CN1036223A - 防水的可燃性集料,它的生产方法及用于该方法的原料组合物 - Google Patents
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Abstract
一种基于可燃性细粉制成的防水可燃性集料,其
特征在于它含有效比的下列成分:至少一种选自淀
粉、淀粉衍生物、面粉、蛋白、纤维素、半纤维素及其混
合物作为有机粘结剂,和至少一种有机硅防水剂。
Description
本发明是关于防水的可燃集料,还涉及它的生产方法及用于该方法的原料组合物。
这里的“可燃性集料”是指可燃性细粉制成的易于搬运的用于工业和家庭的可燃集料,如:可作成球形、砖形或丸状。
本发明的可燃性集料可以是富含碳的,如:煤末、木炭末、焦炭末、炼油焦炭末及它们的混合物。以上材料,特别是煤末是现代采煤、洗煤过程得到的大量产物。
在这些材料的各种应用中特别要提到以团块燃料形式的应用。
已有的用于聚集这些粉末状材料的各种技术是用填加剂(或粘结剂)使其充分粘结。
常用的填加剂(或粘结剂)有煤焦油沥青、木脂、石油沥青、或天然地沥青、木质磺酸盐、白土、粘多糖,最好是淀粉及其衍生物。
这些粘结剂中最常用的无疑是沥青。但由于环保的需要对它的应用越来越严格限制。使得近来应用的渐少。
事实上,在用煤焦油沥青作粘合剂生产集料时,必须首先热处理或脱气从而降低其中酚类成分的浓度,然而这种处理会导致不容忽视的空气污染。此外,脱气也不完全,所以,当这种集料燃烧时会放出对人有害的气体。
上述缺陷使很多国家都禁用煤焦油沥青作粘结剂。
用煤焦油沥青的缺陷在用天然地沥青作粘结剂时也存在。
为弥补上述缺陷,人们改用木素磺酸盐,特别是它的铵盐作为粘结剂。
有关用这种粘结剂的文献是很多的,可提及的如:苏联专利SU983,143;SU1,001,146及SU1,137103;欧洲专利EP0,097,486和德国专利DE3,227,395或东德专利DD224,331及美国专利US4,666,522。
人们发现用木质磺酸盐粘结的技术是复杂的,需要一套很难掌握的工艺。
具体的说,需要:
一方面要在一个容器中干燥材料粉末,使其达到一定湿度,从而使木素磺酸盐与材料粉末混合物粘结,过量或不足量的水均不能达到粘结目的。
另一方面,要在一系列温度下处理,使木素磺酸盐聚合,从而使其不溶于水,使所得集料具有防水性。
这种热处理需3个小时,为使其不溶于水,要根据所用磺酸盐的性质在高达270~450℃下处理。
如上述,这种技术耗能巨大,而且还导致不容忽视的空气污染,在热处理时,会产生富含硫酸的有害烟雾。
为解决上述污染问题人们设想了很多解决办法,如:使烟雾凝结,然而这种办法不但没解决污染问题还带来了更难解决的锈蚀问题。特别是在产生富含硫酸的烟雾时,所用生产集料的设备都必须用特种钢。因此,如上述,无论从产生的问题或其解决办法上看,用磺酸盐作粘结剂的技术是耗能耗资巨大的技术。
此外,用这种技术得到的集料在燃烧时产生的烟雾中存在硫的残留物。
另一种方法没有用焦油或地沥青和磺酸盐所得集料的缺陷,它们所用的粘结剂是粘土,最好是膨润土(见US4,025,596和DE1,671,365),但是用这些技术所得集料并不具有一切需要的物理特性。具体地说,它们的机械抗性不足,抗水性能中等。这些方法在实践中也没有很多应用。
还有人建议单独用淀粉或用淀粉与其它粘结剂混合作粘结剂,如:美国专利US3,726,652和德国专利3,227,395或欧洲专利0,097,486,这些方法都显示了一些优点。
1982年美国加州伯克利大学作了丸状集料的比较研究(见K.V.S.SASTRY和D.W.FUERSTENAU的论文),指出与用沥青乳液或膨润土相比淀粉作粘结剂所得集料在下述几个性能都是最好的:
抗机械压力
抗磨损
抗冲击
此外,与木素磺酸盐相反,在制作集合材料前,对材料粉末与淀粉粘结剂混合物的湿度不必多虑。
另外,淀粉可用于任何原来用焦油或地沥青的工业设施,不需投资改装原设施,且降低了原设施的保养费。
然而用淀粉作粘结剂的集料与用膨润土的集料相似,有一主要缺陷,即防水性差些,因此就不能贮藏在露天下。
为弥补这一缺陷,又有人建议将淀粉与焦油或地沥青混用或用尿素类、苯酚甲醛类,三聚氰胺-甲醛类,酮-甲醛类树脂或它们的混合物使淀粉不易溶于水。
由于上述所有这些方法所得集料燃烧时均有放有毒气体(烟雾)污染环境的问题,因而任何一种解决办法都不令人满意。
还有人提出用蜡乳给集料涂层,虽然这种办法由于用大量的蜡耗资不小,运输过程的震动又会导致蜡层的破坏,从而不能起到保护集料不受潮的目的。
最后又有人提出(见法国专利FR2,118,741),用废甜菜糖蜜或亚硫酸洗涤剂和碱性甲基硅酸盐处理集料,但由于这样处理的集料不能充分防水,也不能令人满意。
总之,上述各种已有方法都不能既省资,不污染环境又具有足够机械性能和防水特性。
本发明正是为了解决已有方法的缺陷,提供一种可满足各种实际需要的较好的燃料。
本申请人终于达到了目的,本发明的集料的组成和性质如下:
它含有一种选自淀粉,淀粉衍生物,面粉、蛋白、纤维素、半纤维素或其混合物的有机粘结剂。
还含有一种有机硅防水剂。
根据本发明由可燃性粉末材料生产出的防水可燃性集料,其特征在于其组成成分中至少有一种选自淀粉,淀粉衍生物、面粉、蛋白、纤维素、半纤维素或其混合物的粘结剂和至少一种有机硅防水剂。
为达到予期效果本发明还提及各成分有效比例。
根据本发明的集料,最好的实施方式是用淀粉及其衍生物作有机粘结剂。
根据本发明集料,使用的有机硅防水剂最好为具下式结构的化合物:
其中R和R1可相同或不同,是氢或为有机基团,这些基团选自甲基、烷基、氟烷基,可取代的苯基,乙烯基或它们的氯化物,烷氧基(alcoxy),酰氧基和烷氨基。所述化合物最好选自不反应的硅酮油,硅酮树脂,可反应的硅酮油(特别是羟基化,烷基化、芳基化、加氢烷基化、加氢芳基化的),及其混合物和由它们制成的乳剂。
根据本发明另一个较好的实施方式,有机硅防水剂选自下式表示的有机硅酸盐:
其中R2是烷基(C1-C10),链烯基(C1-C10)或芳基(C1-C10);X是一个碱金属或碱土金属元素原子;-1<n≤10,最好的是钾的有机硅酸盐。
当本发明的集料中所用粘结剂是一种淀粉或淀粉衍生物时,淀粉可以是各种来源的天然淀粉或从马铃薯、木薯、玉米、黄玉米、富含直链淀粉的玉米,小麦及其秸杆,燕麦及高梁等材料得到的淀粉材料。淀粉衍生物是用物理或化学方法得到的变性淀粉。
作为有机粘结剂最好选用通过煮沸,胶化等物理方法处理得到的可溶于冷水中的天然淀粉。
根据可燃粉末材料的重量,集料最好含:
有机粘结剂0.2-25%,较好重量比为1-15%,最好为2-7%。
有机硅防水剂0.005-5%,较好重量比为0.025-1.5%,最好为0.05-0.5%。
本发明的集料还可含有其它成分,如:碳酸盐、生或熟石灰、白云石,碱性硅酸盐、粘土、胶乳、硼砂、聚磷酸酯、磷酸酯、奶和浓乳清、水泥、聚乙烯醇及热硬化树脂。这些成分可占可燃粉末材料的15%;这些材料最好与可燃粉末材料的颗粒粒度接近。
本发明占主要成分的可燃性粉末材料的粒度为1μm-1cm间。
制备本发明集料的方法其特征在于:
选择可燃粉末材料,上述一种有机粘结剂和一种有机硅的防水剂。
将防水剂或与可燃材料混合,或与有机粘结剂混合,或与这两者一起混合,或与这两者的混合物混合。
将上述所得混合物进行聚集处理。
本发明方法的较好实施方式是先将一部分防水剂先与可燃材料或有机粘合剂混合,或与两者一起混合,或与这两者混合物混合,然后将其聚集处理,最后将剩余另一小部分防水剂处理聚集后的集料。
本发明另一个较好的实施方式是先制备含有机粘结剂和至少部分有机防水剂的组合物,再将其与可燃材料粉末混合,再将该混合物聚集处理,再用另一部分防水剂处理聚集后的集料。
用本发明方法的较好实施方式得到材料组合物特别适用于作为工业用燃料。
根据本发明方法在炉中处理集料使其聚集的温度为80-100℃和约200℃。
根据本发明的较好实践方案选用成分要具有根据上述性质易于聚集的特性和重量比例。
此外,本方法选用聚集的技术,包括成丸,压紧、挤压和模压;这些技术均已在欧洲专利EP0,097,486中有述。
为增强集料抗磨损性能又不限制材料的细度,可以在其表面涂保护层。
可用于保护层的材料有丙烯酸类衍生物,聚乙烯醇、碱性硅酸盐、磷酸酯的盐,纤维素衍生物,丁二烯-苯乙烯树脂和亚硫酸液;较好的是用含淀粉的物质,最好是天然淀粉或改性淀粉,特别是水解淀粉和氧化淀粉;众所周知,这些含淀粉物质在尿素-甲醛,苯酚-甲醛,三聚氰胺-甲醛,酮-甲醛及它们的混合物协同下可以防水。
至少部分防水剂在聚集后可以洒入,撒粉或浸入等方式来处理集料。
本发明的可燃集料比用以前方法所得集料除机械特性强外,抗水性则低于或与以前的集料相似。
下面借助一些例子,它们均为本发明较好的实施方式。
例1:
煤粉所制球状集料
将50kg的煤粉末(表面湿度为2.2%,粒度为1mm)3kg小麦淀粉混合,将该混合物加热到50℃,再加入4.5升水,90℃下加热搅拌半小时;用SPEEDY装置测定其表面湿度为2.3%。用SAHUT CONREUR型挤压机压成球型集料。聚集时温度约70℃,压力为16.7×105N/m,挤压机速度为5转/分,压力机的功率为6KW。
所得煤球干燥前有足够的粘结力,足以承受运输时磨损,从6米高落下无任何损坏,室温下干燥1小时后机械强度很高。
用SAHUT CONREUR平衡锤压力计测定这些煤球的抗压能力,数值如下:
干燥前 294.3N
室温下干燥24小时以后 686.7N
在100℃和130℃烘炉中烘烤后 1765.8N
然后将这些煤球浸在冷水中,发现很快就解聚。几分钟后,这种煤球集料就完全散开。
上述实验说明,仅利用淀粉类粘结剂得到的煤球集料机械性能好,但抗水能力很差。
例2:
另一种煤粉制成的球状集料。
将50kg与例1一样的细煤粉和3kg的小麦淀粉混合,搅拌加热至50℃,再加50gRHODORSIL SILCONATE 51型防水剂(由RHONEPOULENC生产的含约40%干物质的硅酸酯的钾盐),该防水剂稀释在5升水中。90℃下搅拌混合半小时;这时的表面湿度为2.1%,然后用挤压机在与例1同样条件下聚集。
得到湿的充分粘结的细煤粉制成球状集料,它能经受运输而不磨损。从6米高处落下不损坏,室温下干燥1小时后机械强度很高。
该煤球的机械性能用例1同样方式测定,结果如下:
未干燥的 294.3N
室温下经过24小时干燥 784.8N
在100℃和130℃下烘烤1小时 1962.0N
然后将其浸在冷水中,经过几个月仍不解聚。
水浸或淋水后其机械性能未变,煤球内部没有湿了的痕迹。
本例说明加5.6%淀粉和0.047%的有机硅酸钾(以可燃粉末材料为基数)得到的集料既能满足所需机械性能,又能防水。
例3:
第三种用煤粉制球状集料
将例2所加等量的煤粉及淀粉以同样条件混合,再加100g RHODORSIL EMULSION S79型硅酮乳剂(RHONE-POULENC公司产品),将该混合物用例2同样方式处理,其表面湿度为1.5%。
可得到湿的粘结很好的煤球,足以保证运输过程不磨损,从6米处落下无损坏,室温下干燥1小时后机械性能很强。
用例1同样方式测这些煤球的机械强度,数值如下:
未干燥前 294.3N
室温下干燥24小时 657.3N
100℃和130℃下烘烤 1863.9N
然后将这些煤球浸在冷水中,浸几个月后仍未见解聚。
在水中浸后和淋水后没改变其机械性能,煤球内部无任何湿润痕迹。
本例说明加5.6%天然淀粉和0.11%硅酮油乳剂型的有机硅衍生物(以可燃粉末材料为基数),可得既满足所需机械性能又防水的集料。
Claims (12)
1、用可燃粉末材料制成的防水集料,其特征在于它含有效比的下列成分:
至少一种选自淀粉,淀粉衍生物,面粉,蛋白、纤维素、半纤维素及其混合物作为有机粘结剂,和
至少一种有机硅防水剂。
2、根据权利要求1的集料,其特征在于所述有机硅防水剂为下式表示的一种化合物:
其中R和R1可相同或不同,它们是氢或有机基团,这些基团选自甲基、烷基、氟烷基、可取代的苯基、乙烯基或它们的氯化物、烷氧基(alcoxy),酰氧基和烷氨基,该化合物最好选自不反应的硅酮油,硅酮树脂,可反应的硅酮油(特别是羟基化,烷基化、芳基化,加氢烷基化,加氢芳基化的)及其混合物和由它们制成的乳剂。
4、根据权利要求1的集料,其特征在于其有机粘结剂
或是各种来源的天然淀粉或来源于马铃薯、木薯、玉米、黄玉米、富含直链淀粉的玉米、小麦及其秸杆、燕麦和高梁的淀粉材料。
或是通过物理或化学方法改性的淀粉衍生物。
5、根据权利要求1的集料,其特征在于有机粘结剂是一种通过煮沸,胶化等物理方法处理得到的可溶于冷水的天然淀粉。
6、根据权利要求1的集料,其特征在于,以可燃粉末材料为基数含有:
0.2-25%的有机粘结剂,较好的量为1-15%,最好为2-7%。
有机硅防水剂0.005-5%,较好的量为0.025-1.5%,最好的量为0.05-0.5%。
7、制造防水可燃集料的方法,其特征在于:
选择可燃粉末材料,一种有机粘结剂和一种有机硅防水剂。
将防水剂或与可燃性材料混合,或与有机粘结剂混合,或与这两者一起混合,或与这两者的混合物混合。
将上述所得混合物进行聚集处理。
8、根据权利要求7的方法,其特征在于:先将一部分防水剂先与可燃材料或与有机粘结剂混合,或与两者一起混合,或与这两者混合物混合,然后将其聚集处理,最后将剩余另一部分防水剂处理聚集后的集料。
9、根据权利要求7的方法,其特征在于先制备含有机粘结剂和至少部分有机防水剂的组合物,再将其与可燃材料粉末混合,再将该混合物聚集处理,最后用另一部分防水剂处理聚集后的集料。
10、根据权利要求7所述方法,其特征在于在烘炉中烘烤集料的温度为80-100℃和约200℃。
11、根据权利要求7所述方法,其特征在于,聚集的技术包括成丸,压紧,挤压和模压。
12、根据权利要求7所述方法,其特征在于聚集后可用浸入,洒入和撒粉等方式将至少部分防水剂用来处理集料。
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