[發明專利]一種油頁巖半焦處理和改性凹凸棒土的方法

有效

• 申請號: 201610163771.1
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105597666B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 張宏森;丁慧賢;宋志偉;周國江;徐超;王文豪;于艷江;吳雪
• 申請（專利權）人: 黑龍江科技大學
• 主分類號: B01J20/16
• 分類號: B01J20/16;B01J20/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及油頁巖半焦的處理方法，具體地說是一種以油頁巖半焦處理和改性凹凸棒土的方法。

背景技術

第一、油頁巖半焦產量巨大、污染嚴重。

我國油頁巖資源量約7000億噸，折合頁巖油約400億噸，撫順市每天會干餾4000噸的油頁巖，樺甸市的發電廠每年消耗油頁巖48萬噸，干餾后將產生大量的頁巖半焦，其量至少為產油量的8-10倍以上，不僅造成嚴重的資源浪費，而且帶來嚴重的廢渣污染問題。與油頁巖灰渣相比，油頁巖半焦不僅產生大量金屬離子，也會產生相應的有機物質污染環境。如何利用好頁巖半焦，將直接影響油頁巖資源的開發和利用。

第二、油頁巖半焦理論上可以作為碳、硅、鋁資源，進行開發利用。

油頁巖半焦包括有機成分和無機部分組成。其有機部分以烷烴為主，含有少量烯烴。無機部分從礦物組成來看,油頁巖灰渣主要由石英、長石和方解石構成，其中石英、長石含量相對較高，方解石含量較低。從化學成分來看,油頁巖灰渣主要是由二氧化硅、氧化鋁和硅鋁酸鹽構成。因此油頁巖半焦理論上可以作為碳源、硅源和鋁源。

第三、凹凸棒土在諸多領域被廣泛應用。凹凸棒土是一種具有纖維狀晶體結構的富含鎂鋁硅酸鹽粘土礦物，屬于天然的一維納米材料，儲量豐富、價格低廉、結構和性能獨特，因而在造紙、食品、牙膏、涂料以及高分子材料等行業被廣泛應用。

第四、天然的凹凸棒石需要進行相應的處理和改性，提高性能。

首先，天然凹凸棒石必須經過相應的提純、分散、活化的處理過程。其次，處理后的凹凸棒土力學性能有待進一步提高，例如SiO₂改性后的凹凸棒土，具備凹凸棒土和白炭黑的協同特點，提高力學性能和耐熱性能，在橡膠加工等方面具有廣闊的應用前景。再次，在吸附領域，鐵、鋁等改性后的凹凸棒土通過改變其表面電荷和吸附活性，顯著提高凸棒土的吸附能力。此外，凹凸棒石含有有色金屬，白度低，限制了其在造紙、涂料等相關領域的應用，需要進一步提高白度。

第五、由天然的凹凸棒石到相應的凹凸棒土產品，需要大量的化學試劑和原料。

發明內容

本項發明將工業廢物油頁巖半焦的資源化利用與天然礦物凹凸棒石的處理和改性進行有效結合。通過以油頁巖半焦為原料，制備了凹凸棒土的分散劑、純化劑、活化劑、補強劑、增白劑等，既實現了對于工業廢物處理，又完成了對于天然礦物的處理和改性。

在整個處理制備過程中，除調整pH值所用普通酸堿外，沒有使用其它化學藥品和試劑；對于工業廢物油頁巖半焦中的硅、鋁、碳進行了充分利用。

本項發明由以下步驟組成：

步驟1：NaOH與油頁巖半焦按照質量比為2:1-6:1的比例混合研磨均勻后，在氮氣保護下700℃煅燒2h，冷卻至室溫后，在超聲和攪拌條件下，加入質量為油頁巖半焦的10-30倍去離子水，提取30-300min，整個提取過程用30%的NaOH溶液控制pH值不低于13，過濾，應用pH值為13的NaOH溶液沖洗剩余固體，洗液的質量為油頁巖半焦的1-5倍，合并洗液和濾液為硅鋁混合堿液，剩余固體進一步用去離子水洗至中性。

步驟1技術說明：

1.1 700℃堿性條件煅燒，工藝簡便，硅鋁被快速高效活化。此前我們已經公布了一種油頁巖半焦的處理方法（申請號：2015102388285），與該方法相比，二者具有本質的不同：兩種方法屬于不同的發明構思、采用不同的技術手段，應用在不同領域的兩種方法。

1.1.1 原方法采用微波輔助酸提取Fe、Al等金屬離子，后堿溶硅元素；本申請采用強堿高溫處理油頁巖半焦，直接溶解硅鋁，活化活性炭，之后用酸提取Fe等金屬離子。與原技術相比大量減少了酸堿的用量，而且工藝簡便，易于產業化推廣。

由于油頁巖半焦無機質中硅元素主要以石英、硅鋁酸鹽形式存在，具有良好的耐酸性；原方法“先酸后堿”，酸液以提取鋁、鐵等金屬離子為主，但是由于硅與金屬元素間相互包裹，相互作用，分離提取效率不高，需要多次在微波輔助條件下提取，所消耗的酸量大。本申請強堿高溫處理油頁巖半焦，以硅、鋁氧化物為主的主體結構首先被破壞，提取效率顯著提升，應用剩余的堿加入水構成堿液，溶解硅鋁，因此方法簡便，所消耗的酸堿量少。