CN107384504A - 一种助燃剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种助燃剂及其制备方法，本发明通过将过筛的铸件打磨料与酸分两步混合，回收其中的金属，再通过过滤的步骤回收固体残渣，然后将固体残渣浸渍金属盐溶液，最后烘干，制得助燃剂。本发明不仅对废弃的铸件打磨料进行了回收利用，并且利用废弃的铸造砂为主要载体，不需要在制备过程中进行大量研磨，节约能源，减少污染。不仅如此，在制备助燃剂的过程中不用消耗大量金属或金属盐就能制备出含有助燃金属盐的助燃剂，成本较低，制备方法简单，又节约资源能源。

Description

一种助燃剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及助燃剂，具体地，涉及助燃剂及其制备方法。
背景技术
能源是国民经济建设的物质基础。我国的一次能源以煤炭为主，煤炭占一次能源消费的70％左右。据统计在我国消耗的煤炭总量中，直接用于火力发电、工业锅炉、工业窑炉和家庭炉灶等直接燃烧的煤炭高达85％以上。2013年产煤总量达到37亿吨，其中30亿吨左右用于直接燃烧或发电。由于燃烧技术落后，燃烧不完全，燃烧效率低等原因，能级不高的劣质煤未被利用或利用很少而被浪费，能源浪费问题比较严重。煤炭在燃烧过程中产生的主要污染物有：二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫(与空气接触可产生三氧化硫)、二氧化氮(一定条件下可形成四氧化二氮)、一氧化氮、粉尘等。造成了空气污染，也是形成雾霾的主要因素。因此，提高煤炭的燃烧效率，减少污染物的排放，实现煤洁净高效燃烧，不仅具有较高的经济效益，同时也具有重大的社会意义。为了实现这一目标，使用燃煤促进剂(以下简称促进剂)是较为有效的措施之一。在煤炭中加入燃烧促进剂，能显著改善煤的燃烧特征，即能够提高煤的挥发份的析出速率，降低煤的着火点，加快焦炭的燃烧速度，缩短燃烧时间，从而提高煤的燃烧效率。通过在煤中加入少量促进剂，可以在促进煤的完全燃烧的同时，减少粉尘和污染物的排放。
近年来，对煤炭燃烧促进剂和助燃剂的研究已有报道，大都采用助氧燃烧原理，通常采用微型石颗粒为载体，并在其中加入大量的铬盐、镍盐、锰盐、钴盐、稀土等。这样，不仅制备过程涉及大量球磨粉碎工艺，用时长、耗能大，且还会有粉尘产生，污染环境，而且，助燃剂涉及大量贵金属，价格太高。
发明内容
本发明的目的是解决现有助燃剂需添加大量贵金属，生产成本高，能耗大，用时长的缺点，提供一种助燃剂及其制备方法。
为了实现上述目的，一种助燃剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将金属铸件的打磨料过筛，得M1；(2)将M1与硫酸加热混合，过滤，得清液M2和固体残渣M3；(3)将M3与柠檬酸、硝酸混合，加热，过滤，得清液M4和固体残渣M5；(4)以步骤(3)中得到的M5为1质量份计，将0.3-0.5质量份的M5与步骤(2)中得到的所有M2和步骤(3)中得到的所有M4混合浸渍，调节pH至4-5，烘干，得M6；其中，M1中包括金属屑和铸造砂。
本发明还提供一种助燃剂，通过前文所述的制备方法制备得到。
通过上述技术方案，本发明通过将过筛的铸件打磨料与酸两步混合，回收其中的金属，再通过过滤的步骤回收固体残渣，然后将固体残渣浸渍金属盐溶液，最后烘干，制得助燃剂。本发明不仅对废弃的铸件打磨料进行了回收利用，并且利用废弃的铸造砂为主要载体，不需要在制备过程中进行大量研磨，节约能源，减少污染。不仅如此，在制备助燃剂的过程中不用消耗大量金属或金属盐就能制备出含有助燃金属盐的助燃剂，成本较低，制备方法简单，又节约资源能源。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种助燃剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将金属铸件的打磨料过筛，得M1；(2)将M1与硫酸加热混合，过滤，得清液M2和固体残渣M3；(3)将M3与柠檬酸、硝酸混合，加热，过滤，得清液M4和固体残渣M5；(4)以步骤(3)中得到的M5为1质量份计，将0.3-0.5质量份的M5与步骤(2)中得到的所有M2和步骤(3)中得到的所有M4混合浸渍，调节pH至4-5，烘干，得M6；其中，M1中包括金属屑和铸造砂。
铸件是用各种铸造方法获得的金属成型物件，即把冶炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其它浇铸方法注入预先准备好的铸型中，冷却后经打磨等后续加工手段后，所得到的具有一定形状，尺寸和性能的物件。按铸型成型方法的不同，可以把铸件分为普通砂型铸件、金属型铸件、压铸件、离心铸件、连续浇注件、熔模铸件、陶瓷型铸件、电渣重熔铸件、双金属铸件等。其中以普通砂型铸件应用最多，约占全部铸件产量的80％。其中砂型铸件因其外观质量要求，一般需要在开箱之后进行打磨，即将铸件表面的夹砂或不符合要求的尺寸通过打磨的方式去掉，在此过程中，即产生大量的铸件的打磨料，铸件的打磨料中一部分为金属屑，其中，由于铸件在铸造过程中贵金属表面富集作用，打磨料中的金属屑中贵金属所占的比重一般高于铸件本身。打磨料中另一部分为表面粘砂。虽然铸件的打磨料含有大量金属屑，但因金属屑和砂混在一起，粒径都很小，成分复杂，所以打磨料一般不做铸件的回炉料，而是作为垃圾处理。
通过上述技术方案，本发明通过将过筛的铸件打磨料与酸两步混合，回收其中的金属，再通过过滤的步骤回收固体残渣，然后将固体残渣浸渍金属盐溶液，最后烘干，制得助燃剂。本发明不仅对废弃的铸件的打磨料进行了回收利用，并且利用废弃的铸造砂为主要载体，不需要在制备过程中进行大量研磨，节约能源，减少污染。不仅如此，在制备助燃剂的过程中不用消耗大量金属或金属盐就能制备出含有助燃金属盐的助燃剂，成本较低，制备方法简单，又节约资源能源。
在上述技术方案中，M1的粒径可以通过筛分有多种选择，为了使制得的助燃剂的弥散性较好，能够与煤炭充分接触，助燃，优选地，M1的最大粒径为120目。
在上述技术方案中，M1中金属屑与铸造砂所占的质量含量可以有多种选择，为了提高制备效率，以制得助燃效果较好的助燃剂，优选地，以M1的质量为100％计，M1中金属屑的质量含量为60-85％，铸造砂的质量含量为15-40％。
在上述技术方案中，金属屑的材质可以有多种选择，为了制得助燃效果较好的助燃剂，优选地，金属屑的材质为低碳锰铁、中碳锰铁、高碳锰铁、高铬铸铁、铬镍铸钢、锰钢中的一种或多种。
在上述技术方案中，铸造砂可以有多种选择，为了制得助燃效果较好的助燃剂，优选地，铸造砂为锆砂、石灰石砂、橄榄石砂、铬铁矿砂中的一种或多种。
在上述技术方案中，石灰石砂为由石灰岩破碎而成，主要矿物组成是CaCO3，用于铸钢件的型砂和芯砂。
在上述技术方案中，锆砂的主要矿物组成是ZrO2·SiO2，用于大型铸钢件及合金钢件的芯砂或砂型的面砂。
在上述技术方案中，铬铁矿砂的主要矿物组成是铬铁矿FeO·Cr2O3，用于大型或特殊铸钢件的面砂、芯砂。
在上述技术方案中，橄榄石砂的主要矿物组成是橄榄石(MgFe)2SiO4，用于铸铁件、有色合金铸件以及高锰钢铸件的型砂和芯砂。
在上述技术方案中，硫酸、柠檬酸、硝酸与M1的添加的量可以有多种选择，为了制得助燃效果较好的助燃剂，优选地，以重量份计，相对于100份的M1，硫酸200-400份，柠檬酸100-150份，硝酸30-50份。
在上述技术方案中，硫酸、柠檬酸、硝酸的质量分数可以有多种选择，为了制得助燃效果较好的助燃剂，优选地，硫酸的质量分数为20-30％，柠檬酸的质量分数为15-25％，硝酸的质量分数为20-30％。
在上述技术方案中，制备方法的条件有多种选择，为了制得助燃效果较好的助燃剂，优选地，步骤(2)中混合温度为70-85℃，时间为20-40min；步骤(3)中混合温度为80-95℃，时间为30-45min；步骤(4)中浸渍温度为90-100℃，时间为2-3小时；步骤(4)中烘干温度为80-105℃。
在上述技术方案中，所获得的M6可以单独作为助燃剂使用，也可以与其他组分相配合制成不同的助燃剂，为了制得助燃效果较好的助燃剂，优选地，该方法还包括将M6与淀粉、戊烷、乙醇胺、硝酸铈、苯磺酸钠、己烷二茂铁相混合的步骤。
在上述技术方案中，常规淀粉例如直链淀粉(糖淀粉)和支链淀粉(胶淀粉)，按来源包括玉米淀粉、甘薯淀粉、野生橡子淀粉、葛根淀粉、小麦淀粉、大米淀粉、菱角淀粉、莲藕淀粉、荸荠淀粉等均可实现本发明。
在上述技术方案中，各组分的含量可以有多种选择，为了制得助燃效果较好的助燃剂，优选地，以重量份计，淀粉8-14份，戊烷2-3份，乙醇胺1-3份、硝酸铈1-2份、苯磺酸钠2-6份、己烷二茂铁2-6份、M6 50-70份。
本发明还提供一种助燃剂，通过前文所述的制备方法制备得到。
本发明利用废弃的铸造砂为主要载体，不需要在制备过程中进行大量研磨，节约能源，减少污染。不仅如此，消耗少量金属盐就能制备出含有助燃金属盐的助燃剂，成本较低，且节约资源能源。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中打磨料均购自安徽海螺装备制造有限公司；对照助燃剂购自洛阳鸿瑞助燃剂；其他为常规市售品。
实施例1
(1)将高锰钢铸件的打磨料过120目筛，得筛下打磨料M1，以M1的质量含量为100％计，M1中金属屑的质量含量为80％，锆砂的质量含量为18％。
(2)以重量份计，将100份M1与200份质量分数为20％的硫酸于70℃混合20min，过滤，得清液M2和固体残渣M3；
(3)将M3与100份质量分数为15％的柠檬酸柠檬酸、30份质量分数为20％的硝酸混合，于80℃混合30min，过滤，得清液M4和固体残渣M5；
(4)以步骤(3)中得到的M5为1质量份计，将0.3质量份的M5与步骤(2)中得到的所有M2和步骤(3)中得到的所有M4于90℃混合浸渍2小时，加碱调节pH至4，烘干，得M6；
以重量份计，将淀粉8份，戊烷2份，乙醇胺1份、硝酸铈1份、苯磺酸钠2份、己烷二茂铁2份、M6 50份相混合，制得助燃剂。
实施例2
(1)将高锰钢铸件的打磨料过120目筛，得筛下打磨料M1，以M1的质量含量为100％计，M1中金属屑的质量含量为80％，锆砂的质量含量为18％。
(2)以重量份计，将100份M1与400份质量分数为30％的硫酸于85℃混合40min，过滤，得清液M2和固体残渣M3；
(3)将M3与150份质量分数为25％的柠檬酸柠檬酸、50份质量分数为30％的硝酸混合，于95℃混合45min，过滤，得清液M4和固体残渣M5；
(4)以步骤(3)中得到的M5为1质量份计，将0.5质量份的M5与步骤(2)中得到的所有M2和步骤(3)中得到的所有M4于100℃混合浸渍3小时，加碱调节pH至5，烘干，得M6；
以重量份计，将淀粉14份，戊烷3份，乙醇胺3份、硝酸铈2份、苯磺酸钠6份、己烷二茂铁6份，M6 70份相混合，制得助燃剂。
实施例3
(1)将牌号为Mn13的高锰钢铸件的打磨料过120目筛，得筛下打磨料M1，以M1的质量含量为100％计，M1中金属屑的质量含量为80％，锆砂的质量含量为18％。
(2)以重量份计，将100份M1与300份质量分数为25％的硫酸于78℃混合30min，过滤，得清液M2和固体残渣M3；
(3)将M3与125份质量分数为20％的柠檬酸柠檬酸、40份质量分数为25％的硝酸混合，于88℃混合38min，过滤，得清液M4和固体残渣M5；
(4)以步骤(3)中得到的M5为1质量份计，将0.4质量份的M5与步骤(2)中得到的所有M2和步骤(3)中得到的所有M4于95℃混合浸渍2.5小时，加碱调节pH至4，烘干，得M6；
以重量份计，将淀粉11份，戊烷2.5份，乙醇胺2份、硝酸铈1.5份、苯磺酸钠4份、己烷二茂铁4份、M6 60份相混合，制得助燃剂。
实施例4
以实施例3中的方法制备助燃剂，不同的是打磨料为牌号为ZG40Cr25Ni20的铬镍铸钢的打磨料，其中金属屑的质量含量为81％，锆砂的质量含量为17％。
实施例5
以实施例3中的方法制备助燃剂，不同的是打磨料为牌号为RTCr28的高铬铸铁的打磨料，其中金属屑的质量含量为82％，锆砂的质量含量为16％。
实施例6
以实施例3中的方法制备助燃剂，不同的是打磨料为牌号为ZG40Cr25Ni20的铬镍铸钢的打磨料，其中金属屑的质量含量为81％，石灰石砂的质量含量为17％。
实施例7
以实施例3中的方法制备助燃剂，不同的是打磨料为牌号为RTCr28的高铬铸铁的打磨料，其中金属屑的质量含量为82％，橄榄石砂的质量含量为16％。
实施例8
以实施例3中的方法制备助燃剂，不同的是打磨料为牌号为RTCr28的高铬铸铁的打磨料，其中金属屑的质量含量为82％，铬铁矿砂的质量含量为16％。
实施例9
以实施例3中的方法制备助燃剂，不同的是不添加本申请制备的助燃剂，不同的是，不添加淀粉、戊烷、乙醇胺、硝酸铈、苯磺酸钠、己烷二茂铁。
对比例1
以实施例3中的方法制备助燃剂，不同的是不添加M6。
对比例2
对照助燃剂为购置的洛阳鸿瑞助燃剂。
空白例1
空白实验，不添加助燃剂。
检测例
将实施例1-9及对比例1、对比例2、空白例1中助燃剂的助燃效果实验在白马山水泥厂的1号煤粉炉进行，其中白马山水泥厂的1号煤粉炉是上海锅炉厂制造的超高压自然循环锅炉，型号SG-435/13.7-M765。将助燃剂分别由计量泵喷入A、B喂煤皮带机，通过煤磨制粉系统，将原煤制成合格煤粉，由一次风携带送入炉内燃烧。相对于100质量份的煤，所述助燃剂的用量为0.5份。
试验中，煤磨和锅炉运行均按原习惯操作正常运行，为了防止生产的行政干扰，试验时间段固定在20:00-次日8:00。在此过程中，所用煤均为同一批次，每天固定时间取底渣和飞灰检测残碳量，其中残碳量为碳含量在试样总质量中所占的百分比。
用烟气综合测定仪Kar940在固定时间固定排烟口检测烟气中O2、NOX、SO2的含量。
所有实验均平行进行3次，取平均值，实验结果见表1。
表1
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方
案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种助燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将金属铸件的打磨料过筛，得M1；
(2)将M1与硫酸加热混合，过滤，得清液M2和固体残渣M3；
(3)将M3与柠檬酸、硝酸混合，加热，过滤，得清液M4和固体残渣M5；
(4)以步骤(3)中得到的M5为1质量份计，将0.3-0.5质量份的M5与步骤(2)中得到的所有M2和步骤(3)中得到的所有M4混合浸渍，调节pH至4-5，烘干，得M6；
其中，M1中包括金属屑和铸造砂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，M1的最大粒径为120目；
以M1的质量为100％计，M1中金属屑的质量含量为60-85％，铸造砂的质量含量为15-40％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，金属屑的材质为低碳锰铁、中碳锰铁、高碳锰铁、高铬铸铁、铬镍铸钢和锰钢中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，铸造砂为锆砂、石灰石砂、橄榄石砂、铬铁矿砂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，以重量份计，相对于100份的M1，硫酸200-400份，柠檬酸100-150份，硝酸30-50份；
其中，硫酸的质量分数为20-30％，柠檬酸的质量分数为15-25％，硝酸的质量分数为20-30％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(2)中混合温度为70-85℃，时间为20-40min；步骤(3)中混合温度为80-95℃，时间为30-45min；步骤(4)中浸渍温度为90-100℃，时间为2-3小时；步骤(4)中烘干温度为80-105℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，该方法还包括将M6与淀粉、戊烷、乙醇胺、硝酸铈、苯磺酸钠、己烷二茂铁相混合的步骤。
8.根据权利要求7所述的助燃剂，其中，以重量份计，淀粉8-14份，戊烷2-3份，乙醇胺1-3份、硝酸铈1-2份、苯磺酸钠2-6份、己烷二茂铁2-6份、M6 50-70份。
9.一种助燃剂，其特征在于，根据权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。
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