻率為200MHz-40GHz，在這個過程中發生晶化作用，生成沸石分子篩；生成的沸石分子篩再經過反應器6的洗滌，板框壓濾機7的脫水，經皮帶運輸機8運送到回轉干燥爐9烘干， 即得到最終產品分子篩10。
目前常用的固體廢物合成分子篩方法反應時間長、成本高、只能批量生產，無法實現連續大量生產，并且多數無有效的預處理去除毒性物質的方法。本發明合成沸石分子篩的方法可以有效地解決上述問題，本發明合成沸石分子篩的技術方案與公知技術相比較的效果如表2所示。
表1 超導磁分離預處理前后混合液中重金屬濃度變化
權利要求
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)對混合液進行超導磁分離預處理；3)經過超導磁分離預處理的混合液進行陳化膠凝反應，陳化膠凝反應溫度為 60-80 0C ；4)經陳化膠凝反應處理的混合物進行微波輻射發生晶化作用，生成沸石分子篩；5)生成的沸石分子篩經洗滌、脫水、烘干，即得最終產品。
2.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟2中超導磁分離預處理去除固體廢物中的有毒氯化物和重金屬。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，有毒氯化物包括多氯代聯二苯-對-二惡英 (PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs)。
6.根據權利要求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.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟3中的微波輻射的頻率為200MHz-40GHz。
8.一種實現權利要求1所述方法的裝置，其主要包括 一預處理池，管道連接一超導磁分離器；所述超導磁分離器管道連接一反應池，該反應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池內的物料，輸送帶的另一端將物料輸送至脫水和烘干裝置。
9.根據權利要求8所述的裝置，其中，反應池中安裝的加熱器為水蒸氣加熱器。
10.根據權利要求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)對混合液進行超導磁分離預處理；3)經過超導磁分離預處理的混合液進行陳化膠凝反應，陳化膠凝反應溫度為60-80℃；4)經陳化膠凝反應處理的混合物進行微波輻射發生晶化作用，生成沸石分子篩；5)生成的沸石分子篩經洗滌、脫水、烘干，即得最終產品。本發明還公開了實現上述方法的裝置。本發明采用超導磁分離預處理，使原料無毒、處理量大、分選范圍廣、運行能耗低、其分離效果好。采用微波加熱原料進行晶化反應，大大縮短了晶化反應的時間；減少了堿的使用量，降低了后續堿液處理的難度；可大量連續生產沸石分子篩。
文檔編號C01B39/02GK102491363SQ20111038407
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月28日 優先權日2011年11月28日
發明者夏訓峰, 席北斗, 李曉光, 牛永超, 王麗君, 管偉雄, 趙穎 申請人:中國環境科學研究院