專利名稱：一種以煤矸石為原料制備正硅酸鋰的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種以固體廢棄物煤矸石為原料制備高溫CO2吸收材料正硅酸鋰的方法。
背景技術(shù)：
近年來，溫室氣體引起的氣候變化已經(jīng)成為ー個全球性的環(huán)境問題，而其中對氣候變化影響最大的是co2，CO2的吸附、分離與封存成為一個亟待解決的問題。由于人為CO2的集中排放源是化石燃料(煤炭、石油和天然氣)電廠、鋼鐵廠和水泥廠等，排放的CO2溫度較高，傳統(tǒng)吸附分離材料如有機胺溶液、水滑石類黏土、沸石分子篩和活性炭等材料普遍存在吸附溫度低、高溫吸附容量小、高溫穩(wěn)定性差等缺點。若要加以利用，CO2必須經(jīng)過降溫處 理，該過程消耗極大能量。高溫吸收CO2材料的研究主要集中于鈣基和鋰基陶瓷，其中正硅酸鋰材料由于具有吸收量高、應(yīng)用溫度廣、吸收選擇性好、循環(huán)性能好和高溫下物理化學(xué)性質(zhì)良好等優(yōu)點，有望成為高溫CO2吸收的重要材料。目前大多數(shù)硅酸鋰材料的制備都是采用經(jīng)過加工的SiO2和Li2CO3作為原料通過高溫固相法合成的，原料成本較高。煤矸石是一種在煤形成過程中與煤伴生、共生的巖石，是煤炭生產(chǎn)和加工過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，排放量相當(dāng)于煤炭產(chǎn)量的10 — 15%。目前我國煤矸石已累計堆存約50億噸，并且每年還新產(chǎn)生3. O — 3. 5億噸煤矸石。大量的煤矸石堆積不但占用了大量的土地，同時還污染大氣和水體。煤矸石中含有大量SiO2，如果能對其進行合理的開發(fā)利用，不但能夠減少環(huán)境污染，還能提高其利用價值，有著環(huán)境保護和經(jīng)濟效益的雙重意義。目前，尚未見到以廉價的エ業(yè)固體廢棄物煤矸石為原料來制備高溫CO2吸收材料正娃酸鋰的文獻報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種以煤矸石為原料制備高溫CO2吸收材料正硅酸鋰的方法，該方法以固體廢棄物煤矸石為原料，降低了成本，所制得的正硅酸鋰對CO2的吸收效果較好。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種以煤矸石為原料制備正硅酸鋰的方法，該方法為煤矸石經(jīng)煅燒活化、酸浸、抽濾、水洗和烘干預(yù)處理后，與碳酸鋰按摩爾比11&4+):11(:)=1:3.8 — 4.2在溶劑中混勻，然后除去溶劑，所得固體混合料經(jīng)煅燒即得。具體的，所述煤矸石的預(yù)處理如下將破碎研磨至200 — 600目的煤矸石于500 —900°C煅燒活化I 一 3h，然后置于溫度50 — 100°C的鹽酸溶液(鹽酸溶液濃度以3 — 6mol/L為宜，鹽酸溶液的添加量一般為煤矸石重量的8 — 15倍)中浸泡2 — 5h，酸浸過的樣品經(jīng)抽濾、水洗后，置于烘箱中于40 — 100°C烘干。所述溶劑可以為甲醇、こ醇或丙酮等。
所得固體混合料優(yōu)選的煅燒條件為于700 — 900 V煅燒3 — 8h。本發(fā)明所述煤矸石為煤炭開采和洗煤過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，其主要成分是SiO2 和 Al2O3, SiO2 含量 52 — 65wt%, Al2O3 含量為 16 — 36wt%,主要雜質(zhì)為 Fe2O3、CaO、MgO、K2O和Na2O等金屬氧化物及含碳有機質(zhì)。煅燒活化及酸浸的目的在于除去煤矸石中的Al2O3和其它雜質(zhì)，提高SiO2的含量。

本發(fā)明方法具有以下有益效果
(I)本發(fā)明以固體廢棄物煤矸石為主要原料合成正硅酸鋰，不但降低了正硅酸鋰材料的生產(chǎn)成本，同時消耗了固體廢棄物，減少了煤矸石對環(huán)境的污染，從而減少了治理環(huán)境的成本，為煤矸石資源化利用提供了ー種更為有效、附加值更高的途徑。(2)采用本發(fā)明方法合成的正硅酸鋰可以高溫直接吸收CO2，用于吸收電廠等排放的高溫氣體，節(jié)約能源，吸收的CO2可以再次利用。


圖I為采用本發(fā)明方法合成的Li4SiO4材料的XRD圖，由圖可看出，相組成為單ー的Li4SiO4相，無雜質(zhì)相存在。
具體實施例方式以下以通過具體實施例對本發(fā)明方法作進ー步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此。實施例I
一種以煤矸石為原料制備正硅酸鋰的方法，該方法具體包括如下步驟
O預(yù)處理將破碎研磨至300目的煤矸石于600°C煅燒活化2. 5h，然后置于溫度80°C的鹽酸溶液(鹽酸溶液濃度5mol/L，鹽酸溶液的添加量為煤矸石重量的12倍)中浸泡3h，酸浸后經(jīng)抽濾、水洗，固體產(chǎn)物置于烘箱中于60°C烘干，備用；
2)煅燒將上述預(yù)處理過的煤矸石與碳酸鋰按摩爾比n(Si4+):nai+)=l:4. O在こ醇溶劑中混勻，然后放入烘箱中除去こ醇，所得固體混合料轉(zhuǎn)入馬弗爐中800°C煅燒6h即得正硅酸鋰粉末。經(jīng)XRD測試，相組成為Li4SiO4，無雜質(zhì)相存在。取50mg正硅酸鋰粉末置于熱重分析儀中，在99. 995% CO2氣氛中以ΙΟΚ/min的升溫速率從室溫升高到1000°C進行CO2的吸收-解吸反應(yīng)，得到CO2的吸收容量為26. 8wt0L·實施例2
一種以煤矸石為原料制備正硅酸鋰的方法，該方法具體包括如下步驟
O預(yù)處理將破碎研磨至200目的煤矸石于700°C煅燒活化2h，然后置于溫度60°C的鹽酸溶液(鹽酸溶液濃度5mol/L，鹽酸溶液的添加量為煤矸石重量的10倍)中浸泡4h，酸浸后經(jīng)抽濾、水洗，固體產(chǎn)物置于烘箱中于80°C烘干，備用；
2)煅燒將上述預(yù)處理過的煤矸石與碳酸鋰按摩爾比n(Si4+):nai+)=l:3. 8在甲醇溶劑中混勻，然后放入烘箱中除去甲醇，所得固體混合料轉(zhuǎn)入馬弗爐中850°C煅燒5h即得正硅酸鋰粉末。經(jīng)XRD測試，相組成為Li4SiO4，無雜質(zhì)相存在。取50mg正硅酸鋰粉末置于熱重分析儀中，在99. 995% CO2氣氛中以ΙΟΚ/min的升溫速率從室溫升高到1000°C進行CO2的吸收-解吸反應(yīng)，得到CO2的吸收容量為28. 2wt%。實施例3
一種以煤矸石為原料制備正硅酸鋰的方法，該方法具體包括如下步驟
O預(yù)處理將破碎研磨至400目的煤矸石于500°C煅燒活化3h，然后置于溫度90°C的鹽酸溶液(鹽酸溶液濃度6mol/L，鹽酸溶液的添加量為煤矸石重量的14倍)中浸泡2h，酸浸后經(jīng)抽濾、水洗，固體產(chǎn)物置于烘箱中于90°C烘干，備用；
2)煅燒將上述預(yù)處理過的煤矸石與碳酸鋰按摩爾比n(Si4+):nai+)=l:4. 2在丙酮溶劑中混勻，然后放入烘箱中除去丙酮，所得固體混合料轉(zhuǎn)入馬弗爐中900°C煅燒3h即得正硅酸鋰粉末。 經(jīng)XRD測試，相組成為Li4SiO4,無雜質(zhì)相存在。取50mg正硅酸鋰粉末置于熱重分析儀中，在99. 995% CO2氣氛中以ΙΟΚ/min的升溫速率從室溫升高到1000°C進行CO2的吸收-解吸反應(yīng)，得到CO2的吸收容量為19. 3wt%。實施例4
一種以煤矸石為原料制備正硅酸鋰的方法，該方法具體包括如下步驟
O預(yù)處理將破碎研磨至600目的煤矸石于900°C煅燒活化lh，然后置于溫度50°C的鹽酸溶液(鹽酸溶液濃度3mol/L，鹽酸溶液的添加量為煤矸石重量的8倍)中浸泡5h，酸浸后經(jīng)抽濾、水洗，固體產(chǎn)物置于烘箱中于40°C烘干，備用；
2)煅燒將上述預(yù)處理過的煤矸石與碳酸鋰按摩爾比n(Si4+):nai+)=l:4. I在こ醇溶劑中混勻，然后放入烘箱中除去こ醇，所得固體混合料轉(zhuǎn)入馬弗爐中750°C煅燒7h即得正硅酸鋰粉末。經(jīng)XRD測試，相組成為Li4SiO4,無雜質(zhì)相存在。取50mg正硅酸鋰粉末置于熱重分析儀中，在99. 995% CO2氣氛中以ΙΟΚ/min的升溫速率從室溫升高到1000°C進行CO2的吸收-解吸反應(yīng)，得到CO2的吸收容量為23. 6wt%。實施例5
一種以煤矸石為原料制備正硅酸鋰的方法，該方法具體包括如下步驟
O預(yù)處理將破碎研磨至500目的煤矸石于800°C煅燒活化I. 5h，然后置于溫度70°C的鹽酸溶液(鹽酸溶液濃度4mol/L，鹽酸溶液的添加量為煤矸石重量的12倍)中浸泡3h，酸浸后經(jīng)抽濾、水洗，固體產(chǎn)物置于烘箱中于100°C烘干，備用；2)煅燒將上述預(yù)處理過的煤矸石與碳酸鋰按摩爾比n(Si4+):nai+)=l:3. 9在丙酮溶劑中混勻，然后放入烘箱中除去丙酮，所得固體混合料轉(zhuǎn)入馬弗爐中700°C煅燒8h即得正硅酸鋰粉末。經(jīng)XRD測試，相組成為Li4SiO4,無雜質(zhì)相存在。取50mg正硅酸鋰粉末置于熱重分析儀中，在99. 995% CO2氣氛中以ΙΟΚ/min的升溫速率從室溫升高到1000°C進行CO2的吸收-解吸反應(yīng)，得到CO2的吸收容量為25. 4wt0L·
權(quán)利要求
1.一種以煤矸石為原料制備正硅酸鋰的方法，其特征在于，煤矸石經(jīng)煅燒活化、酸浸、抽濾、水洗和烘干預(yù)處理后，與碳酸鋰按摩爾比n(Si4+):nai+)=l:3. 8 - 4. 2在溶劑中混勻，然后除去溶劑，所得固體混合料經(jīng)煅燒即得。
2.如權(quán)利要求I所述以煤矸石為原料制備正硅酸鋰的方法，其特征在于，所述煤矸石的預(yù)處理如下將破碎研磨至200 — 600目的煤矸石于500 — 900°C煅燒活化I 一 3h，然后置于溫度50 — 100°C的鹽酸溶液中浸泡2 — 5h，酸浸過的樣品經(jīng)抽濾、水洗后，置于烘箱中于40 — 100°C烘干。
3.如權(quán)利要求I所述以煤矸石為原料制備正硅酸鋰的方法，其特征在于，所述溶劑為甲醇、こ醇或丙酮。
4.如權(quán)利要求I所述以煤矸石為原料制備正硅酸鋰的方法，其特征在于，所得固體混合料于700 — 900°C煅燒3 — 8h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以煤矸石為原料制備正硅酸鋰的方法，該方法為煤矸石經(jīng)煅燒活化、酸浸、抽濾、水洗和烘干預(yù)處理后，與碳酸鋰按摩爾比n(Si4+):n(Li+)=1:3.8－4.2在溶劑中混勻，然后除去溶劑，所得固體混合料經(jīng)煅燒即得。該方法以固體廢棄物煤矸石為原料，降低了成本，所制得的正硅酸鋰對CO2的吸收效果較好。
文檔編號C01B33/32GK102674383SQ20121018236
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月5日
發(fā)明者盧紅霞, 姜三營, 張銳, 王海龍, 程維高, 范冰冰, 許紅亮, 陳德良, 靳曉增 申請人:鄭州大學(xué)