[發(fā)明專利]一種長(zhǎng)石的資源化綜合利用工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610032396.7
• 申請(qǐng)日: 2016-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN105502414B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李天天;舒杼;周俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)
• 主分類號(hào): C01B33/12
• 分類號(hào): C01B33/12;C01F7/02;C22B21/00;C22B3/10;B82Y40/00
• 代理公司: 武漢華旭知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所42214
• 代理人: 劉天鈺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及長(zhǎng)石資源化以及介孔氧化硅材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種利用長(zhǎng)石制備介孔氧化硅材料并提取長(zhǎng)石中金屬元素的資源化綜合利用新技術(shù)。

背景技術(shù)

長(zhǎng)石是大陸地殼最常見的礦物之一，在地殼中占有高達(dá)60％的比例。長(zhǎng)石是一種鋁硅酸鹽，其主要成分為Si和Al，另含有Na、K、Ca、Ba以及少量的Li、Rb、Cs等。目前，長(zhǎng)石主要用于制備陶瓷、玻璃、搪瓷、磨料、燒制水泥等建筑材料，以及加工制取鉀肥、白炭黑和沸石等。然而，這些材料的制備大都需要高溫煅燒或高溫堿熔等能耗較高的工藝，同時(shí)終端產(chǎn)品的附加值一般較低且部分工藝會(huì)有殘?jiān)裙虖U排出。

介孔氧化硅是介孔材料中最為龐大的無(wú)機(jī)材料家族之一，以其高比表面積、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、較好的水熱穩(wěn)定性、豐富的表面酸堿位以及較厚的孔壁等特性，已被廣泛應(yīng)用于吸附分離、催化、離子交換、微反應(yīng)等領(lǐng)域，具有很高的附加值。鋁及其氧化物是重要的生活、工業(yè)基礎(chǔ)原料，是一種被廣泛應(yīng)用且具有重要社會(huì)地位的基礎(chǔ)材料。而長(zhǎng)石不僅儲(chǔ)量豐富、分布廣泛而且含有較高的硅鋁組分，具有制備高附加值鋁材(金屬鋁或介孔氧化鋁)和介孔氧化硅材料的巨大潛力。因此，簡(jiǎn)單且低成本的利用長(zhǎng)石制備介孔氧化硅材料并提取其中鋁的工藝技術(shù)將極大地促進(jìn)長(zhǎng)石的資源化利用。而另一方面，長(zhǎng)石根據(jù)其產(chǎn)地的不同，可能含有較多的鉀元素以及少量的Li、Rb、Cs等具有較高價(jià)值的元素，若是能夠在資源化利用長(zhǎng)石中硅鋁的同時(shí)回收利用這些可能存在的具有較高價(jià)值的金屬元素，將進(jìn)一步豐富并完善長(zhǎng)石的資源化綜合利用技術(shù)并為含硅鋁礦石資源的資源化處置提供借鑒。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種低成本的，工藝簡(jiǎn)單的長(zhǎng)石的資源化綜合利用工藝，即利用長(zhǎng)石制備介孔氧化硅材料并提取其中金屬元素的新技術(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種長(zhǎng)石的資源化綜合利用工藝，包括以下步驟：

(1)合成沸石：直接利用長(zhǎng)石合成硅鋁沸石；

(2)酸處理：將步驟(1)中得到的沸石與酸溶液反應(yīng)，通過酸處理徹底破壞沸石的晶體結(jié)構(gòu)，浸出其成分中的金屬元素，然后固液分離，得到固體相和含鋁的酸溶液；將固體相洗滌并干燥，即得到介孔氧化硅材料，其比表面積為350～650m²/g，最可幾孔徑為3.5～4.5nm，而過濾后得到的含鋁的酸溶液則可用來(lái)提鋁，制備金屬鋁材或介孔氧化鋁。

步驟(1)中將研磨后的長(zhǎng)石直接與NaOH濃溶液反應(yīng)，然后固液分離，得到固體相和含金屬陽(yáng)離子的NaOH溶液，將固體相洗滌并干燥，即得到含鈉的硅鋁沸石。

進(jìn)一步的，步驟(1)中NaOH溶液的濃度為4～10mol/L，長(zhǎng)石與NaOH溶液的比例為1kg：4～50L，反應(yīng)溫度為120～200℃，反應(yīng)時(shí)間為6～24h。

步驟(2)中酸處理工藝的主要目的是徹底破壞沸石的晶體結(jié)構(gòu)，浸出其成分中的金屬元素，得到介孔材料。其采用的酸溶液應(yīng)能夠用來(lái)破壞沸石的晶體結(jié)構(gòu)，可為強(qiáng)酸(如HCl、HNO₃、H₂SO₄等)溶液中的一種或二種以上按任意配比的混合物，或者強(qiáng)酸溶液(一種或多種)與其他弱酸(如醋酸、HNO₂)按適宜配比的混合物。需要注意的是，若長(zhǎng)石中含有較多的鈣和鋇元素，則不提倡使用含硫酸根的酸溶液，因?yàn)殡y溶于強(qiáng)酸的CaSO₄和BaSO₄沉淀會(huì)導(dǎo)致制備的介孔氧化硅純度下降。

步驟(2)中酸溶液為1～10mol/L的HCl溶液，沸石與HCl溶液在40～100℃的條件下反應(yīng)2～12h，固液比為1kg：4～50L。

此外由于本申請(qǐng)對(duì)于步驟(1)中得到的硅鋁沸石的品位并沒有十分苛刻的要求，長(zhǎng)石只需稍加研磨即可用來(lái)制備沸石，無(wú)需其他前處理工藝。考慮到成本與工藝的問題，步驟(1)一般采用直接將研磨后的長(zhǎng)石與NaOH溶液反應(yīng)制備沸石的方法。得到的含鈉的硅鋁沸石一般因含有Fe等多種較為復(fù)雜的雜質(zhì)組分而具有較低的品味。步驟(1)在得到硅鋁沸石的同時(shí)，可得到含有源于長(zhǎng)石的金屬元素(如，K、Na、Li、Rb、Cs、Ca、Ba)的NaOH溶液，可根據(jù)溶液的品位對(duì)具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的金屬離子進(jìn)行回收利用。

步驟(1)中硅鋁沸石的制備，可充分考慮長(zhǎng)石中硅鋁的含量比例，對(duì)于含鋁較低長(zhǎng)石可考慮向其中加入適量廉價(jià)低質(zhì)的鋁源，然后與堿反應(yīng)以得到硅鋁沸石。