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      一種焦粉型焦粘結(jié)劑及基于該粘結(jié)劑的型焦制備方法

      文檔序號:5097079閱讀:597來源:國知局
      專利名稱:一種焦粉型焦粘結(jié)劑及基于該粘結(jié)劑的型焦制備方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明屬于粉焦成型技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種焦粘結(jié)劑以及由其制備的型焦,尤其是 一種焦粉型焦粘結(jié)劑及基于該粘結(jié)劑的型焦制備方法。
      背景技術(shù)
      焦炭是化工、冶金、電石等行業(yè)的主要燃料,價格在每噸2000元左右,使用時往往 要求其有一定的塊度。然而,在焦炭的運(yùn)輸和處理過程中,不可避免會發(fā)生粉碎現(xiàn)象,產(chǎn)生 一些焦粉。由于焦粉在粒度上不符合生產(chǎn)工藝要求,因而不能直接利用,大大降低了焦炭的 利用率。目前,我國大多數(shù)用焦企業(yè)因沒有找到解決焦粉成型的有效辦法,使得大部分焦 粉露天堆積,直接影響到生產(chǎn)廠區(qū)及周圍居民的工作和生活,嚴(yán)重污染了環(huán)境,危害人體健 康。有些企業(yè)即便對焦粉進(jìn)行利用也只是當(dāng)作普通燃料廉價處理,價格在每噸200 300 元左右,焦粉的廉價利用,不僅使企業(yè)生產(chǎn)成本上升,經(jīng)濟(jì)效益下降,另外造成了大量的能 源浪費(fèi)。因此,研究焦粉成型技術(shù),將焦粉加工成能夠重新利用的塊狀產(chǎn)品,是節(jié)約消耗、保 護(hù)環(huán)境的必由之路,對于實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的意義。型焦是通過粘結(jié)劑的作用 將焦粉加壓成型,生產(chǎn)出滿足工業(yè)生產(chǎn)粒度要求且具有一定機(jī)械強(qiáng)度的焦塊。型焦除了應(yīng) 具備其在運(yùn)輸、儲存及高溫燃燒過程中所要求的機(jī)械強(qiáng)度外,還必須含有一定量的固定碳, 在上述條件都滿足的情況下,應(yīng)盡可能選擇較為廉價的粘結(jié)劑。如果型焦產(chǎn)品需要遠(yuǎn)距離 運(yùn)輸或長期儲存,產(chǎn)品還必須具備一定的耐水性能。因此,開發(fā)一種具有高強(qiáng)度和一定耐水 性能的型焦粘結(jié)劑有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。型焦粘結(jié)劑既是型焦生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù),也是 制約型焦發(fā)展的瓶頸。隨著型焦技術(shù)水平的發(fā)展。迄今為止,國內(nèi)外開發(fā)了諸多型焦粘結(jié) 劑,按粘結(jié)劑的化學(xué)性質(zhì),主要有以下4類(1)無機(jī)類粘結(jié)劑。如膨潤土、水泥、石灰、水玻璃、粘土、陶土以及各種無機(jī)鹽,其 特點(diǎn)是價格低,具有一定的粘結(jié)強(qiáng)度,并且內(nèi)含的堿金屬、堿土金屬、碳酸鹽或氧化物、氫氧 化物等還能和硫發(fā)生反應(yīng),減少二氧化硫排放,起到固硫作用;缺點(diǎn)是使型焦的灰分增加, 耐水性差。(2)有機(jī)類粘結(jié)劑。焦油、浙青、腐植酸鈉類粘結(jié)劑該類粘結(jié)劑具有一定的熱值, 制成的型焦冷熱強(qiáng)度均較好,易儲存和運(yùn)輸,其缺點(diǎn)是需加熱熔化,產(chǎn)量有限,價格偏高,且 燃燒時有揮發(fā)物放出,易造成二次污染;生物質(zhì)粘結(jié)劑此類粘結(jié)劑來源廣,不增加型焦灰 分,有較高的發(fā)熱量,經(jīng)化學(xué)處理后有較好的粘結(jié)性,生產(chǎn)的型焦燃點(diǎn)低,且燃燒不結(jié)渣;工 業(yè)廢料粘結(jié)劑主要包括造紙、纖維廠廢液,脂肪酸殘?jiān)?,甘油殘泥,廢糖蜜和淀粉渣等工業(yè) 廢料,該類粘結(jié)劑性能良好,可實(shí)現(xiàn)廢物利用。(3)高分子聚合物粘結(jié)劑。包括聚酚胺、酚醛樹脂、聚乙烯醇、聚丙烯醇等高分子聚 合物粘結(jié)劑,這種粘結(jié)劑粘結(jié)力強(qiáng),防水性能好,具有一定熱值,但熱穩(wěn)定性差。(4)復(fù)合型粘結(jié)劑。該類粘結(jié)劑由上述多種粘結(jié)劑復(fù)合而成,能綜合幾類粘結(jié)劑的 優(yōu)點(diǎn),是近年來發(fā)展的主攻方向。我國在焦粉型焦粘結(jié)劑方面做了大量研究,并取得了一定的成績。但現(xiàn)有技術(shù)或多或少存在著這樣或那樣的不足如燃燒性能不佳、防潮抗水性差、熱態(tài)強(qiáng)度低、固硫率低、 加工困難、成本過高,污染嚴(yán)重、原料來源不廣、焦粉型焦成型工藝復(fù)雜。型焦技術(shù)能否廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵是粘結(jié)劑的選擇。理想粘結(jié)劑應(yīng)使型焦除了具備其 在運(yùn)輸、儲存及高溫燃燒過程中所要求的機(jī)械強(qiáng)度外,還必須具備一定的耐水性能。因此, 開發(fā)一種具有高強(qiáng)度和一定耐水性能的型焦粘結(jié)劑有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),提供一種焦粉型焦粘結(jié)劑及基于該粘結(jié) 劑的型焦制備方法,該種型焦粘結(jié)劑采用合理的配方,不但粘結(jié)性更強(qiáng),能在焦粒表面均勻 分布,潤濕焦粒表面,而且可以改變焦質(zhì),無二次污染,利用該焦粘結(jié)劑制備方法制備出的 型焦機(jī)械強(qiáng)度高、具備一定的耐水性能。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的這種焦粉型焦粘結(jié)劑,按照重量百分比,包括以下組分聚乙烯醇PVA 15 45 % ;水玻璃20 60%;膨潤土15 45%?;谝陨纤龅慕狗坌徒拐辰Y(jié)劑,本發(fā)明還提供一種型焦制備方法,包括以下步 驟1)將原料焦粉粉碎加工成粒度小于3mm的焦粉;2)按照重量份,在每9份所述焦粉中加入1份焦粉型焦粘結(jié)劑;3)攪拌10 15分鐘出料;4)室溫下放置15 20分鐘,放入成型機(jī)加壓成型,壓制成圓柱形;5)室溫放置2 8小時后,于120°C干燥。進(jìn)一步的,上述步驟1)所述粒度小于3mm的焦粉中,以質(zhì)量百分比計(jì),粒度為1 3mm的煤粉占50%,粒度小于Imm的焦粉占50%。進(jìn)一步的,上述步驟2)中,加入焦粉型焦粘結(jié)劑時,首先在所述焦粉中加入膨潤 土混合均勻后,再加入水玻璃混合均勻,最后加入聚乙烯醇混合均勻。進(jìn)一步的,上述步驟4)中,所述成型機(jī)是NYL-2000型,成型機(jī)的成型壓力為 90MPa,型焦大小為 18mmX Φ 20mm。本發(fā)明的型焦粘結(jié)劑中加入的各組分以及各組分之間的配合作用具有以下有益 效果本發(fā)明加入的膨潤土主要成份是蒙脫石,屬單斜晶系,其單位晶胞系由兩層硅氧 Si-O四面體中間夾一層鋁氧Al-(0 · 0H)八面體組成的2:1型層狀硅酸鹽蒙脫石的分子結(jié) 構(gòu)使它具有較高的比表面積和比表面能。本發(fā)明加入的水玻璃與許多硅酸鹽物質(zhì)在一定條 件下相互作用可形成高粘度、耐磨擦、堅(jiān)硬的物質(zhì)。因此,水玻璃在膨潤土粘結(jié)劑中的添加 不但可以提高型焦的強(qiáng)度,還能從一定程度上提高型焦的防水性能。本發(fā)明加入的聚乙烯 醇可以借氫鍵吸附在多聚硅酸分子上,能改變水玻璃固化后的凝膠結(jié)構(gòu),使膠粒細(xì)化,配位 數(shù)增大,粘結(jié)頸變粗,從而在一定程度上提高粘結(jié)強(qiáng)度。另外,其中含有大量高選擇性基團(tuán) 的水溶性高分子表面活性劑,在干燥溫度下,高分子會拆開,引起膨潤土中蒙脫石表面電性的變化,使蒙脫石重新取向,相互鍵合,形成較穩(wěn)定的粒間氫鍵和分子鍵體系,組成新的憎 水性官能團(tuán),從而提高了型焦的耐水性。綜上所述,與現(xiàn)有各種型焦粘結(jié)劑相比,本發(fā)明的粘結(jié)劑組分常見,配制工藝比較 簡單,成本低,使用方便,無任何二次污染。用本發(fā)明粘結(jié)劑制成的型焦,不僅具有冷強(qiáng)度 高,防水性好,成本低,灰分增加量低的優(yōu)點(diǎn),而且具有較高的熱強(qiáng)度,原料來源廣的特點(diǎn)。
      具體實(shí)施例方式本發(fā)明的焦粉型焦粘結(jié)劑按照重量百分比,包括的組分為聚乙烯醇PVA :15 45%,水玻璃20 60%,膨潤土 15 45%。本發(fā)明的型焦粘結(jié)劑中加入的各組分以及各組分之間的配合作用具有以下效 果膨潤土主要成份是蒙脫石,屬單斜晶系,其單位晶胞系由兩層硅氧Si-O四面體中 間夾一層鋁氧Al-(0 · 0H)八面體組成的2:1型層狀硅酸鹽蒙脫石的分子結(jié)構(gòu)使它具有較 高的比表面積和比表面能。鋁基團(tuán)和硅氧基團(tuán)使蒙脫石具有優(yōu)良的化學(xué)惰性、配位性、穩(wěn)定 性。層際負(fù)電荷及羥基基團(tuán)賦于蒙脫石分散性、粘滯性和吸附性。在蒙脫石層間及羥基基 團(tuán)上可與某些陽離子、極性分子、有機(jī)分子發(fā)生吸附、橋聯(lián)、絡(luò)合等反應(yīng)。在有水的條件下, 由于水化及吸附陽離子的作用,蒙脫石層間結(jié)合力會減弱呈高度分散狀態(tài),使膨潤土流動 性好,粘結(jié)能力強(qiáng)。水玻璃與許多硅酸鹽物質(zhì)在一定條件下相互作用可形成高粘度、耐磨擦、堅(jiān)硬的 物質(zhì)。說明添加水玻璃之后,型焦的耐水性有所增加。這主要是因?yàn)樗Ac膨潤土中的 蒙脫石在干燥過程中也會促進(jìn)硅氧聚陰離子的聚合,從而進(jìn)一步提高型焦的耐水性。但是, 水玻璃具有較強(qiáng)的吸濕性,過量的水玻璃將導(dǎo)致型焦耐水性下降。水玻璃在膨潤土粘結(jié)劑 中的添加不但可以提高型焦的強(qiáng)度,還能從一定程度上提高型焦的防水性能。水玻璃與蒙脫石在120°C時會生成堅(jiān)硬固化物,此固化物屬于超分子化合物。超分 子化合物由多個分子通過分子間作用而形成的復(fù)雜但有組織的體系,盡管單個這種分子的 作用很微弱,但在一定條件下(如在大分子體系中)可產(chǎn)生累加效應(yīng),使分子間總的作用效 果大為增加。蒙脫石為層狀硅酸鹽大分子,它在與水玻璃作用時具備了這一性質(zhì)。因此,水 玻璃與膨潤土作型焦粘結(jié)劑時,焦粉加壓成型之后在120°C下干燥,這樣可以大大提高型焦 的抗壓強(qiáng)度。聚乙烯醇與水玻璃和膨潤土的共同作用機(jī)理為聚乙烯醇可以借氫鍵吸附在多聚 硅酸分子上,能改變水玻璃固化后的凝膠結(jié)構(gòu),使膠粒細(xì)化,配位數(shù)增大,粘結(jié)頸變粗,從而 在一定程度上提高粘結(jié)強(qiáng)度。另外,其中含有大量高選擇性基團(tuán)的水溶性高分子表面活性 劑,在干燥溫度下,高分子會拆開,引起膨潤土中蒙脫石表面電性的變化,使蒙脫石重新取 向,相互鍵合,形成較穩(wěn)定的粒間氫鍵和分子鍵體系,組成新的憎水性官能團(tuán),從而提高了 型焦的耐水性。下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述實(shí)施例1(A)型焦粘結(jié)劑按照重量百分比,分別稱取30 %的聚乙烯醇,40 %的水玻璃、30 %的膨潤土。
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      (B)型焦的制備(按照重量份計(jì))(1)將陜北榆林神木焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉,要求粒度為1 3mm的焦粉 占50%,粒度小于Imm的焦粉占50% ;稱取90份焦粉;(2)在上述焦粉中先加入3份膨潤土混合均勻;(3)再加入4份水玻璃混合均勻;(4)然后加入3份聚乙烯醇混合均勻;(5)攪拌10 15分鐘出料;(6)室溫下放置15 20分鐘,放入NYL-2000型成型機(jī)中加壓成型,壓制成圓柱形 型焦;成型機(jī)的成型壓力為90MPa,型焦大小為18mmX Φ 20mm ;(7)將型焦在室溫放置2 8小時后,于120°C干燥,得到最后型焦成品。測定型 焦的質(zhì)量,其結(jié)果見表1。實(shí)施例2(A)型焦粘結(jié)劑按照重量百分比,分別稱取35 %的聚乙烯醇,40 %的水玻璃、25 %的膨潤土。(B)型焦的制備(按照質(zhì)量份計(jì))(1)將陜北榆林神木焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉,要求粒度為1 3mm的焦粉 占50%,粒度小于Imm的焦粉占50% ;稱取90份焦粉;(2)在上述焦粉中先加入2. 5份膨潤土混合均勻;
      (3)再加入4份水玻璃混合均勻;(4)然后加入3. 5份聚乙烯醇混合均勻;(5)攪拌10 15分鐘出料;(6)室溫下放置15 20分鐘,放入NYL-2000型成型機(jī)加壓成型,壓制成圓柱形型 焦;成型機(jī)的成型壓力為90MPa,型焦大小為18mmX Φ 20mm ;(7)將型焦在室溫放置2 8小時后,于120°C干燥,得到最后型焦成品。測定型 焦的質(zhì)量,其結(jié)果見表1。實(shí)施例3(A)型焦粘結(jié)劑按照重量百分比,分別稱取30 %的聚乙烯醇,35 %的水玻璃、35 %的膨潤土。(B)型焦的制備(按照質(zhì)量份計(jì))(1)將陜北榆林神木焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉,要求粒度為1 3mm的焦粉 占50%,粒度小于Imm的焦粉占50% ;稱取90份焦粉;(2)在上述焦粉中先加入3. 5份膨潤土混合均勻;(3)再加入3. 5份水玻璃混合均勻;(4)然后加入3份聚乙烯醇混合均勻;(5)攪拌10 15分鐘出料;(6)室溫下放置15 20分鐘,放入NYL-2000型成型機(jī)中加壓成型,壓制成圓柱形 型焦;成型機(jī)的成型壓力為90MPa,型焦大小為18mmX Φ 20mm ;(7)將型焦在室溫放置2 8小時后,于120°C干燥,得到最后型焦成品。測定型 焦的質(zhì)量,其結(jié)果見表1。
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      實(shí)施例4(A)型焦粘結(jié)劑按照重量百分比,分別稱取30 %的聚乙烯醇,40 %的水玻璃、30 %的膨潤土。(B)型焦的制備(按照質(zhì)量份計(jì))(1)將山西孝義焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉,要求粒度為1 3mm的焦粉占 50%,粒度小于Imm的焦粉占50% ;稱取90份焦粉;(2)在上述焦粉中先加入3份膨潤土混合均勻;(3)再加入4份水玻璃混合均勻;(4)然后加入3份聚乙烯醇混合均勻;(5)攪拌10 15分鐘出料;(6)室溫下放置15 20分鐘,放入NYL-2000型成型機(jī)中加壓成型,壓制成圓柱形 型焦;成型機(jī)的成型壓力為90MPa,型焦大小為18mmX Φ 20mm ;(7)將型焦在室溫放置2 8小時后,于120°C干燥,得到最后型焦成品。測定型 焦的質(zhì)量,其結(jié)果見表1。實(shí)施例5(A)型焦粘結(jié)劑按照重量百分比,分別稱取35 %的聚乙烯醇,40 %的水玻璃、25 %的膨潤土。(B)型焦的制備(按照質(zhì)量份計(jì))(1)將山西孝義焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉(要求粒度為1 3mm的焦粉占 質(zhì)量百分比的50%,粒度小于Imm的焦粉占質(zhì)量百分比的50% ),稱取90份焦粉;(2)在上述焦粉中先加入2. 5份膨潤土混合均勻;(3)再加入4份水玻璃混合均勻;(4)然后加入3. 5份聚乙烯醇混合均勻;(5)攪拌10 15分鐘出料;(6)室溫下放置15 20分鐘,放入NYL-2000型成型機(jī)中加壓成型,壓制成圓柱形 型焦;成型機(jī)的成型壓力為90MPa,型焦大小為18mmX Φ 20mm ;(7)將型焦在室溫放置2 8小時后,于120°C干燥,得到最后型焦成品。測定型 焦的質(zhì)量,其結(jié)果見表1。實(shí)施例6(A)型焦粘結(jié)劑按照重量百分比,分別稱取30%的聚乙烯醇,35%的水玻璃、35%的膨潤土。(B)型焦的制備(按照質(zhì)量份計(jì))(1)將山西孝義焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉(要求粒度為1 3mm的焦粉占 質(zhì)量百分比的50%,粒度小于Imm的焦粉占質(zhì)量百分比的50% ),稱取90份焦粉;(2)在上述焦粉中先加入3. 5份膨潤土混合均勻;(3)再加入3. 5份水玻璃混合均勻;(4)然后加入3份聚乙烯醇混合均勻;(5)攪拌10 15分鐘出料;(6)室溫下放置15 20分鐘,放入NYL-2000型成型機(jī)中加壓成型,壓制成圓柱形型焦;成型機(jī)的成型壓力為90MPa,型焦大小為18mmX Φ 20mm ;(7)將型焦在室溫放置2 8小時后,于120°C干燥,得到最后型焦成品。測定型 焦的質(zhì)量,其結(jié)果見表1。表1型焦焦樣、粘結(jié)劑配比和質(zhì)量測定
      權(quán)利要求
      一種焦粉型焦粘結(jié)劑,其特征在于,按照重量百分比,包括以下組分聚乙烯醇15~45%;水玻璃 20~60%;膨潤土 15~45%。
      2.一種基于權(quán)利要求1所述焦粉型焦粘結(jié)劑的型焦制備方法,其特征在于,包括以下 步驟1)將原料焦粉粉碎加工成粒度小于3mm的焦粉;2)按照重量份,在每9份所述焦粉中加入1份焦粉型焦粘結(jié)劑;3)攪拌10 15分鐘出料;4)室溫下放置15 20分鐘,放入成型機(jī)加壓成型,壓制成圓柱形;5)室溫放置2 8小時后,于120°C干燥。
      3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的型焦制備方法,其特征在于,所述粒度小于3mm的焦粉中,以 質(zhì)量百分比計(jì),粒度為1 3mm的焦粉占50%,粒度小于Imm的焦粉占50%。
      4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的型焦制備方法,其特征在于,步驟2)中,加入焦粉型焦粘結(jié)劑 時,首先在所述焦粉中加入膨潤土混合均勻后,再加入水玻璃混合均勻,最后加入聚乙烯醇 混合均勻。
      5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的型焦制備方法,其特征在于,步驟4)中,所述成型機(jī)是 NYL-2000型,成型機(jī)的成型壓力為90MPa,型焦大小為18mmX Φ 20mm。
      全文摘要
      本發(fā)明公開了一種焦粉型焦粘結(jié)劑及基于該粘結(jié)劑的型焦制備方法,該種焦粉型焦粘結(jié)劑按照重量百分比,包括的組分為聚乙烯醇PVA15~45%,水玻璃20~60%,膨潤土15~45%。該焦制備方法為1)將原料焦粉粉碎加工成粒度小于3mm的焦粉;2)按照重量份,在每9份所述焦粉中加入1份焦粉型焦粘結(jié)劑;3)攪拌10~15分鐘出料;4)室溫下放置15~20分鐘,放入成型機(jī)加壓成型,壓制成圓柱形;5)室溫放置2~8小時后,于120℃干燥。與現(xiàn)有各種型焦粘結(jié)劑相比,本發(fā)明的粘結(jié)劑組分常見,配制工藝比較簡單,成本低,使用方便,無任何二次污染。用本發(fā)明粘結(jié)劑制成的型焦,不僅具有冷強(qiáng)度高,防水性好,成本低,灰分增加量低的優(yōu)點(diǎn),而且具有較高的熱強(qiáng)度,原料來源廣的特點(diǎn)。
      文檔編號C10L5/10GK101984027SQ20101052226
      公開日2011年3月9日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
      發(fā)明者仝建波, 劉淑玲, 杜經(jīng)武, 楊軍勝, 程芳玲 申請人:陜西科技大學(xué)
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