摘要：以煤矸石为原料，采用碱熔-水热法合成4A沸石分子筛。由于煤矸石中铝、硅主要以高岭土形式存在，其活化过程是合成4A沸石分子筛关键环节。为提高4A沸石分子筛钙离子的交换能力，增加对模拟废水氨氮的去除率，实验考察了碳酸钠与煤矸石质量比、活化温度、活化时间、晶化温度和晶化时间对4A沸石分子筛钙离子交换能力的影响，同时也考察了模拟废水的pH、4A沸石分子筛加入量及吸附时间对氨氮去除率的影响。结果表明，最佳工艺条件为，碳酸钠与煤矸石质量比为0.9、活化温度为800℃、活化时间1.5 h、晶化温度90℃和晶化时间3 h。合成4A沸石分子筛的钙离子交换能力为310 mg/g，在pH为6的100 mL模拟氨氮废水中加入6 g 4A沸石分子筛吸附40 min后，废水中氨氮的去除率达到86%。通过最佳工艺条件合成4A沸石分子筛，在处理氨氮废水方面具有一定的应用前景。
煤矸石已成为我国积存量、占用堆积场地最多的一种固体废弃物。全国现有煤矸石累计堆存量已达50亿t，占地面积达1.5万hm2，并以年排放量、15亿t以上的速度增长。煤矸石露天堆放，在长期的雨水淋漓下产生大量含重金属离子酸性水，下渗将损害地下水质，外流导致地表水污染，且风化产生细小颗粒漂浮在大气中，造成大气污染。
煤矸石中SiO2和Al2O3含量约70%~80%的工业废渣，利用煤矸石为原料制备4A沸石分子筛，可以缓解煤矸石造成环境污染的压力，节省土地，又合成高附加值的微孔材料4A沸石分子筛，符合“十二五”资源综合利用指导意见和大宗固体废物综合利用实施方案。实验采用煤矸石为主要原料合成用于能处理废水中氨氮的4A沸石分子筛。
1实验部分
1.1主要原料
煤矸石取自四川宜宾煤矿，主要化学成分（wt%）为SiO2，45.23。铝酸钠溶液：采用石灰烧结法提取氧化铝过程的溶出液。工业级NaCO3和工业级HCl。
2结果分析与讨论
2.1煤矸石活化
煤矸石中硅、铝以高岭土的形式存在，活性较低。为提高其活性，添加一定量的碳酸钠作为活化剂，在高温下，将活化剂与煤矸石中的氧化铝和氧化硅反应生成高活性可溶的硅酸钠和铝酸钠，提高煤矸石的活性。通过实验确定煤矸石的活化条件，以4A沸石分子筛的钙离子交换能力作为控制指标。
2.1碳酸钠与煤矸石的质量比确定
采用碱法活化煤矸石，碳酸钠添加量关系到煤矸石的活化程度，将直接影响到最终合成4A沸石分子筛的质量，通过实验考察碳酸钠与煤矸石的质量比对4A沸石分子筛的钙离子交换能力的影响，结果如图1。图1可知，4A沸石分子筛的钙离子的交换能力随着质量比的增加而增加。这是由于随着质量比的增加，碳酸钠的用量相应的增加，使煤矸石中更多的硅铝与碳酸钠反应生成为高活性的硅铝酸钠的缘故。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
而质量比大于0.9时，钙离子的交换能力随质量比的增加趋势变缓，这表明煤矸石中的氧化铝和氧化硅已经完全的转化为活性物质硅铝酸钠，如再增加质量比，无疑是增加碳酸钠的用量和物料的处理量，致使生产成本增加。因此，综合考虑碳酸钠与煤矸石的质量比维持在0.9比较合理。
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