CN112661488A - 一种气化渣球磨活化降低残碳燃烧反应活化能制备陶粒的方法 - Google Patents

一种气化渣球磨活化降低残碳燃烧反应活化能制备陶粒的方法 Download PDF

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赵佳
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Abstract

本发明公开了一种气化渣球磨活化降低残碳燃烧反应活化能制备陶粒的方法，属于资源环境保护领域的固体废物综合利用技术。气化细渣中的残碳含量高达15～35％，很难进行建材化利用。通过对气化渣球磨活化操作，降低渣中残碳的燃烧反应活化能，促进其在中温条件下高效放热和产气。活化后的气化渣仅添加适量水制成陶粒生坯，经干燥、预热和高温烧胀，得到轻质高强陶粒。本发明通过球磨活化技术解决了气化渣残碳高和难利用的问题，工艺简单、成本低、不产生二次污染，制备的陶粒具有轻质、高强和环保等优点，符合国家相关标准，可以在建筑建材、园艺、工业滤料和耐火保温材料等行业使用。

Description

一种气化渣球磨活化降低残碳燃烧反应活化能制备陶粒的 方法
技术领域
本发明属于资源环境保护领域，具体涉及一种气化渣球磨活化降低残碳燃烧反应活化能，并制备轻质高强陶粒的方法。
背景技术
现代煤气化技术在一定程度上改善了传统煤化工能耗高、效率低、污染严重的现状。但煤气化过程中大量产生的煤气化残渣一直难以高效利用。目前我国气化残渣的年生产量约3300万吨。大量的气化残渣堆积或填埋，不但占用了有限的土地资源，而且还会破坏当地的生态环境，威胁当地的人体健康。
建材化利用适应性好、消纳能力强，一直是煤矸石、粉煤灰等煤基固废资源化利用的重要利用途径。但气化细渣中残碳含量高达15～35％，反应活性低，很难通过配料掺烧等常规办法进行充分利用，严重限制了其在建材化领域的大规模应用。国标“用于水泥和混凝土中的粉煤灰(GB/T 1596-2017)”规定，I、II、III级粉煤灰的碳含量需要分别小于5、8、10％。方斌王等(中国专利，CN104774023，利用粉煤灰和气化渣制备的轻质陶粒及其制法和应用)公开了一种利用粉煤灰和气化渣制备陶粒的方法，气化渣使用量仅为基料的10-30％，另需添加：粉煤灰50-78％，钾长石8-20％，钠长石4-10％。如何解决气化细渣的残碳问题，并完全使用气化细渣制备环保陶粒，成为研究的难点。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种气化渣球磨活化降低残碳燃烧反应活化能制备陶粒的方法。球磨活化可以有效提高气化细渣中残碳的反应活性，降低其燃烧反应活化能，活化后的气化渣制成的陶粒具有轻质和高强的特点。
技术方案：为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种气化渣球磨活化降低残碳燃烧反应活化能制备陶粒的方法，其特征在于，通过对气化渣球磨活化操作，降低气化渣中残碳的燃烧反应活化能；活化后的气化渣加水制成陶粒生坯；陶粒生坯经干燥、预热和高温烧胀，制备出一种轻质高强环保陶粒。实现气化细渣中残碳在中温条件下的高效放热和产气，不但能为陶粒的烧制提供了热能，而且促进了陶粒的充分发泡，在保证陶粒强度的基础上降低其密度。
所述气化渣球磨活化降低残碳反应活化能制备陶粒的方法，气化渣是指水煤浆气化过程中随同煤气一起带出的小粒径细渣，其主要组成：35.3～42.5％SiO2、9.8～13.1％Al2O3、7.3～8.3％CaO、7.4～8.5％FeO、2.0～3.2％MgO和15.4～32.0％残碳。
所述气化渣球磨活化降低残碳反应活化能制备陶粒的方法，球磨活化操作时间采用4～8h，转速300-500r/min，球料比1：1。
所述气化渣球磨活化降低残碳反应活化能制备陶粒的方法，球磨活化后气化渣中残碳650℃的燃烧反应活化能由63kJ/mol降低到40kJ/mol以下，实现中温条件下的高效放热和产气。
所述气化渣球磨活化降低残碳反应活化能制备陶粒的方法，活化后的气化渣不再添加其它增硅剂、增铝剂或发泡剂，仅加入适量的水制成陶粒生坯，生坯粒径为1cm。
所述气化渣球磨活化降低残碳反应活化能制备陶粒的方法，陶粒生坯干燥温度90～110℃，时间为10～12h；预热温度为650℃，预热时间为70min；高温烧胀的温度为1000～1050℃，升温速度8～10℃/min，保温时间为5～10min；冷却方法为自然冷却。
所述气化渣球磨活化降低残碳反应活化能制备陶粒的方法，制备出的轻质高强环保陶粒，堆积密度小于0.9g/cm3，筒压强度大于7.0MPa。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点包括：
(1)本发明采用机械活化法，能有效降低气化细渣中残碳在中温条件下的燃烧反应活化能，使残碳充分燃烧，提高能源利用率，并避免建材产品中因含有残碳而影响性能。
(2)本发明涉及的原料为100％的煤气化细渣，不需要添加二氧化硅、氧化铝和碳化硅等增硅、增铝及发泡剂，为提高固体废物资源化利用水平提供了一条新途径。
(3)本发明制备的陶粒具有轻质、高强、发泡均一的特点，符合国家相关标准“轻集料及其试验方法第1部分_轻集料(GB/T 17431.1-2010)”的要求，可以在建筑建材、园艺和耐火保温材料等行业应用。
附图说明
图1为气化细渣球磨活化以前的SEM图。
图2为气化细渣球磨活化后SEM图，时间8h，转速400r/min，球料比1：1。
图3为气化细渣球磨前、球磨4h和球磨8h后残碳650℃下的燃烧反应活化能数值，活化能测定采用动态TGA分析和Coats-Redfern模型。
图4为实施例1中活化后气化细渣制备的陶粒生坯。
图5为实施例1中活化后气化细渣烧制的轻质高强陶粒。
图6为实施例1中活化后的气化细渣烧制的轻质高强陶粒的XRD分析图。
具体实施方式
下面给出的实施例拟对本发明做进一步说明，但不能理解为是对本发明的保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。
实施例1：
气化细渣的主要矿物组成为：37.4％SiO2、11.5％Al2O3、7.3％CaO、7.4％Fe2O3、2.0％MgO、32.0％残碳。气化细渣放入不锈钢球磨罐中进行球磨活化，时间8h，转速400r/min，球料比1：1。球磨活化后气化渣中残碳650℃的燃烧反应活化能由63.2kJ/mol降低到38.2kJ/mol。活化后的气化渣不再添加其它增硅剂、增铝剂或发泡剂，仅加入适量的水制成陶粒生坯，生坯粒径为1cm。陶粒生坯干燥温度90℃，时间为12h。预热温度为650℃，预热时间50min；升温速度8℃/min，烧胀温度1000℃，保温时间10min；冷却方法为自然冷却。经检测，制备得到的轻质环保陶粒堆积密度0.886g/cm3，筒压强度7.52MPa。
实施例2：
气化细渣的主要矿物组成为：39.4％SiO2、12.1％Al2O3、7.7％CaO、7.9％Fe2O3、2.1％MgO、21.3％残碳。气化细渣放入不锈钢球磨罐中进行球磨活化，时间6h，转速350r/min，球料比1：1。球磨活化后气化渣中残碳650℃的燃烧反应活化能降低到34.5kJ/mol。活化后的气化渣不再添加其它增硅剂、增铝剂或发泡剂，仅加入适量的水制成陶粒生坯，生坯粒径为1cm。陶粒生坯干燥温度100℃，时间为10h。预热温度为650℃，预热时间50min；升温速度9℃/min，烧胀温度1050℃，保温时间5min；冷却方法为自然冷却。经检测，制备得到的轻质环保陶粒堆积密度0.867g/cm3，筒压强度7.67MPa。
实施例3：
气化细渣的主要矿物组成为：35.3％SiO2、9.8％Al2O3、8.0％CaO、7.4％Fe2O3、3.2％MgO、38.5％残碳。气化细渣放入不锈钢球磨罐中进行球磨活化，时间8h，转速400r/min，球料比1：1。球磨活化后气化渣中残碳650℃的燃烧反应活化能降低到28.5kJ/mol。活化后的气化渣不再添加其它增硅剂、增铝剂或发泡剂，仅加入适量的水制成陶粒生坯，生坯粒径为1cm。陶粒生坯干燥温度110℃，时间为11h。预热温度为650℃，预热时间50min；升温速度10℃/min，烧胀温度1025℃，保温时间8min；冷却方法为自然冷却。经检测，制备得到的轻质环保陶粒堆积密度0.895g/cm3，筒压强度7.45MPa。
实施例4：
气化细渣的主要矿物组成为：42.5％SiO2、13.1％Al2O3、8.3％CaO、8.5％Fe2O3、2.3％MgO、15.4％残碳。气化细渣放入不锈钢球磨罐中进行球磨活化，时间4h，转速500r/min，球料比1：1。球磨活化后气化渣中残碳650℃的燃烧反应活化能降低到30.6kJ/mol。活化后的气化渣不再添加其它增硅剂、增铝剂或发泡剂，仅加入适量的水制成陶粒生坯，生坯粒径为1cm。陶粒生坯干燥温度100℃，时间为10h。预热温度为650℃，预热时间50min；升温速度8℃/min，烧胀温度1050℃，保温时间5min；冷却方法为自然冷却。经检测，制备得到的轻质环保陶粒堆积密度0.872g/cm3，筒压强度7.54MPa。

Claims (7)

1.一种气化渣球磨活化降低残碳燃烧反应活化能制备陶粒的方法，其特征在于，通过对气化渣球磨活化操作，降低气化渣中残碳的燃烧反应活化能，实现中温条件下的高效放热和产气；活化后的气化渣加水制成陶粒生坯；陶粒生坯经干燥、预热和高温烧胀，制备出一种轻质高强环保陶粒。
2.根据权利要求1所述的气化渣球磨活化降低残碳反应活化能制备陶粒的方法，其特征在于，气化渣是指水煤浆气化过程中随同煤气一起带出的小粒径细渣，其主要组成：35.3～42.5％SiO2、9.8～13.1％Al2O3、7.3～8.3％CaO、7.4～8.5％FeO、2.0～3.2％MgO和15.4～32.0％残碳。
3.根据权利要求1所述的气化渣球磨活化降低残碳反应活化能制备陶粒的方法，其特征在于，球磨活化操作时间采用4～8h，转速300～500r/min，球料比1：1。
4.根据权利要求1所述的气化渣球磨活化降低残碳反应活化能制备陶粒的方法，其特征在于，球磨活化后气化渣中残碳650℃的燃烧反应活化能由63kJ/mol降低到40kJ/mol以下，实现中温条件下的高效放热和产气。
5.根据权利要求1所述的气化渣球磨活化降低残碳反应活化能制备陶粒的方法，其特征在于，活化后的气化渣不再添加其它增硅剂、增铝剂或发泡剂，仅加入适量的水制成陶粒生坯，生坯粒径为1cm。
6.根据权利要求1所述的气化渣球磨活化降低残碳反应活化能制备陶粒的方法，其特征在于，陶粒生坯干燥温度90～110℃，时间为10～12h；预热温度为650℃，预热时间50min；升温速度8～10℃/min，烧胀温度1000～1050℃，保温时间5～10min；冷却方法为自然冷却。
7.根据权利要求1所述的气化渣球磨活化降低残碳反应活化能制备陶粒的方法，其特征在于，制备出的轻质高强环保陶粒，堆积密度小于0.9g/cm3，筒压强度大于7.4MPa。
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