用于燃煤氟污染治理的固氟劑及其制備方法和應(yīng)用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于燃煤氟污染治理的固氟劑，是按Ca2+、Al3+、Na+、K+的摩爾比為30:1.5:3:2-4.5分別稱取醋酸鈣鎂鹽、硫酸鋁、碳酸鈉和碳酸鉀，均勻混合，研磨過(guò)180-300目篩，加入相當(dāng)于混合物重量6-12倍的水，70-90℃加熱攪拌2-6小時(shí)，100-120℃干燥，研磨過(guò)180-300目篩制得；該固氟劑相比傳統(tǒng)固氟劑碳酸鈣，孔隙率和比表面積得到大幅提高，能夠在煤燃燒過(guò)程中高效固化氟元素，有效降低高溫?zé)煔庵械姆?；相比單?dú)以醋酸鈣鎂鹽作為固氟劑，對(duì)高溫?zé)煔獾拿摲Ч鼮轱@著；此外，該固氟劑的制備方法簡(jiǎn)便，原料價(jià)格低廉，生產(chǎn)成本低；應(yīng)用該固氟劑在煤燃燒過(guò)程中固化氟的方法操作簡(jiǎn)便。
【專利說(shuō)明】用于燃煤氟污染治理的固氟劑及其制備方法和應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境污染防治【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于燃煤氟污染治理的固氟劑，其制備方法，以及應(yīng)用該固氟劑在煤燃燒過(guò)程中固化氟的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氟是煤中含量較高的微量元素，大多在20~500mg/kg，平均值約150mg/kg。煤燃燒過(guò)程中，隨著燃燒溫度的升高，氟的析出率逐漸增加，280°C時(shí)開(kāi)始析出，3000C時(shí)析出率為0.8%，900°C時(shí)析出率為75.8%，1200°C時(shí)析出率為97.3%。氟化物在高溫下生成HF、SiF4, CF4等氣體污染物。這些污染物一部分被除塵器俘獲后賦存在飛灰中，極小部分殘留在灰渣中，剩余的大部分被排入大氣中，不僅嚴(yán)重腐蝕鍋爐和煙氣凈化設(shè)備，而且造成大氣氟污染和生態(tài)環(huán)境的破壞。
[0003]燃煤污染型氟中毒在我國(guó)已成為地方病，長(zhǎng)期攝入過(guò)量的氟元素會(huì)導(dǎo)致慢性氟中毒，主要表現(xiàn)為氟斑牙和氟骨癥。研究表明，引起世界關(guān)注的溫室效應(yīng)與全球氣候變暖問(wèn)題、南極上空臭氧空洞問(wèn)題、酸雨問(wèn)題等，都與人為排放氟化物有關(guān)。針對(duì)日益突出的燃煤氟排放問(wèn)題，電站及工業(yè)鍋爐、窯爐燃煤氟污染的治理已開(kāi)始起步。
[0004]目前，高溫?zé)煔庵邢疵摲廴疚锛夹g(shù)和煤燃燒過(guò)程中固化氟元素技術(shù)是解決燃煤氟污染問(wèn)題的兩個(gè)主要研究方向。高溫?zé)煔庵邢疵摲廴疚锛夹g(shù)是指在除塵器前的煙道中利用堿液淋洗或噴射堿性固氟劑等方法脫除氟污染物；煤燃燒過(guò)程中固化氟元素技術(shù)則是指預(yù)先在煤中摻入固氟劑或向燃燒室中噴射固氟劑，從而在煤燃燒過(guò)程中將氟固化在煤渣中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種用于燃煤氟污染治理的固氟劑，在煤燃燒過(guò)程中能夠高效固化氟元素；目的之二在于提供該固氟劑的制備方法，原料價(jià)格低廉，制備簡(jiǎn)便，成本低；目的之三在于提供一種應(yīng)用該固氟劑在煤燃燒過(guò)程中固化氟的方法，操作簡(jiǎn)便。
[0006]經(jīng)研究，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]1.用于燃煤氟污染治理的固氟劑的制備方法，包括以下步驟:按Ca2+、Al3+、Na+、K+離子的摩爾比為30:1.5:3:2-4.5分別稱取一定量的醋酸鈣鎂鹽CaMg2 (CH3COO6)、硫酸鋁Al2 (SO4) 3、碳酸鈉Na2CO3和碳酸鉀K2CO3,均勻混合，研磨過(guò)180-300目篩，再加入相當(dāng)于混合物重量6-12倍量的水，70-90°C加熱攪拌2-6小時(shí)，最后100_120°C干燥，研磨過(guò)180-300目篩，即得固氟劑。
[0008]優(yōu)選的，所述制備方法包括以下步驟:按Ca2+、Al3+、Na+、K+離子的摩爾比為30:1.5:3:2分別稱取一定量的醋酸鈣鎂鹽、硫酸鋁、碳酸鈉和碳酸鉀，均勻混合，研磨過(guò)300目篩，再加入相當(dāng)于混合物重量6-12倍量的水，70-90°C加熱攪拌2-6小時(shí)，最后100-120°C干燥，研磨過(guò)300目篩，即得固氟劑。[0009]更優(yōu)選的，所述制備方法包括以下步驟:按Ca2+、Al3+、Na+、K+離子的摩爾比為30:1.5:3:2分別稱取一定量的醋酸鈣鎂鹽、硫酸鋁、碳酸鈉和碳酸鉀，均勻混合，研磨過(guò)300目篩，再加入相當(dāng)于混合物重量10倍量的水，80°C加熱攪拌2小時(shí)，最后120°C干燥，研磨過(guò)300目篩，即得固氟劑。
[0010]2.采用所述制備方法制得的固氟劑。
[0011]3.應(yīng)用所述固氟劑在煤燃燒過(guò)程中固化氟的方法，包括以下步驟:將原煤干燥，研磨過(guò)180-300目篩，所得煤粉與固氟劑按質(zhì)量比為100:1-10均勻混合后，在900-12001:
進(jìn)行高溫燃燒。
[0012]優(yōu)選的，所述應(yīng)用固氟劑在煤燃燒過(guò)程中固化氟的的方法，包括以下步驟:將原煤干燥，研磨過(guò)300目篩，所得煤粉與固氟劑按質(zhì)量比為100:1均勻混合后，在1100°C進(jìn)行高
溫燃燒。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明將鈣基質(zhì)材料醋酸鈣鎂鹽與調(diào)制劑硫酸鋁、碳酸鈉和碳酸鉀按一定Ca2+、Al3+、Na+、K+摩爾比進(jìn)行配方，制得了一種用于燃煤氟污染治理的固氟劑。其中，醋酸鈣鎂鹽中的鈣對(duì)氟的遷移轉(zhuǎn)化有著明顯的干預(yù)能力；硫酸鋁、碳酸鈉和碳酸鉀可以明顯地改善鈣基質(zhì)材料的微觀空隙結(jié)構(gòu)，促進(jìn)鈣基質(zhì)材料孔容、比表面積及內(nèi)孔空隙率的增加。本發(fā)明的固氟劑相比傳統(tǒng)的燃煤固氟劑碳酸鈣，孔隙率和比表面積得到大幅度提高，能夠在煤燃燒過(guò)程中高效固化氟元素，有效降低高溫?zé)煔庵械姆?；相比單?dú)以醋酸鈣鎂鹽作為固氟劑，對(duì)高溫?zé)煔獾拿摲Ч鼮轱@著。此外，該固氟劑的制備方法簡(jiǎn)便，原料價(jià)格低廉，生產(chǎn)成本低；應(yīng)用該固氟劑在煤燃燒過(guò)程中固化氟的方法操作簡(jiǎn)便。因此，該固氟劑在燃煤氟污染治理領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景，經(jīng)濟(jì)與環(huán)境綜合效益顯著。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明:
[0015]圖1為本發(fā)明固氟劑與傳統(tǒng)的燃煤固氟劑碳酸鈣的比孔容積-孔直徑分布比較圖。
[0016]圖2為本發(fā)明固氟劑與傳統(tǒng)的燃煤固氟劑碳酸鈣的孔數(shù)-孔直徑分布比較圖。
[0017]圖3為本發(fā)明固氟劑的電鏡掃描圖。
[0018]圖4為固氟劑投加比對(duì)燃煤氟揮發(fā)率的影響。
[0019]圖5為燃燒溫度對(duì)燃煤氟揮發(fā)率的影響。
[0020]圖6為同等實(shí)驗(yàn)條件下不同添加劑的固氟效果。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0022]一、本發(fā)明固氟劑的制備
[0023]1、研磨粒徑、調(diào)制劑種類及調(diào)制離子摩爾比對(duì)燃煤固氟效果的影響
[0024]在高溫燃煤過(guò)程中，鈣離子是吸附與化學(xué)固氟的活性位，氟的固化是通過(guò)鈣基質(zhì)材料對(duì)氟的捕獲作用實(shí)現(xiàn)的。為了進(jìn)一步提高固定氟的效率，可以利用物理化學(xué)方法從添加劑的改性角度來(lái)改善鈣基質(zhì)材料的孔隙率與比表面積及提高鈣離子的活性。為了提高鈣基質(zhì)材料與燃煤的接觸面積，可以通過(guò)物理研磨的方法將其磨細(xì)。本發(fā)明根據(jù)前期研究結(jié)果，選用醋酸鈣鎂鹽為鈣基質(zhì)材料，碳酸鈉、碳酸鉀和硫酸鋁為調(diào)制劑，通過(guò)改變研磨粒徑、調(diào)制劑種類和調(diào)制離子摩爾比，以期獲得燃煤氟固化的最優(yōu)效果。
[0025]實(shí)驗(yàn)采用三因素三水平無(wú)交互作用的正交實(shí)驗(yàn)，各因素水平見(jiàn)表1。按Ca2+與調(diào)制劑金屬離子的摩爾比分別稱取一定量的醋酸鈣鎂鹽和調(diào)制劑，均勻混合，研磨過(guò)篩，再加入相當(dāng)于混合物重量10倍量的水，80°C加熱攪拌2小時(shí)，最后120°C干燥，研磨過(guò)篩，制得固氟劑；將固氟劑按lwt%的投加比加到煤樣中，在1100°C燃燒條件下進(jìn)行燃燒測(cè)試。正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果見(jiàn)表3。
[0026]表1正交試驗(yàn)因素水平表
[0027]
【權(quán)利要求】
1.用于燃煤氟污染治理的固氟劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:按Ca2+、Al3+、Na+、K+離子的摩爾比為30:1.5:3:2-4.5分別稱取一定量的醋酸鈣鎂鹽、硫酸鋁、碳酸鈉和碳酸鉀，均勻混合，研磨過(guò)180-300目篩，再加入相當(dāng)于混合物重量6-12倍量的水，70-90°C加熱攪拌2-6小時(shí)，最后100-120°C干燥，研磨過(guò)180-300目篩，即得固氟劑。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:按Ca2+、Al3+、Na+、K+離子的摩爾比為30:1.5:3:2分別稱取一定量的醋酸鈣鎂鹽、硫酸鋁、碳酸鈉和碳酸鉀，均勻混合,研磨過(guò)300目篩，再加入相當(dāng)于混合物重量6-12倍量的水，70-90°C加熱攪拌2_6小時(shí)，最后100-120°C干燥，研磨過(guò)300目篩，即得固氟劑。
3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:按Ca2+、Al3+、Na+、K+離子的摩爾比為30:1.5:3:2分別稱取一定量的醋酸鈣鎂鹽、硫酸鋁、碳酸鈉和碳酸鉀，均勻混合,研磨過(guò)300目篩，再加入相當(dāng)于混合物重量10倍量的水，80°C加熱攪拌2小時(shí)，最后120°C干燥，研磨過(guò)300目篩，即得固氟劑。
4.采用權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述制備方法制得的固氟劑。
5.應(yīng)用權(quán)利要求4所述固氟劑在煤燃燒過(guò)程中固化氟的方法，其特征在于，包括以下步驟:將原煤干燥，研磨過(guò)180-300目篩，所得煤粉與固氟劑按質(zhì)量比為100:1-10均勻混合后，在900-1200°C進(jìn)行高溫燃燒。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，包括以下步驟:將原煤干燥，研磨過(guò)300目篩，所得煤粉與固氟劑按質(zhì)量比為100:1均勻混合后，在1100°C進(jìn)行高溫燃燒。
【文檔編號(hào)】C10L9/10GK103923721SQ201410192992
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】李東偉, 許國(guó)靜, 黃濤, 郭勝利, 周雯 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)