CN106978229A - 无机粘结剂及其制备方法和制备混合球团的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无机粘结剂及其制备方法和制备混合球团的方法。该无机粘结剂的制备方法包括：(1)将高铝熟料粉、磷酸和水进行混合，以便得到混合物料；(2)将所述混合物料与石墨粉和氨水混合，以便得到无机粘结剂。该无机粘结剂具有良好的耐高温性能，且制备成本低廉，同时采用该无机粘结剂制备的混合球团的冷态抗压强度达600N以上，1000摄氏度热解后的抗压强度达500N以上。

Description

无机粘结剂及其制备方法和制备混合球团的方法
技术领域
本发明属于煤炭成型领域，具体而言，本发明涉及无机粘结剂及其制备方法和制备混合球团的方法。
背景技术
中国长焰煤储量巨大、价格低廉，但是其利用存在效率较低、浪费严重等问题。目前，块状长焰煤利用率较高，但是同时产生大量粉末状长焰煤粉，这不仅造成巨大的资源浪费，而且产生了一定的环境污染，因此，粉末状长焰煤的利用迫在眉睫。
传统电石行业主要采用块状煤炭和块状生石灰为原料生产电石，但是该生产方式效率低下，这主要是由于块状煤炭和块状生石灰接触面积小、反应速度慢。然而，粉末状煤炭和粉末状生石灰却能有效克服这一缺点，两者接触面积大，在高温下制备电石的反应快，能有效节约能源。粉末状煤炭和粉末状生石灰制备的球团需要具有良好的冷态强度以保证能顺利进入旋转床，同时其也需要具有良好的热态强度，以保证热解后的球团具有能进入电炉的强度。现有制备上述球团的技术中，主要采用有机粘结剂，加入量较多，成本高，且成型所需的能耗、原料成本高。
因此，现有生产电石的技术有待进一步改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种无机粘结剂及其制备方法和制备混合球团的方法。该无机粘结剂原料来源广泛，具有良好的耐高温性能，且制备成本低廉，同时采用该无机粘结剂制备的混合球团的冷态抗压强度达600N以上，1000摄氏度热解后的抗压强度达500N以上。
在本发明的一个发明，本发明提出了一种制备无机粘结剂的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)将高铝熟料粉、磷酸和水进行混合，以便得到混合物料；
(2)将所述混合物料与石墨粉和氨水混合，以便得到无机粘结剂。
根据本发明实施例的制备无机粘结剂的方法通过将高铝熟料粉与磷酸和水进行混合，待充分反应后将上述混合物料与石墨粉和氨水混合，可得到无机粘结剂。该方法所用的原材料价格低廉且来源广泛，避免了采用价格昂贵的有机沥青类粘结剂，同时其制备方法简单，制备成本低。
另外，根据本发明上述实施例的制备无机粘结剂的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述高铝熟料粉与所述磷酸、所述水的混合质量比为100：(5～10)：(20～40)。由此，有利于高铝熟料粉与磷酸和水反应充分。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述磷酸的质量浓度为80～90％。由此，可提高高铝熟料与磷酸的反应速率。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述混合物料的pH值为1～2。由此，可进一步提高高铝熟料与磷酸的反应速率。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述混合物料与所述石墨粉的混合质量比为100：(2～5)。由此，有利于提高无机粘结剂的品位。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述无机粘结剂的pH值为7～8。由此，可进一步提高无机粘结剂的品位。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种无机粘结剂，根据本发明的实施例，所述无机粘结剂是采用上述制备无机粘结剂的方法制备得到的。该无机粘结剂原料来源广泛，具有良好的耐高温性能。
在本发明的又一个方面，本发明提出了一种制备混合球团的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：
(A)将长焰煤粉与石灰石粉和粘结剂进行混合，以便得到混合物料；
(B)将所述混合物料进行成型处理，以便得到混合球团，
其中，所述粘结剂为前文所述的无机粘结剂。
根据本发明实施例的制备混合球团的方法通过将长焰煤粉与石灰石粉混合，并加入上述所述的无机粘结剂，混合得到混合物料并成型，可得到冷态抗压强度达600N以上，1000摄氏度热解后的抗压强度达500N以上的混合球团。
另外，根据本发明上述实施例的制备混合球团的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，在步骤(A)中，所述长焰煤粉和所述石灰石粉的混合质量比为0.9：(1.78～1.8)。由此，有利于提高混合球团的品质。
在本发明的一些实施例中，在步骤(A)中，所述粘结剂的加入量为所述长焰煤粉和所述消石灰粉总质量的15％～20％。由此，可进一步提高混合球团的质量。
在本发明的一些实施例中，在步骤(B)中，所述成型处理的压力为17～19MPa。由此，可进一步提高混合球团的质量。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的制备无机粘结剂的方法流程示意图；
图2是根据本发明一个实施例的制备混合球团的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备无机粘结剂的方法，根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：
S100：将高铝熟料粉、磷酸和水进行混合
该步骤中，将高铝熟料粉、磷酸和水进行混合，以便得到混合物料。具体的，先将高铝熟料粉与磷酸进行混合，然后加入水，使高铝熟料粉和磷酸反应充分，当混合物料不再产生气泡时测量混合物料的pH值。需要说明的是，磷酸并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以为工业磷酸。发明人发现，高铝粉熟料的主要成分为三氧化二铝，与磷酸两者反应生成耐高温且具有良好硬度的磷酸铝和水分。具体的反应方程式如下：
2H3PO3+Al2O3＝2AlPO3+3H2O
根据本发明的一个实施例，高铝熟料粉与磷酸、水的混合质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，高铝熟料粉与磷酸、水的混合质量比可以为100：(5～10)：(20～40)。发明人发现，如果高铝熟料粉与磷酸的质量比过高或者过低，都会导致生成磷酸铝的纯度降低。
根据本发明的再一个实施例，磷酸的浓度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，磷酸的质量浓度可以为80～90wt％。由此，有利于提高高铝熟料粉与磷酸的反应速率，同时节约能耗，提高后续所得无机粘结剂的品质。
根据本发明的又一个实施例，混合物料的pH值并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，混合物料的pH值可以为1～2。发明人发现，pH值过高或者过低，都会降低生成磷酸铝的纯度。
S200：将混合物料与石墨粉和氨水混合
该步骤中，将混合物料与石墨粉和氨水混合，以便得到无机粘结剂。具体的，先向混合物料中加入石墨粉，充分搅拌，然后加入氨水，并测量所得无机粘结剂的pH值。发明人发现，加入石墨粉可以提高无机粘结剂的导热率和硬度以及无机粘结剂的固含量，同时还可以调节无机粘结剂的粘度，利于无机粘结剂与其他物质的成型；加入氨水调节pH值的主要目的在于终止磷酸和高铝熟料粉两者之间继续反应。
根据本发明的一个实施例，混合物料与石墨粉的混合质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，混合物料与石墨粉的混合质量比可以为100：(2～5)。发明人发现，若混合物料和石墨粉的质量比过低，即石墨加入量增大，导致原料成本增加；而若混合物料与石墨粉的质量比过高，则石墨粉的加入量过低，石墨的作用很微弱甚至没有得到发挥，从而显著降低无机粘结剂的性能。由此，采用本发明提出的混合物料与石墨粉的混合质量比可显著优于其他提高无机粘结剂的性能。
根据本发明的再一个实施例，无机粘结剂的pH值并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，无机粘结剂的pH值可以为7～8。发明人发现，无机粘结剂的pH值过低或者过高，都会影响无机粘结剂的粘结效率和球团强度。由此，采用本发明提出的pH值可显著优于其他提高无机粘结剂的性能。
根据本发明实施例的制备无机粘结剂的方法通过将高铝熟料粉与磷酸和水进行混合，待充分反应后将上述混合物料与石墨粉和氨水混合，可得到无机粘结剂。该方法所用的原材料价格低廉且来源广泛，避免了采用价格昂贵的有机沥青类粘结剂，同时其制备方法简单，制备成本低。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种无机粘结剂，根据本发明的实施例，所述无机粘结剂是采用上述制备无机粘结剂的方法制备得到的。该无机粘结剂原料来源广泛，具有良好的耐高温性能。需要说明的是，上述针对制备无机粘结剂的方法所描述的特征和优点同样适用于该无机粘结剂，此处不再赘述。
在本发明的又一个方面，本发明提出了一种制备混合球团的方法，根据本发明的实施例，参考图2，该方法包括：
SA：将长焰煤粉与石灰石粉和粘结剂进行混合
该步骤中，将长焰煤粉与石灰石粉和粘结剂进行混合，以便得到混合物料。其中，所述粘结剂为前文所述的无机粘结剂。发明人发现，通过将上述具有良好的耐高温性能的粘结剂与长焰煤粉和石灰石粉进行混合，所得混合球团的冷态抗压强度达600N以上，1000摄氏度热解后的抗压强度达500N以上。
根据本发明的一个实施例，长焰煤粉和石灰石粉的混合质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，长焰煤粉和石灰石粉的质量比可以为0.9：(1.78～1.8)。发明人发现，如果长焰煤粉和石灰石粉的质量比过低，则混合料中C与Ca比值过低，导致混合球团进入电炉制备电石产量过低；如果长焰煤粉和石灰石粉的质量比过高，则混合物料熔点变高，混合球团进入电炉制备电石需要更高的温度环境，导致能耗增大，成本增加。由此，采用本发明提出的长焰煤粉与石灰石粉的混合质量比可显著优于其他提高混合球团的品质，进而提高制备电石的生产效率，同时降低能耗。
根据本发明的再一个实施例，粘结剂的加入量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，粘结剂的加入量可以为长焰煤粉和消石灰粉总质量的15％～20％。发明人发现，如果粘结剂的加入量过多，虽然保证了混合球团的强度，但是过多会导致混合球团制备成本升高；如果粘结剂的加入量过少，则会导致混合球团的粘结性不够，强度较弱，不能满足混合球团进入电炉的要求。由此，采用本发明提出的粘结剂的加入量可以显著提高混合球团的品质，同时节约原料成本。
SB：将混合物料进行成型处理
该步骤中，将混合物料进行成型处理，以便得到混合球团。由此，可得到冷态抗压强度达600N以上，1000摄氏度热解后的抗压强度达500N以上的混合球团。
根据本发明的一个实施例，成型处理的压力并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，成型处理的压力可以为17～19MPa。发明人发现，若成型处理的压力过低，混合物料之间接触不牢固，导致混合球团强度低；而若成型处理的压力过高，则混合球团表面易产生裂纹，同时对机器的损耗较大。由此，采用本发明提出的成型处理的压力可以显著提高混合球团的品质。
根据本发明实施例的制备混合球团的方法通过将长焰煤粉与石灰石粉混合，并加入上述所述的无机粘结剂，混合得到混合物料并成型，可得到冷态抗压强度达600N以上，1000摄氏度热解后的抗压强度达500N以上的混合球团。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
(1)制备无机粘结剂
首先将高铝熟料粉、工业磷酸和水按质量比为100：5：20配制，其中所用的工业磷酸的浓度为85wt％，然后加水搅拌10分钟，使两者充分反应，当混合物料不再产生气泡时，测得其pH值为2；接着向混合物料中加入2wt％的石墨粉，再次充分搅拌10分钟，最后加入一些氨水，使混合物料的pH值最终调到7。
(2)制备混合球团的方法
取一定量的尺寸为100目的长焰煤粉和石灰石粉，使两者的质量比为0.9：1.78，并向其中加入15wt％的无机粘结剂，均匀搅拌10分钟，随后将上述混合物料放入对辊压球机中压制成型，压球机压力设定为17MPa，得到混合球团。制备的混合球团的冷态抗压强度达到600N，1000摄氏度下热解后强度达到480N左右，满足混合球团进入电炉的强度要求。
实施例2
(1)制备无机粘结剂
首先将高铝熟料粉、工业磷酸和水按质量比为100：5：30配制，其中所用的工业磷酸的浓度为85wt％，然后加水搅拌12分钟，使两者充分反应，当混合物料不再产生气泡时，测得其pH值为1；接着向混合物料中加入3wt％的石墨粉，再次充分搅拌12分钟，最后加入一些氨水，使混合物料的pH值最终调到8。
(2)制备混合球团的方法
取一定量的尺寸为200目的长焰煤粉和石灰石粉，使两者的质量比为0.9：1.8，并向其中加入20wt％的无机粘结剂，均匀搅拌15分钟，随后将上述混合物料放入对辊压球机中压制成型，压球机压力设定为19MPa，得到混合球团。制备的混合球团的冷态抗压强度达到750N，1000摄氏度下热解后强度达到530N左右，满足混合球团进入电炉的强度要求。
实施例3
(1)制备无机粘结剂
首先将高铝熟料粉、工业磷酸和水按质量比为100：5：40配制，其中所用的工业磷酸的浓度为85wt％，然后加水搅拌15分钟，使两者充分反应，当混合物料不再产生气泡时，测得其pH值为1；接着向混合物料中加入5wt％的石墨粉，再次充分搅拌15分钟，最后加入一些氨水，使混合物料的pH值最终调到7。
(2)制备混合球团的方法
取一定量的尺寸为100目的长焰煤粉和石灰石粉，使两者的质量比为0.9：1.79，并向其中加入18wt％的无机粘结剂，均匀搅拌15分钟，随后将上述混合物料放入对辊压球机中压制成型，压球机压力设定为18MPa，得到混合球团。制备的混合球团的冷态抗压强度达到680N，1000摄氏度下热解后强度达到510N左右，满足混合球团进入电炉的强度要求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种制备无机粘结剂剂的方法，其特征在于，包括：
(1)将高铝熟料粉、磷酸和水进行混合，以便得到混合物料；
(2)将所述混合物料与石墨粉和氨水混合，以便得到无机粘结剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述高铝熟料粉与所述磷酸、所述水的质量比为100：(5～10)：(20～40)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述磷酸的质量浓度为80～90％。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述混合物料的pH值为1～2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述混合物料与所述石墨粉的质量比为100：(2～5)。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述无机粘结剂的pH值为7～8。
7.一种无机粘结剂，其特征在于，所述无机粘结剂是采用权利要求1-6中任一项所述的方法制备得到的。
8.一种制备混合球团的方法，其特征在于，包括：
(A)将长焰煤粉与石灰石粉和粘结剂进行混合，以便得到混合物料；
(B)将所述混合物料进行成型处理，以便得到混合球团，
其中，所述粘结剂为权利要求7中所述的无机粘结剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤(A)中，所述长焰煤粉和所述石灰石粉的质量比为0.9：(1.78～1.8)；
任选的，所述粘结剂的加入量为所述长焰煤粉和所述消石灰粉总质量的15％～20％。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤(B)中，所述成型处理的压力为17～19MPa。
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