CN101984027A - 一种焦粉型焦粘结剂及基于该粘结剂的型焦制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焦粉型焦粘结剂及基于该粘结剂的型焦制备方法，该种焦粉型焦粘结剂按照重量百分比，包括的组分为：聚乙烯醇PVA：15～45％，水玻璃：20～60％，膨润土：15～45％。该焦制备方法为：1)将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份焦粉型焦粘结剂；3)搅拌10～15分钟出料；4)室温下放置15～20分钟，放入成型机加压成型，压制成圆柱形；5)室温放置2～8小时后，于120℃干燥。与现有各种型焦粘结剂相比，本发明的粘结剂组分常见，配制工艺比较简单，成本低，使用方便，无任何二次污染。用本发明粘结剂制成的型焦，不仅具有冷强度高，防水性好，成本低，灰分增加量低的优点，而且具有较高的热强度，原料来源广的特点。

Description

一种焦粉型焦粘结剂及基于该粘结剂的型焦制备方法

技术领域

本发明属于粉焦成型技术领域，涉及一种焦粘结剂以及由其制备的型焦，尤其是一种焦粉型焦粘结剂及基于该粘结剂的型焦制备方法。

背景技术

焦炭是化工、冶金、电石等行业的主要燃料，价格在每吨2000元左右，使用时往往要求其有一定的块度。然而，在焦炭的运输和处理过程中，不可避免会发生粉碎现象，产生一些焦粉。由于焦粉在粒度上不符合生产工艺要求，因而不能直接利用，大大降低了焦炭的利用率。目前，我国大多数用焦企业因没有找到解决焦粉成型的有效办法，使得大部分焦粉露天堆积，直接影响到生产厂区及周围居民的工作和生活，严重污染了环境，危害人体健康。有些企业即便对焦粉进行利用也只是当作普通燃料廉价处理，价格在每吨200～300元左右，焦粉的廉价利用，不仅使企业生产成本上升，经济效益下降，另外造成了大量的能源浪费。因此，研究焦粉成型技术，将焦粉加工成能够重新利用的块状产品，是节约消耗、保护环境的必由之路，对于实施可持续发展战略具有重要的意义。型焦是通过粘结剂的作用将焦粉加压成型，生产出满足工业生产粒度要求且具有一定机械强度的焦块。型焦除了应具备其在运输、储存及高温燃烧过程中所要求的机械强度外，还必须含有一定量的固定碳，在上述条件都满足的情况下，应尽可能选择较为廉价的粘结剂。如果型焦产品需要远距离运输或长期储存，产品还必须具备一定的耐水性能。因此，开发一种具有高强度和一定耐水性能的型焦粘结剂有十分重要的现实意义。型焦粘结剂既是型焦生产中的关键技术，也是制约型焦发展的瓶颈。随着型焦技术水平的发展。迄今为止，国内外开发了诸多型焦粘结剂，按粘结剂的化学性质，主要有以下4类：

(1)无机类粘结剂。如膨润土、水泥、石灰、水玻璃、粘土、陶土以及各种无机盐，其特点是价格低，具有一定的粘结强度，并且内含的碱金属、碱土金属、碳酸盐或氧化物、氢氧化物等还能和硫发生反应，减少二氧化硫排放，起到固硫作用；缺点是使型焦的灰分增加，耐水性差。

(2)有机类粘结剂。焦油、沥青、腐植酸钠类粘结剂：该类粘结剂具有一定的热值，制成的型焦冷热强度均较好，易储存和运输，其缺点是需加热熔化，产量有限，价格偏高，且燃烧时有挥发物放出，易造成二次污染；生物质粘结剂：此类粘结剂来源广，不增加型焦灰分，有较高的发热量，经化学处理后有较好的粘结性，生产的型焦燃点低，且燃烧不结渣；工业废料粘结剂：主要包括造纸、纤维厂废液，脂肪酸残渣，甘油残泥，废糖蜜和淀粉渣等工业废料，该类粘结剂性能良好，可实现废物利用。

(3)高分子聚合物粘结剂。包括聚酚胺、酚醛树脂、聚乙烯醇、聚丙烯醇等高分子聚合物粘结剂，这种粘结剂粘结力强，防水性能好，具有一定热值，但热稳定性差。

(4)复合型粘结剂。该类粘结剂由上述多种粘结剂复合而成，能综合几类粘结剂的优点，是近年来发展的主攻方向。

我国在焦粉型焦粘结剂方面做了大量研究，并取得了一定的成绩。但现有技术或多或少存在着这样或那样的不足：如燃烧性能不佳、防潮抗水性差、热态强度低、固硫率低、加工困难、成本过高，污染严重、原料来源不广、焦粉型焦成型工艺复杂。

型焦技术能否广泛应用的关键是粘结剂的选择。理想粘结剂应使型焦除了具备其在运输、储存及高温燃烧过程中所要求的机械强度外，还必须具备一定的耐水性能。因此，开发一种具有高强度和一定耐水性能的型焦粘结剂有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种焦粉型焦粘结剂及基于该粘结剂的型焦制备方法，该种型焦粘结剂采用合理的配方，不但粘结性更强，能在焦粒表面均匀分布，润湿焦粒表面，而且可以改变焦质，无二次污染，利用该焦粘结剂制备方法制备出的型焦机械强度高、具备一定的耐水性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种焦粉型焦粘结剂，按照重量百分比，包括以下组分：

聚乙烯醇PVA：   15～45％；

水玻璃：        20～60％；

膨润土：        15～45％。

基于以上所述的焦粉型焦粘结剂，本发明还提供一种型焦制备方法，包括以下步骤：

1)将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份焦粉型焦粘结剂；

3)搅拌10～15分钟出料；

4)室温下放置15～20分钟，放入成型机加压成型，压制成圆柱形；

5)室温放置2～8小时后，于120℃干燥。

进一步的，上述步骤1)所述粒度小于3mm的焦粉中，以质量百分比计，粒度为1～3mm的煤粉占50％，粒度小于1mm的焦粉占50％。

进一步的，上述步骤2)中，加入焦粉型焦粘结剂时，首先在所述焦粉中加入膨润土混合均匀后，再加入水玻璃混合均匀，最后加入聚乙烯醇混合均匀。

进一步的，上述步骤4)中，所述成型机是NYL-2000型，成型机的成型压力为90MPa，型焦大小为18mm×φ20mm。

本发明的型焦粘结剂中加入的各组分以及各组分之间的配合作用具有以下有益效果：

本发明加入的膨润土主要成份是蒙脱石，属单斜晶系，其单位晶胞系由两层硅氧Si-O四面体中间夹一层铝氧Al-(O·OH)八面体组成的2:1型层状硅酸盐蒙脱石的分子结构使它具有较高的比表面积和比表面能。本发明加入的水玻璃与许多硅酸盐物质在一定条件下相互作用可形成高粘度、耐磨擦、坚硬的物质。因此，水玻璃在膨润土粘结剂中的添加不但可以提高型焦的强度，还能从一定程度上提高型焦的防水性能。本发明加入的聚乙烯醇可以借氢键吸附在多聚硅酸分子上，能改变水玻璃固化后的凝胶结构，使胶粒细化，配位数增大，粘结颈变粗，从而在一定程度上提高粘结强度。另外，其中含有大量高选择性基团的水溶性高分子表面活性剂，在干燥温度下，高分子会拆开，引起膨润土中蒙脱石表面电性的变化，使蒙脱石重新取向，相互键合，形成较稳定的粒间氢键和分子键体系，组成新的憎水性官能团，从而提高了型焦的耐水性。

综上所述，与现有各种型焦粘结剂相比，本发明的粘结剂组分常见，配制工艺比较简单，成本低，使用方便，无任何二次污染。用本发明粘结剂制成的型焦，不仅具有冷强度高，防水性好，成本低，灰分增加量低的优点，而且具有较高的热强度，原料来源广的特点。

具体实施方式

本发明的焦粉型焦粘结剂按照重量百分比，包括的组分为：聚乙烯醇PVA：15～45％，水玻璃：20～60％，膨润土：15～45％。

本发明的型焦粘结剂中加入的各组分以及各组分之间的配合作用具有以下效果：

膨润土主要成份是蒙脱石，属单斜晶系，其单位晶胞系由两层硅氧Si-O四面体中间夹一层铝氧Al-(O·OH)八面体组成的2:1型层状硅酸盐蒙脱石的分子结构使它具有较高的比表面积和比表面能。铝基团和硅氧基团使蒙脱石具有优良的化学惰性、配位性、稳定性。层际负电荷及羟基基团赋于蒙脱石分散性、粘滞性和吸附性。在蒙脱石层间及羟基基团上可与某些阳离子、极性分子、有机分子发生吸附、桥联、络合等反应。在有水的条件下，由于水化及吸附阳离子的作用，蒙脱石层间结合力会减弱呈高度分散状态，使膨润土流动性好，粘结能力强。

水玻璃与许多硅酸盐物质在一定条件下相互作用可形成高粘度、耐磨擦、坚硬的物质。说明添加水玻璃之后，型焦的耐水性有所增加。这主要是因为水玻璃与膨润土中的蒙脱石在干燥过程中也会促进硅氧聚阴离子的聚合，从而进一步提高型焦的耐水性。但是，水玻璃具有较强的吸湿性，过量的水玻璃将导致型焦耐水性下降。水玻璃在膨润土粘结剂中的添加不但可以提高型焦的强度，还能从一定程度上提高型焦的防水性能。

水玻璃与蒙脱石在120℃时会生成坚硬固化物，此固化物属于超分子化合物。超分子化合物由多个分子通过分子间作用而形成的复杂但有组织的体系，尽管单个这种分子的作用很微弱，但在一定条件下(如在大分子体系中)可产生累加效应，使分子间总的作用效果大为增加。蒙脱石为层状硅酸盐大分子，它在与水玻璃作用时具备了这一性质。因此，水玻璃与膨润土作型焦粘结剂时，焦粉加压成型之后在120℃下干燥，这样可以大大提高型焦的抗压强度。

聚乙烯醇与水玻璃和膨润土的共同作用机理为：聚乙烯醇可以借氢键吸附在多聚硅酸分子上，能改变水玻璃固化后的凝胶结构，使胶粒细化，配位数增大，粘结颈变粗，从而在一定程度上提高粘结强度。另外，其中含有大量高选择性基团的水溶性高分子表面活性剂，在干燥温度下，高分子会拆开，引起膨润土中蒙脱石表面电性的变化，使蒙脱石重新取向，相互键合，形成较稳定的粒间氢键和分子键体系，组成新的憎水性官能团，从而提高了型焦的耐水性。

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例1

(A)型焦粘结剂

按照重量百分比，分别称取30％的聚乙烯醇，40％的水玻璃、30％的膨润土。

(B)型焦的制备(按照重量份计)

(1)将陕北榆林神木焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉，要求粒度为1～3mm的焦粉占50％，粒度小于1mm的焦粉占50％；称取90份焦粉；

(2)在上述焦粉中先加入3份膨润土混合均匀；

(3)再加入4份水玻璃混合均匀；

(4)然后加入3份聚乙烯醇混合均匀；

(5)搅拌10～15分钟出料；

(6)室温下放置15～20分钟，放入NYL-2000型成型机中加压成型，压制成圆柱形型焦；成型机的成型压力为90MPa，型焦大小为18mm×φ20mm；

(7)将型焦在室温放置2～8小时后，于120℃干燥，得到最后型焦成品。测定型焦的质量，其结果见表1。

实施例2

(A)型焦粘结剂

按照重量百分比，分别称取35％的聚乙烯醇，40％的水玻璃、25％的膨润土。

(B)型焦的制备(按照质量份计)

(1)将陕北榆林神木焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉，要求粒度为1～3mm的焦粉占50％，粒度小于1mm的焦粉占50％；称取90份焦粉；

(2)在上述焦粉中先加入2.5份膨润土混合均匀；

(3)再加入4份水玻璃混合均匀；

(4)然后加入3.5份聚乙烯醇混合均匀；

(5)搅拌10～15分钟出料；

(6)室温下放置15～20分钟，放入NYL-2000型成型机加压成型，压制成圆柱形型焦；成型机的成型压力为90MPa，型焦大小为18mm×φ20mm；

(7)将型焦在室温放置2～8小时后，于120℃干燥，得到最后型焦成品。测定型焦的质量，其结果见表1。

实施例3

(A)型焦粘结剂

按照重量百分比，分别称取30％的聚乙烯醇，35％的水玻璃、35％的膨润土。

(B)型焦的制备(按照质量份计)

(1)将陕北榆林神木焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉，要求粒度为1～3mm的焦粉占50％，粒度小于1mm的焦粉占50％；称取90份焦粉；

(2)在上述焦粉中先加入3.5份膨润土混合均匀；

(3)再加入3.5份水玻璃混合均匀；

(4)然后加入3份聚乙烯醇混合均匀；

(5)搅拌10～15分钟出料；

(6)室温下放置15～20分钟，放入NYL-2000型成型机中加压成型，压制成圆柱形型焦；成型机的成型压力为90MPa，型焦大小为18mm×φ20mm；

(7)将型焦在室温放置2～8小时后，于120℃干燥，得到最后型焦成品。测定型焦的质量，其结果见表1。

实施例4

(A)型焦粘结剂

按照重量百分比，分别称取30％的聚乙烯醇，40％的水玻璃、30％的膨润土。

(B)型焦的制备(按照质量份计)

(1)将山西孝义焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉，要求粒度为1～3mm的焦粉占50％，粒度小于1mm的焦粉占50％；称取90份焦粉；

(2)在上述焦粉中先加入3份膨润土混合均匀；

(3)再加入4份水玻璃混合均匀；

(4)然后加入3份聚乙烯醇混合均匀；

(5)搅拌10～15分钟出料；

(6)室温下放置15～20分钟，放入NYL-2000型成型机中加压成型，压制成圆柱形型焦；成型机的成型压力为90MPa，型焦大小为18mm×φ20mm；

(7)将型焦在室温放置2～8小时后，于120℃干燥，得到最后型焦成品。测定型焦的质量，其结果见表1。

实施例5

(A)型焦粘结剂

按照重量百分比，分别称取35％的聚乙烯醇，40％的水玻璃、25％的膨润土。

(B)型焦的制备(按照质量份计)

(1)将山西孝义焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉(要求粒度为1～3mm的焦粉占质量百分比的50％，粒度小于1mm的焦粉占质量百分比的50％)，称取90份焦粉；

(2)在上述焦粉中先加入2.5份膨润土混合均匀；

(3)再加入4份水玻璃混合均匀；

(4)然后加入3.5份聚乙烯醇混合均匀；

(5)搅拌10～15分钟出料；

(6)室温下放置15～20分钟，放入NYL-2000型成型机中加压成型，压制成圆柱形型焦；成型机的成型压力为90MPa，型焦大小为18mm×φ20mm；

(7)将型焦在室温放置2～8小时后，于120℃干燥，得到最后型焦成品。测定型焦的质量，其结果见表1。

实施例6

(A)型焦粘结剂

按照重量百分比，分别称取30％的聚乙烯醇，35％的水玻璃、35％的膨润土。

(B)型焦的制备(按照质量份计)

(1)将山西孝义焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉(要求粒度为1～3mm的焦粉占质量百分比的50％，粒度小于1mm的焦粉占质量百分比的50％)，称取90份焦粉；

(2)在上述焦粉中先加入3.5份膨润土混合均匀；

(3)再加入3.5份水玻璃混合均匀；

(4)然后加入3份聚乙烯醇混合均匀；

(5)搅拌10～15分钟出料；

(6)室温下放置15～20分钟，放入NYL-2000型成型机中加压成型，压制成圆柱形型焦；成型机的成型压力为90MPa，型焦大小为18mm×φ20mm；

(7)将型焦在室温放置2～8小时后，于120℃干燥，得到最后型焦成品。测定型焦的质量，其结果见表1。

表1  型焦焦样、粘结剂配比和质量测定

实施例7

(A)型焦粘结剂

按照重量百分比，分别称取15％的聚乙烯醇，40％的水玻璃、45％的膨润土。

(B)型焦的制备(按照质量份计)

(1)将焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉(要求粒度为1～3mm的焦粉占质量百分比的50％，粒度小于1mm的焦粉占质量百分比的50％)，称取90份焦粉；

(2)在上述焦粉中先加入4.5份膨润土混合均匀；

(3)再加入4份水玻璃混合均匀；

(4)然后加入1.5份聚乙烯醇混合均匀；

(5)搅拌10～15分钟出料；

(6)室温下放置15～20分钟，放入NYL-2000型成型机中加压成型，压制成圆柱形型焦；成型机的成型压力为90MPa，型焦大小为18mm×φ20mm；

(7)将型焦在室温放置2～8小时后，于120℃干燥，得到最后型焦成品。

实施例8

(A)型焦粘结剂

按照重量百分比，分别称取45％的聚乙烯醇，40％的水玻璃、15％的膨润土。

(B)型焦的制备(按照质量份计)

(1)将焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉(要求粒度为1～3mm的焦粉占质量百分比的50％，粒度小于1mm的焦粉占质量百分比的50％)，称取90份焦粉；

(2)在上述焦粉中先加入1.5份膨润土混合均匀；

(3)再加入4份水玻璃混合均匀；

(4)然后加入4.5份聚乙烯醇混合均匀；

(5)搅拌10～15分钟出料；

(6)室温下放置15～20分钟，放入NYL-2000型成型机中加压成型，压制成圆柱形型焦；成型机的成型压力为90MPa，型焦大小为18mm×φ20mm；

(7)将型焦在室温放置2～8小时后，于120℃干燥，得到最后型焦成品。

实施例9

(A)型焦粘结剂

按照重量百分比，分别称取40％的聚乙烯醇，20％的水玻璃、40％的膨润土。

(B)型焦的制备(按照质量份计)

(1)将焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉(要求粒度为1～3mm的焦粉占质量百分比的50％，粒度小于1mm的焦粉占质量百分比的50％)，称取90份焦粉；

(2)在上述焦粉中先加入4份膨润土混合均匀；

(3)再加入2份水玻璃混合均匀；

(4)然后加入4份聚乙烯醇混合均匀；

(5)搅拌10～15分钟出料；

(6)室温下放置15～20分钟，放入NYL-2000型成型机中加压成型，压制成圆柱形型焦；成型机的成型压力为90MPa，型焦大小为18mm×φ20mm；

(7)将型焦在室温放置2～8小时后，于120℃干燥，得到最后型焦成品。

实施例10

(A)型焦粘结剂

按照重量百分比，分别称取15％的聚乙烯醇，60％的水玻璃、15％的膨润土。

(B)型焦的制备(按照质量份计)

(1)将焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉(要求粒度为1～3mm的焦粉占质量百分比的50％，粒度小于1mm的焦粉占质量百分比的50％)，称取90份焦粉；

(2)在上述焦粉中先加入1.5份膨润土混合均匀；

(3)再加入6份水玻璃混合均匀；

(4)然后加入1.5份聚乙烯醇混合均匀；

(5)搅拌10～15分钟出料；

(6)室温下放置15～20分钟，放入NYL-2000型成型机中加压成型，压制成圆柱形型焦；成型机的成型压力为90MPa，型焦大小为18mm×φ20mm；

(7)将型焦在室温放置2～8小时后，于120℃干燥，得到最后型焦成品。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

本发明的粘结剂制备的型焦强度高、防水，易于贮存，为型焦生产向大型化发展提供了重要的技术，而且型焦的可燃性好，能充分燃烧、利用率高，有很好的市场竞争能力。预计该型焦粘结剂生产应用后，可以取得较好的经济效益、环境效益及社会效益。

Claims (5)

1.一种焦粉型焦粘结剂，其特征在于，按照重量百分比，包括以下组分：

聚乙烯醇：    15～45％；

水玻璃：      20～60％；

膨润土：      15～45％。

2.一种基于权利要求1所述焦粉型焦粘结剂的型焦制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将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份焦粉型焦粘结剂；

3)搅拌10～15分钟出料；

4)室温下放置15～20分钟，放入成型机加压成型，压制成圆柱形；

5)室温放置2～8小时后，于120℃干燥。

3.根据权利要求2所述的型焦制备方法，其特征在于，所述粒度小于3mm的焦粉中，以质量百分比计，粒度为1～3mm的焦粉占50％，粒度小于1mm的焦粉占50％。

4.根据权利要求2所述的型焦制备方法，其特征在于，步骤2)中，加入焦粉型焦粘结剂时，首先在所述焦粉中加入膨润土混合均匀后，再加入水玻璃混合均匀，最后加入聚乙烯醇混合均匀。

5.根据权利要求2所述的型焦制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述成型机是NYL-2000型，成型机的成型压力为90MPa，型焦大小为18mm×φ20mm。