生产改性沸石的波裂解方法

生产改性沸石的波裂解方法

技术领域：一种用波裂解方法把天然沸石制成改性沸石的生产工艺和成套技术。

技术背景：沸石是一种会产生“沸腾”现象的天然硅铝酸盐矿石。其晶体结构是硅 (铝)氧四面体连成的三维格架，格架中有大小不等的空穴和孔道，碱金属、碱土金属离子和 水分子都分布在空穴和孔道中。沸石在污水治理，土壤、水体放射性污染清除，环保建材，饲 料添加剂、缓释肥、化妆品制造中都应有广泛用途，但是目前的使用情况并不理想。我国的 沸石储量占世界的2/3，但用量很小，已有的几个采矿厂很不景气，处于半停产状态，原因是 天然沸石的空穴和孔道大都是被杂质堵住的，在使用中达不到应有的效果，将天然沸石改 性为孔道畅通的改性沸石，使其功能更好发挥，是急需要解决的问题。

天然沸石通过改性在结构上要解决四个问题，在实践中才可能得到广泛应用：第 一、打通天然沸石被钙镁盐、沸石水等堵住的，不能发挥作用的孔道。第二、对沸石发挥吸附 作用有干扰的阴离子，要去掉。第三、许多场合对沸石有特殊要求，通过改性，要有目的的加 入一些成分满足其要求。第四、改性后的沸石要能更好地吸引硝化细菌和反硝化细菌，依靠 硝化细菌把沸石吸附的氨氮等转化成硝态氮，反硝化菌将硝态氮转化为氮气和水，从而使 改性沸石能不断地自行活化，长期发挥作用，使应用沸石的成本降得很低。现在许多单位都 在做改性沸石，但缺少先进适应的技术，做出的改性沸石远得不到上述要求。我们经过长期 研究发明了用波裂解法制造优质改性沸石的技术方法，较好地解决了这些问题。现已达到 了工艺原理，机械设备，工艺流程，改剂成龙配套的水平，改性沸石也已批量生产供应 市场。

发明内容：现有的裂解技术是指以热为直接能源将一种物质改变成几利物质混合 体的过程，如石油提炼，本质是热裂解。本发明是以高频波为直接能源将天然沸石制造成性 能更好的改性沸石，而又不破其基本构架的成套技术，顾名思义，其本质是波裂解。主要发 明点：

一、技术原理：高频发生器发出产生非线性波的信号，换能器按此信号将电能转换 成振动波的机械能，改性剂水溶液作为传播的弹性介质，向外传播。在传播时由于波的非线 性作用，介质中产生空化效应和空化气泡，当空化气泡突然闭合时，就会产生一个瞬时的强 度相当一千个大气压以上的冲击波。这个冲击波反复作用于反应槽中的沸石，堵在沸石孔 道中的杂质就会被冲击出来，混溶在水中，沸石孔道打通后经过自来水和去离子液体的清 洗，烘干就制成性能优良的改性沸石。由于沸石孔道中的杂质与孔道格架的联系较弱，只要 相关参数选择恰当，杂质的离去不会破坏天然沸石的格架。

二、沸石的波裂解改性生产线的构成和作用：

波裂解生产线的特征是：上料机、预清洗机、波裂解机、清洗机、去除阴离子机、废 水处理和循环回用系统等组成一个一体化的机组，可在一个平台上完成生产的主要工序， 实现了自动化、半自动化。其构成是：

1、换能器：是波裂解机的核心部件。能将电能转换成机械波能。是由耐100-150℃ 高温、耐震动的特种材料制成的。一台波裂解机安装90或150只换能振子。振子采用美国进 口晶片，国内715所组装，用瑞士进口胶水配合螺钉氩弧焊加固固定，振动频率40kHz，单只 功率60w。安装在波裂解槽的底和二个长边共三个面上。

2、高频波发生器：产生高频振动波的信号，并将这些信号发给换能器振子。采用国 际领先的他激式震荡线路，工作电压AC220v，数字化设计，有过压、过流，短路保护，有频率 微调、扫频、无级调节功能。由超高频电力电子器件组成，电路先进，结构完整，有可靠的集 成控制系统。选用发生器主要考虑发生频率，在高频范围内频率越低在介质中产生空化越 容易，产生的力越大，改性作用越强。频率越高方向性越好。根据沸石改性的需要我们选定 25-40kHz。

3、温度和开机时间自控系统：加热器安装在反应槽内，由不锈钢材料制成，可耐酸 碱。沸石改性温度30-40℃最佳。考虑改性剂的需要，可控制在50-60℃。改性全过程保持恒 温这是决定改性沸石性能的首要因素。

4、波裂解反应的介质槽：一条生产线的预浸机、波裂解机、浸洗机、去阴离子机、都 有介质槽。槽内盛有各自需要的介质，通过料蓝把原料放在介质槽的介质中加工。槽体由多 块不锈钢拼接而成，底部倾斜，由不锈钢整体压制而成，留有出料、出水口，设有保温隔声结 构，能随时按需要将槽内的液体和沉淀物排掉；预浸机槽、清洗机槽底部设有曝气管道，压 缩空气通过该管道将介质搅动；槽内设有底托，保证料蓝能水平方便地放置在带有倾斜的 槽体内；槽底设有排水口，通过球阀控制，将液体排入储液槽；储液槽分为二部分，一部分是 沉淀池，一部分是清水池，中间用隔流板隔开。

5、沸石料蓝：盛放沸石原料的容器，中间设有锥形网，不锈钢材料制成。改性时要 将装有4/5体积沸石原料的沸石料蓝安放在裂解槽的底托上，底托要保证沸石料蓝的四壁 与裂解槽壁间有2-3cm的间隙。

6、介质液体循环回用系统：该系统的各个部分分别连接在各自的主机上，形成一 个有机整体。各介质槽的液体由槽底的出口流进储液槽的沉淀池，经沉淀后经由中隔板的 溢流口的粗滤网过滤后进入清水池，沉淀物留在沉淀池中，清水池装满后经由水泵过滤器 过滤后，分别打回预浸槽、波裂解槽、清洗槽、去阴离子槽，循环回用。

7、烘烤系统：将经过上述一体化机组处理的沸石原料整蓝提起，放在沥水台上，沥 去余水，然后一层一层的平放在烘干车上，装满一车，就整体推进烘干窑，温度控制在300- 400℃，维持1.5-2.0小时，出窑冷却，装袋。

三、、工艺流程：

1、将一袋约50公斤的沸石放在上料升降机上，将沸石倒入料蓝内，向预浸槽内加 入4/5体积的水，将装有50公斤的沸石的料蓝放在预浸槽底托上。调整恒温为常温，时间为 20分钟，开动预浸机。

2、到了设定时间，预浸机自动停机，将料蓝整体提起直接放入波裂解机槽内，设定 时间为半小时，温度为50℃；机槽内装有4/5改性剂水溶液作为波裂解介质，开机。到时自动 停机，静置10分钟，再开机，反复3-4次。

3、将经过波裂解处理的沸石和料蓝一起提起，放入装有4/5体积自来水的清洗槽 的底托上，设定时间20分钟，开启清洗机曝气阀，搅动介质，进行清洗。到时自动停机。

4、在去阴离子机槽内加入4/5去阴离子介质液体，在清洗机中整体提起料蓝，放入 去阴离子机底托，设定时间20分钟，开启曝气阀，搅动介质。到时停机。

1-4的介质使用数次后，介质浑浊，就可及时开动介质液体循环回用系统进行处 理。

5、烘烤；将改性、洗净、去除了有害阴离子的沸石沥水后，整蓝装入烘干车，投入烘 烤窑中，将温度调整到300-400℃，进行烘烤直至沸石全干并变成灰白，出窑冷却。

6、装袋待用。

经过这样改性的沸石去除了沸石中杂质、有害阴离子、沸石水，保持了天然沸石的 格架，打通了孔道，提高了吸附、离子交换、催化性能，改性能提高沸石的吸氨值(阳离子交 换值)一倍以上，可广泛用于空气、水体、土壤的污染处理，对氨氮、重金属、放射性污染处理 有奇效；也可用于饲料添加剂、墙体涂料、医药和日化产品的提质，缓释肥的制造。我国沸石 资源丰富，改性沸石有自动活化长期使用机制，使用成本很低，无任何污染。

四、应用案例：按上述方法制成的改性沸石用在实践中都很有效：

·1、2017年6月28日29日在围场基地对北京市朝阳区双桥东路双树南村河污水进 行处理。原水氨氮38.95mg/L，加入污水质量10％的改性沸石，处理15小时降到3.57mg/L，40 小时0.158mg/L，60小时为0；同时15小时检测度由193.54降到38.46；总磷由4.66mg/L降 到2.53；cod由40mg/L降到0；铬、锰、铁、铜等重金属都降到国家标准以下。

·2、2017年6月中国原子能科学研究院用波裂解法生产的带磁性的改性沸石对日 本福岛核事故的放射性污染的土壤进行模拟试验；沸石∶土壤＝0.05∶1，土壤含水率20％， 土壤铯污染浓度1％，向污染的土壤中撒进改性沸石，搅拌后，静置3天，再用磁分离机将沸 石和土壤分离。结果处理后土壤回收率大于94.55％，铯的去除率大于92.24％。证明改性沸 石处理放射性污染是十分有效的。