采矿过程中,大量煤层气(Coalbed methane,CBM)经稀释后排入到大气中,其中CH₄含量占95%。CH₄作为一种长寿命温室气体,其温室效应程度是CO₂的21²3倍。稀释后的煤层气中甲烷浓度极低,低浓度甲烷不仅能量利用率低且传统方法极难处理。目前针对低浓度甲烷普遍采用催化燃烧的方式进行处理,因此,寻找高效经济的催化剂是解决问题的关键。众所周知白云鄂博稀土尾矿作为包钢选矿厂在选铁、选稀土过程中产生的废弃物,为典型的共生、伴生难处理尾矿,其中含大量稀土、锰、铁等有价矿物组分,是潜在的二次资源。倘若任由尾矿过量堆存,不仅浪费矿产资源,还会对环境造成极大的危害,严重地阻碍我国发展循环经济,建立资源、能源节约型社会的步伐。本文以白云鄂博稀土尾矿为主要原料制备稀土尾矿基催化剂(焙烧处理的尾矿基催化剂、尾矿基多孔陶瓷整体式催化剂)并对低浓度甲烷进行催化燃烧实验。利用XRF、XRD、SEM等表征手段研究尾矿基催化剂的结构及形貌特征;利用H₂-TPR和活性评价装置研究尾矿基催化剂的甲烷催化性能;利用XPS检测尾矿基催化剂活性物质的价态组成。主要结论如下:(1)稀土尾矿在600℃焙烧后具有良好的催化性能,其T₁₀、T₉₀分别为495℃、676℃。研究表明,尾矿经焙烧后表面粗糙程度增加从而使反应气体与活性物质接触更加充分,且部分矿物发生分解生成利于催化的活性物质。(2)采用有机泡沫浸渍法制备稀土尾矿基泡沫陶瓷,将经过预处理的聚氨酯海绵浸于陶瓷浆料中,待海绵饱和后取出采用玻璃片挤压法排出海绵内多余浆料,重复多次后于干燥箱中干燥制得陶瓷预制块,最后经马弗炉950℃烧结制得稀土尾矿基泡沫陶瓷。经计算,其孔隙率为85.7%,抗压强度为2.9MPa。通过活性评价装置检测,稀土尾矿基泡沫陶瓷的低浓度甲烷催化性能较差,反应温度800℃时,甲烷转化率仅为63.8%。(3)通过在稀土尾矿基泡沫陶瓷中添加烧结助剂B₂O₃降低陶瓷的烧结温度,从而提高陶瓷催化剂的催化性能,研究B₂O₃添加量对尾矿陶瓷催化剂的性能影响。最终确定尾矿陶瓷浆料的最佳配方为:63wt%稀土尾矿、10wt%B₂O₃、7wt%硅酸钠、1wt%十二烷基苯磺酸钠溶液(质量分数1%)、1wt%CMC溶液(质量分数1%)、16wt%去离子水。该配方制得的尾矿陶瓷催化剂的甲烷催化性能较为优异且具有较高的化学稳定性,T₁₀、T₉₀分别为407℃、637℃。孔隙率为87.6%,抗压强度2.6MPa。