一種炭鐵鈦硅鋁氧化物復合物及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于危險固體廢棄物處理和應用領域，涉及一種炭鐵鈦硅鋁氧化物復合物 及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002] 赤泥是制鋁工業提取氧化鋁時排出的污染強堿性廢渣，一般平均每生產1噸氧化 鋁，附帶產生1.0~2.0噸赤泥。大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面積的堆場堆 放，占用了大量土地，也對環境造成了嚴重的污染。大部分國家已經將赤泥列為危險廢棄 物，赤泥的產生已經對人類的生產、生活造成多方面的直接和間接的影響，所以最大限度的 減少赤泥的產量和危害，實現多渠道、大數量的資源化已迫在眉睫。
[0003] 由于赤泥中含有大量的氧化鐵，而成紅色，外觀與赤色泥土相似，因而得名。赤泥 中不僅含有氧化鐵，還有氧化硅、氧化鋁、氧化鈉等成分。如何為實現赤泥中這些成分的高 值化利用是本領域的研究重點，例如CN102234171A和CN101468866A中公開將赤泥進行脫堿 而后作為生產水泥的原料;CN101891406A和CN1837121A公開了利用赤泥或經脫堿選鐵后的 赤泥和脫硫石膏制備水泥的方法;CN103373815A公開了以拜耳法赤泥為主要原料生產多孔 微晶玻璃；CN103420359A公開了赤泥催化制備碳納米管的方法，在該方法中赤泥經過在 101-109°C下烘l_4h而后粉碎過200目篩可作為催化劑生產碳納米管;CN102757060A公開了 通過石灰消鈉的方式，而后分離其中鋁和部分鐵氧化物，實現鋁化合物的深度提取。然而， 上述這些發明中，赤泥中堿性化合物的脫堿或是其他處理過程，并未使其中的氧化鐵得到 很好的利用。并且用赤泥直接作為碳纖維催化劑，由于原料中含有大量的堿性物質及氯元 素，而且鐵顆粒粒徑大，難以具備碳纖維制備的高活性和高的碳收率，因而不具備工業應用 前景。結合赤泥的污染與綜合利用現狀，不難發現現階段還沒有可行的技術實現赤泥中鐵 的高值化利用方法與途徑，以及高值化且量大的赤泥應用途徑。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種炭鐵鈦硅鋁氧化物復合物及其 制備方法與應用。該方法由赤泥制備所述炭鐵鈦硅鋁復合物，該復合物經過粉碎后，借用磁 分離可以實現炭鐵化合物與其他氧化物的初步分離;或是該復合物可以破碎后可以直接作 為煙氣中重金屬氧化吸附劑及廢水凈化的吸附劑，且借助磁分離，可以實現該物質的多次 利用與再生。該方法實現了赤泥合理高值化利用，具有極強的工業應用潛力。
[0005] 為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：
[0006] -方面，本發明提供一種炭鐵鈦硅鋁氧化物復合物的制備方法，所述方法包括以 下步驟：
[0007] (1)向赤泥中加入水，經研磨得到第一漿料；
[0008] (2)向步驟（1)得到的第一漿料中加入酸調節pH值至2-4,加入表面分散劑，研磨下 加入堿性物質調節pH值至5-10,得到第二漿料；
[0009] (3)將步驟(2)所得第二漿料進行固液分離，將固體焙燒得到包覆型鐵鈦硅鋁氧化 物；
[0010] (4)將包覆型鐵鈦硅鋁氧化物在還原氣體氣氛下進行還原，而后在碳氫化合物氣 氛下進行碳纖維的生成，得到所述炭鐵鈦硅鋁氧化物復合物。
[0011] 本發明利用上述制備方法，由赤泥制備炭鐵鈦硅鋁氧化物復合物，實現碳纖維在 鐵鈦硅鋁氧化物表面的生長，使得到的復合物具備碳纖維高活性和高的碳收率，可以實現 赤泥的高值化利用，具有廣泛的工業應用前景。
[0012] 在本發明所述制備方法中，步驟（1)所述赤泥為拜耳法赤泥、亞熔鹽赤泥或燒結法 赤泥中的任意一種或至少兩種的混合物。
[0013] 優選地，步驟(1)所述赤泥與加入的水的質量比為1: (1-5)，例如1: 1、1:2、1:3、1:4 或 1:5。
[0014] 優選地，步驟（1)所述研磨使得顆粒粒徑小于等于100nm，例如100nm、90nm、80nm、 70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、20nm、1 Onm、8nm、5nm、3nm 或 1 nm 〇 [0015]優選地，所述研磨可以為球磨。
[0016]優選地，所述研磨的時間為 1 〇-36h，例如 1 Oh、12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h、26h、28h、30h、32h、34h或36h。
[0017] 優選地，步驟（1)所述第一漿料的固含量為10-50 %，例如10 %、13 %、15 %、18 %、 20%、25%、28%、30%、35%、38%、40%、45%、48% 或 50%。
[0018]優選地，步驟(2)所述酸為無機酸或有機酸，優選地，所述酸可以為工業廢酸。
[0019] 優選地，步驟(2)中向第一漿料中加入酸調節pH值至2-4，例如2、2.3、2.5、2.8、3、 3.2、3.5、3.8或4。
[0020]優選地，步驟(2)所述表面分散劑為聚乙二醇類化合物和/或脂肪醇聚氧乙烯醚類 化合物，優選聚乙二醇1 〇〇〇。
[0021 ]優選地，步驟（2)所述表面分散劑的添加量為第一漿料總質量的0.1 -1 %，例如 0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%、0.35%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%或 1%〇
[0022]優選地，步驟(2)所述堿性物質可以為堿金屬氫氧化物或碳酸鹽中的任意一種或 至少兩種的組合，優選氫氧化鈉和/或碳酸鈉。
[0023] 優選地，步驟(2)中加入堿性物質調節pH值至5-10，例如5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、 8.5、9、9.5或10〇
[0024]在步驟(2)中加入堿性物質調節pH值至5-10時，溶液中硅鋁化合物形成溶膠，鐵氧 化物納米顆粒包覆至硅鋁化合物表面，實現赤泥中主體物質的再次沉淀。
[0025] 優選地，步驟（3)所述焙燒的溫度為400-800 °C，例如400 °C、430 °C、450 °C、480 °C、 510°C、530°C、550°C、570°C、600°C、620°C、640°C、660°C、680°C、700°C、720°C、750°C、780°C 或 800°C。
[0026] 優選地，步驟（3)所述焙燒的時間為1 -20h，例如lh、2h、3h、5h、7h、9h、1 Oh、12h、 14h、16h、18h、19hS20h。
[0027]優選地，步驟(3)固液分離后得到的水相進行脫鹽處理并達標后進行排放。
[0028]優選地，步驟(4)所述還原氣體氣氛為氫氣氣氛。
[0029]優選地，步驟（4)所述還原在500-800°C下進行，例如500°C、530°C、550°C、580°C、 60(TC、63(TC、65(TC、68(TC、70(TC、72(TC、75(TC、78(TC 或 80(TC。
[0030] 優選地，步驟（4)所述還原的時間為2-10h，例如2h、2.3h、2.5h、2.8h、3h、3.3h、 3.5h、3.8h、4h、4.3h、4.5h、4.8h、5h、6h、6.5h、7h、7.5h、8h、8.5h、9h、9.5hSl0h。
[0031]在本發明步驟(4)的還原氣體氣氛下將鐵的氧化物還原為鐵，得到Fe-Ti02/Si0 2-Al2〇3復合物。在本發明中，Fe-Ti02/Si02-Al 2〇3復合物表示以硅鋁氧化物為載體的負載有鐵 和鈦氧化物的復合物。
[0032]優選地，步驟(4)所述碳氫化合物氣氛為干餾煤氣、有機廢氣、低碳烷烴或水煤氣 氣氛中的任意一種或至少兩種的組合；
[0033]優選地，步驟(4)所述碳纖維的生成溫度為500-800°C，例如500°C、530°C、550°C、 58(TC、60(TC、63(TC、65(TC、68(TC、70(TC、72(TC、75(TC、78(TC 或 80(TC。
[0034]優選地，步驟(4)所述碳纖維的生成在外熱式回轉窯中進行，顆粒停留