一种煤矸石基钠离子交换剂及其制备工艺的制作方法

本发明涉及工业固废资源化利用、盐碱地土壤改良材料，具体是指一种煤矸石基钠离子交换剂及其制备工艺。

背景技术：

1、煤矸石是煤炭开采洗选产生的大宗工业固废，大量堆存占用土地，易产生扬尘、重金属淋溶污染。煤矸石含有硅、铝矿物组分，具备制备土壤改良离子交换材料的物质基础。现有煤矸石基离子交换材料制备多采用高温煅烧活化，煅烧能耗高、设备投入大，高温易造成矿物烧结钝化，降低离子交换活性，同时煅烧产生烟气，环保治理成本高。

2、盐碱地土壤本身呈强碱性，土壤胶体钠离子富集，钠碱化度高，造成土壤板结、通透性变差。脱硫石膏可提供钙源，置换土壤中交换性钠离子；硫酸镁可调节矿物晶格、改善材料交换性能；硝酸铈作为掺杂助剂，提升材料结构稳定性与离子交换位点；二级橙汁、冰醋酸构成复合有机酸体系，低温下溶蚀煤矸石硅铝矿物晶格，打开矿物活性位点。现有技术缺少将煤矸石、二级橙汁、冰醋酸、脱硫石膏、硫酸镁、硝酸铈复配，全程低温活化、不煅烧，适配盐碱地施用的钠离子交换剂配方与工艺，难以实现多固废低成本规模化盐碱地治理。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服以上技术困难，提供一种煤矸石基钠离子交换剂及其制备工艺，完全摒弃煅烧工序，全部采用低温活化，大幅降低生产能耗。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种煤矸石基钠离子交换剂，原料包含煤矸石、二级橙汁、冰醋酸、脱硫石膏、硫酸镁、硝酸铈；各组分投料配比为：煤矸石占主体，二级橙汁、冰醋酸为复合有机酸活化组分，脱硫石膏、硫酸镁、硝酸铈为掺杂改性辅料；原料经预处理、低温活化、密闭陈化、固液分离、洗涤、低温干燥制得；制备全过程不进行高温煅烧；产品形成掺杂改性硅铝酸盐活性骨架，阳离子交换容量≥2.6mmol/g；成品ph约为5；

3、本发明还提供了一种煤矸石基钠离子交换剂在盐碱地土壤改良中的应用，所述钠离子交换剂应用于盐碱地土壤改良，能够交换吸附土壤中过量钠离子，降低土壤钠碱化度，可中和部分土壤碱性。

4、本发明还提供一种煤矸石基钠离子交换剂的制备工艺，包括如下步骤：s1：原料预处理：煤矸石去除杂质，破碎研磨至300目粉料；脱硫石膏研磨至200-300目粉料；将煤矸石粉料、脱硫石膏粉料混合均匀，得到混合粉料。s2：低温活化：将混合粉料投入密闭反应釜，加入二级橙汁、冰醋酸、硫酸镁、硝酸铈，加入去离子水调节固液比1:2.5-1:4，搅拌混匀；控制温度60-95℃密闭保温低温活化2-6h，依靠复合有机酸实现矿物晶格溶蚀解聚，全程不煅烧。s3：陈化结晶：将活化完成的物料密闭陈化12-36h，促进掺杂改性硅铝酸盐骨架有序生长。s4：固液分离、洗涤、干燥：陈化后物料过滤，采用去离子水充分洗涤，去除体系内游离酸与可溶性盐；滤饼在80-105℃低温烘干，粉碎过筛，得到用于盐碱地改良的煤矸石基钠离子交换剂成品。

5、进一步地，步骤s2中，二级橙汁与冰醋酸复配构成复合有机酸活化体系，协同溶蚀煤矸石矿物晶格，实现矿物温和解聚。

6、进一步地，整个制备工艺最高反应温度不超过95℃，无煅烧、焙烧工序。

7、本发明与现有技术相比的优点在于：

8、（1）本发明完全摒弃煅烧工序，全部采用低温活化，最高温度不超过95℃，大幅降低生产能耗，省去煅烧设备投入，无煅烧烟气排放，环保压力小。

9、（2）采用二级橙汁-冰醋酸复合有机酸实现矿物晶格溶蚀；搭配脱硫石膏、硫酸镁、硝酸铈协同掺杂改性；硫酸镁、硝酸铈优化硅铝骨架，增加离子交换活性位点；脱硫石膏提供钙组分协同优化材料孔隙结构；制得产品阳离子交换容量≥2.6mmol/g，成品ph约5，施入盐碱地可中和部分土壤碱度，可有效交换吸附盐碱土壤中过量钠离子，降低土壤钠碱化度，缓解土壤板结。

10、（3）原料包含煤矸石、脱硫石膏两类大宗工业固废，实现多源固废协同资源化；工艺设备要求低，易于中试及工业化生产，适配盐碱地改良田间施用，兼具环境效益与经济效益。

1.一种煤矸石基钠离子交换剂，其特征在于：其原料包括煤矸石、二级橙汁、冰醋酸、脱硫石膏、硫酸镁和硝酸铈；所述煤矸石基钠离子交换剂由原料经预处理、低温活化、密闭陈化、固液分离、洗涤和低温干燥制得，制备全过程不进行高温煅烧；

2.根据权利要求1所述的煤矸石基钠离子交换剂，其特征在于，所述煤矸石为粒度300目的粉料，所述脱硫石膏为粒度200-300目的粉料。

3.根据权利要求1所述的煤矸石基钠离子交换剂，其特征在于，二级橙汁与冰醋酸构成复合有机酸活化体系；硫酸镁和硝酸铈为晶格掺杂改性组分；脱硫石膏为钙源和孔隙结构调节组分。

4.一种煤矸石基钠离子交换剂的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤s2中，二级橙汁与冰醋酸复配构成复合有机酸活化体系，协同溶蚀煤矸石矿物晶格。

6.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤s2中，固液比为1:3，活化温度为80℃，活化时间为4h。

7.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤s3中，密闭陈化时间为24h。

8.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤s4中，滤饼在95℃低温烘干。

9.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，整个制备工艺最高反应温度不超过95℃，无煅烧、焙烧工序。

10.权利要求1-3任一项所述煤矸石基钠离子交换剂在盐碱地土壤改良中的应用，用于交换吸附土壤中过量钠离子、降低土壤钠碱化度和/或中和部分土壤碱性。