CN1065217C - 生产煤灰颗粒的方法 - Google Patents
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Abstract
一种生产煤灰颗粒的方法,包括使100份(重量)、0.001-1份(重量)基于总的重复单元有2-80%(摩尔)有羧基的重复单元的水溶性聚合物和40-100份(重量)水混和造粒。
Description
本发明涉及在,如热电厂,产生的煤灰作为有用的资源进行的再使用。
1990年日本的煤热电厂估计产生有5,000,000吨煤灰,对它的利用已研究多年。但是,只利用了极小部分,如制煤灰水泥,大部分经处理用于开垦海岸。由于要处理的量太大以致人们害怕对海洋环境形成污染,每个发电厂都面临着弃置煤灰的困难。
在此情况下,日本待批专利公开232957/1984提出了一个方法,包括用水蒸气处理煤灰进行固化,然后研磨得到颗粒。该方法虽简单,但所得的颗粒强度低。此外,颗粒的形状不规则,有尖锐的边缘。将它们用于掩埋地下管道,如电缆时,会有可能让管道产生擦痕的问题。
此外,已报道一种方法,其中将水和水泥加入煤灰中,进行机械制粒得到煤灰颗粒,它可用作细骨料(Tadashi Yamamoto,Gypsum& Lime,222,62-68(1989),Tadashi Yamamoto等,Raw Materials forConstruction,1(1),2-9(1991))。但是,该方法需要造粒机,且生产率也有问题。
本发明者为了进一步促进煤灰的利用,对造粒方法作了大量的研究,结果发现,用简单的混和机或搅拌机来混合煤灰、某种特定的水溶性聚合物和水可以容易地使煤灰颗粒化。本发明在该发现的基础上产生。即,本发明提供了生产煤灰颗粒的方法,包括使100份(重量)煤灰、0.001-1份(重量)基于总的重复单元有2-80%(摩尔)有羧基的重复单元的水溶性聚合物和40-100份(重量)水混合制粒。
下面本发明将结合较好技术方案进行阐述。本发明煤灰颗粒是球形颗粒,它的颗粒强度一般至少为1.5kg/颗粒,较好的是2-10kg/颗粒,比重一般是1.0-2.0g/cm3,水吸附量一般为20%以上,堆密度一般为0.5-1g/cm3,平均粒径为0.1-30毫米,它通过使水和极少量水溶性聚合物与煤灰混合制颗粒。
用于本发明的煤灰是从粉煤燃烧锅炉的烟道气中收集的。煤热电厂产生的煤灰一般并不考虑原料煤的种类或产地,虽然煤灰组成或多或少依赖于原煤,但是,作为结构组份,它一般包括50-70%(重量)SiO2、10-40%(重量)Al2O3和诸如Fe2O3、CaO和MgO的其它组份。
本发明使用了特定的水溶性聚合物,因而可以用混和机或搅拌机混合产生煤灰颗粒。进一步的是,加入特定的水溶性聚合物可以防止含水煤灰粘附到混和机或搅拌机上。
本发明中使用的的特定的水溶性聚合物是阴离子型水溶性聚合物,100毫升中至少溶解1克,基于总的重复单元有2-80%(摩尔),较好的是5-60%(摩尔)有羧酸基团的重复单元。这类羧酸基团可以游离酸或盐的形式存在。作为这类水溶性聚合物,可用合成聚合物、半合成聚合物或天然聚合物,它们的分子量一般至少为1,000,000,较好的至少为5,000,000。
合成水溶性聚合物可为,例如含衍生自丙烯酸或它的盐的重复单元的丙烯酰胺型聚合物、含衍生自甲基丙烯酸或它的盐的重复单元的甲基丙烯酰胺型聚合物、乙酸乙烯酯与马来酸或它的盐的共聚物、或丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺与衣康酸或它的盐的共聚物。含衍生自丙烯酸或它的盐的丙烯酰胺型聚合物可以是,例如,聚丙烯酰胺的部分水解物,以及通过丙烯酰胺与丙烯酸或它的盐共聚得到的物质。含衍生自甲基丙烯酸或它的盐的甲基丙烯酰胺型聚合物可以是,例如,聚甲基丙烯酰胺的部分水解物,以及通过甲基丙烯酰胺与甲基丙烯酸或它的盐共聚得到的物质。作为天然或半合成的水溶性聚合物可提及的是例如瓜耳胶、洋槐豆胶或这类中性多糖的改性产物。
盐的类型包括,例如,诸如钾或钠的碱金属盐、诸如钙或镁的碱土金属盐、铵盐、诸如C{1-18}的烷基胺或烷基醇胺的胺类盐和它们的一个以上的混合物。较好的盐是碱金属盐。
本发明中水溶性聚合物的量根据煤灰组合物的不同而变,对此没有特定的限制,但是,对于100份(重量)煤灰一般占0.001-1份(重量),较好的是0.01-0.5份(重量)。水溶性聚合物可以水溶液形式使用。但是,较好的是使用粉末形式,特别是平均粒径大多数为0.4mm的粉末,因这类粉末可容易地与煤灰混合均匀。
为了让形成的颗粒在较长时间里保持颗粒的形状并保持较高的强度,较好的是加入无机固化剂。可提及的无机固化剂是生石灰和水硬水泥。较好的是水硬水泥。特别是,水硬水泥可以是例如波特兰水泥,诸如一般的波特兰水泥、高早硬波特兰水泥或中等发热量的波特兰水泥;波特兰水泥的混合物,诸如高炉矿渣水泥、硅酸盐水泥或煤灰水泥;或是特别的水泥,诸如氧化铝水泥、高早硬水泥或喷射水泥。此外,水硬水泥和生石灰可混合使用。无机固化剂的用量对于100份(重量)煤灰,一般为0.2-40份(重量),较好的是1-30份(重量)。
本发明的煤灰颗粒可通过将煤灰和水溶性聚合物混和,同时向混和物中加水的制粒方法或将水溶性聚合物加入用水湿润的煤灰中的制粒方法制得。对加入无机固化剂的方法无特定的限制。无机固化剂可首先与煤灰和水溶性聚合物混合,或将它加到用水湿润的煤灰中。
水加入的量足以提供湿度,从而在搅拌水、煤灰和水溶性聚合物时发生制粒,水的加入量根据煤灰组成或煤灰的烧失量或根据是否加入无机固化剂来定,但它的加入量一般占每100份煤灰(重量)的40-100份(重量),较好的是50-80份(重量)。
起始混合物包括煤灰、水溶性聚合物、水和,需要时的无机固化剂,将它们混合至少20秒,较好的是40秒到5分钟制粒。较好的是将得到的颗粒过筛,需要时在使用前固化。对于在空气中的固化,一般进行至少7天,较好的是至少14天。为了缩短固化时间,可将诸如高早硬波特兰水泥用无机固化剂,并在空气中固化1天,然后在70-80℃下进行蒸汽熟化24小时,并在空气中再熟化24小时。
可用水含量和搅拌条件调节所得煤灰颗粒的粒径。例如,若水含量很大,粒径则趋大,若水含量小,颗粒趋细。为了混和和造粒,可用常规的流化床造粒机或滚筒式造粒机。较好的是使用混和机或搅拌机,从而在旋转时混和物质。例如,可用诸如灰浆搅拌机、hobert混合器或双螺杆挤出混和机。在连续的大规模工厂(房)生产时适用双螺杆桨式混和机。
本发明现结合实施例作进一步的详细阐述。但是,应当明白本发明不为这些特定的实施例所限定。
实施例1
用容量为20升的hobert混和机混和3.38kg与表1相同的煤灰、375克作为无机固化剂的一般波特兰水泥和6克20%(摩尔)部分水解的聚丙烯酰胺(平均粒径:0.15mm,分子量:12,000,000)作为阴离子水溶性聚合物,在加入2.25kg水的同时进一步搅拌混和物,从而混和物逐渐形成颗粒。搅拌60秒后,取出混和物,在空气中固化(20℃,80%相对湿度)14天。再在干空气中熟化24小时后测量煤灰颗粒的平均粒径和诸如强度、比重和水吸附性的物理性质。这样所得的煤灰颗粒是球形的,它的物理性质如表2所示。平均粒径
根据JIS A1204“methodfor testing the particle size of earth”,用JIS Z8801“标准筛”测出粒径的平均分布,并算出平均粒径。强度
取出能通过2.00mm开口的标准筛并保留在1.70mm开口的筛上的10个颗粒,用柱压试验仪测试强度,从而得到10个颗粒的平均值。将试验重复10次,取其平均值作为颗粒的强度。比重和水吸附性试验
根据JIS A1134“methods for testing the specific gravity andthe water absorptivity of light weight aggregates for structures”进行试验。
实施例2和3
除了如表1中列出的煤灰A变为煤灰B(实施例2)或煤灰C(实施例3)外,用实施例1的相同方法制得煤灰,并用实施例的方法测得物理性质。结果如表2所示。
实施例4
混和3.38g煤灰A、375克水泥和2.25kg水,然后加入实施例1中使用的6克水溶性聚合物,进一步搅拌混和物,从而使之逐渐成粒。搅拌60秒后,混和物用实施例1的相同方法制粒。用实施例1的相同方法测量物理性质。结果如表2所示。
实施例5
将包括375克水泥和6克实施例1使用的水溶性聚合物的混和物加到包括3.38kg煤灰A和2.25kg水的混和物中,用实施例1的相同方法将混和物搅拌60秒。然后用实施例1的相同方法固化混和物。按实施例1的相同方法测量物理性质,结果如表2所示。
实施例6
除了用3.75kg煤灰C且不用水泥外,按实施例1的相同方法制得煤灰颗粒,并测得物理性质。结果如表2所示。
实施例7
除了将6克丙烯酰胺/丙烯酸钠=40/60(摩尔比)(平均粒径:0.32mm,分子量:10,000,000)作为水溶性聚合物外,按实施例1的方法进行改进试验。结果如表2所示。比较实施例1
除了不用水溶性聚合物外,其它根据实施例1的相同方法进行试验,结果无颗粒形成,整个混和物被固化。取出固化块,按实施例1的相同方法固化。然后将它粉碎,用实施例1的相同方法测量物理性质。结果如表3所示。比较实施例2
除了不用水泥或水溶性聚合物外,其它根据实施例1的相同方法混合3.75kg煤灰C和2.25kg水,结果无颗粒形成,整个混和物被固化。取出固化块,按实施例1的相同方法固化。然后将它粉碎,用实施例1的相同方法测量物理性质。结果如表3所示。比较实施例3
除了将聚丙烯酰胺(平均粒径:0.20mm,分子量:12,500,000)作为水溶性聚合物外,其它根据实施例1的相同方法进行改进试验,结果无颗粒形成,整个混合物被固化。取出固化块,按实施例1的相同方法固化。然后将它粉碎,用实施例1的相同方法测量物理性质。结果如表3所示。比较实施例4
除了用6克聚丙烯酸钠(平均粒径:0.18mm,分子量:60,000,000)作为水溶性聚合物外,其它根据实施例1的相同方法进行改进试验,结果如表3所示。比较实施例5
除了用6克藻朊酸钠H(Kimitsu Kagaku K.K.制造)作为水溶性聚合物外,其它根据实施例1的相同方法制得煤灰颗粒,并用实施例1的相同方法测量物理性质。结果如表3所示。
表1
煤灰 | 组 成(重量%) | ||||||||
烧失量 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | Na2O | K2O | SO3 | |
A | 12.6 | 48.2 | 33.8 | 3.2 | 2.4 | 0.9 | 1.0 | 1.0 | 0.4 |
B | 22.4 | 32.2 | 24.4 | 3.1 | 9.0 | 0.6 | 0.3 | 0.6 | 3.2 |
C | 30.3 | 25.0 | 18.8 | 4.1 | 13.2 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 8.5 |
表2
煤灰 | 颗粒强度(Kg/颗粒) | 比重(*) | 水吸附量(%) | 平均颗粒尺寸(mm) | 堆比重(*) | 形状 | |
实施例1 | A | 3.89 | 1.28 | 35.2 | 1.8 | 0.893 | 球形 |
实施例2 | B | 3.68 | 1.22 | 42.1 | 1.7 | 0.865 | 球形 |
实施例3 | C | 4.02 | 1.31 | 38.1 | 1.8 | 0.881 | 球形 |
实施例4 | A | 3.93 | 1.30 | 37.2 | 1.8 | 0.890 | 球形 |
实施例5 | A | 3.95 | 1.31 | 38.8 | 1.9 | 0.901 | 球形 |
实施例6 | C | 2.01 | 1.25 | 40.1 | 1.7 | 0.875 | 球形 |
实施例7 | A | 4.10 | 1.31 | 40.1 | 1.8 | 0.882 | 球形 |
表中*为g/cm3
表3
煤灰 | 颗粒强度(Kg/颗粒) | 比重(*) | 水吸附量(%) | 平均颗粒尺寸(mm) | 堆比重(*) | 形状 | |
比较实施例1 | A | 1.16 | 1.26 | 36.1 | - | 0.918 | 块状 |
比较实施例2 | C | 0.83 | 1.21 | 37.5 | - | 0.935 | 块状 |
比较实施例3 | A | 1.08 | 1.22 | 35.3 | - | 0.925 | 块状 |
比较实施例4 | A | 1.31 | 1.21 | 35.8 | - | 0.930 | 块状 |
比较实施例5 | A | 1.20 | 1.20 | 35.1 | - | 0.931 | 块状 |
根据本发明,可以用混和机或搅拌机将过去常常作为废物弃去的煤灰作为起始物制成煤灰的球形颗粒。进一步的是,本发明的煤灰颗粒有高强度和干沙样的流动性。因此,它可用作沙的替代物,如不仅可作为掩埋地下管道用沙的替代物,而且也可作为各种沙的替代物。此外,本发明所得的煤灰颗粒的比重比一般的沙小,一般为球形。因此,它们最适于作为建筑材料,特别用作喷砂浆。此外,颗粒有大孔且水吸附量高,这样它们赋予建筑材料的优秀特性,如用作细料时的轻质混凝土或砂浆。此外,它也可作为地基的材料或与沥青混合的材料。
Claims (13)
1.一种生产煤灰颗粒的方法,包括使100份(重量)煤灰、0.001-1份(重量)基于总的重复单元有2-80%(摩尔)有羧基的重复单元的水溶性聚合物和40-100份(重量)水混和造粒,其中所述的水溶性聚合物选自含衍生自丙烯酸或它的盐的重复单元的丙烯酰胺型聚合物、含衍生自甲基丙烯酸或它的盐的重复单元的甲基丙烯酰胺型聚合物、丙烯酰胺与丙烯酸或它的盐的共聚物、甲基丙烯酰胺与甲基丙烯酸或它的盐的共聚物或中性多糖的改性产物。
2.根据权利要求1所述的方法,其中水溶性聚合物有基于总的重复单元5-60%(摩尔)有羧基的重复单元。
3.根据权利要求1所述的方法,其中水溶性聚合物的混合量为占每100份煤灰(重量)的0.01-0.5份(重量)。
4.根据权利要求1所述的方法,其中水的加入量为占每100份煤灰(重量)的50-80份(重量)。
5.根据权利要求1所述的方法,其中煤灰和水溶性聚合物首先混合,然后加入水,并混合。
6.根据权利要求5所述的方法,其中呈粉末形式的水溶性聚合物与煤灰混合。
7.根据权利要求6所述的方法,其中水溶性聚合物粉末的粒径最多为0.4mm。
8.根据权利要求1所述的方法,其中含衍生自丙烯酸或它的盐的重复单元的丙烯酰胺型聚合物是聚丙烯酰胺的部分水解物,含衍生自甲基丙烯酸或它的盐的重复单元的甲基丙烯酰胺型聚合物是聚甲基丙烯酰胺的部分水解物。
9.根据权利要求1所述的方法,其中它进一步包括加入无机固化剂的步骤,所述无机固化剂的加入量为占100份(重量)煤灰的0.2-40份(重量)。
10.根据权利要求9所述的方法,其中无机固化剂的加入量为占100份(重量)煤灰的1-30份(重量)。
11.根据权利要求9所述的方法,其中首先将煤灰、水溶性聚合物和无机固化剂混和,然后加入水并混和。
12.根据权利要求9所述的方法,其中无机固化剂是水凝水泥。
13.根据权利要求9所述的方法,其中无机固化剂是生石灰。
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