CN114907140A - 一种煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，对煤矸石进行破碎磨粉过筛，对含碳烟道固废进行磨粉过筛，之后分别称取煤矸石和含碳烟道固废，按照质量百分比煤矸石占50％‑70％，含碳烟道固废占30％‑50％；步骤2，将分别称取煤矸石和含碳烟道固废通过研磨混合均匀，之后向混合物中加入水并柔和直至团聚成生料球；步骤3，将生料球放入烘干箱中烘干；步骤4，对步骤3得到的生料球进行煅烧处理，冷却后得到最终的陶粒。
Description
技术领域
本发明属于煤炭产业固体废弃物综合利用技术领域，具体涉及一种煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法。
背景技术
煤炭在我国能源结构中占据重要地位。在煤炭开采利用过程中产生大量固体废弃物，比如在煤炭开采过程中产生的煤矸石、在煤炭燃烧过程中烟尘除尘器收集的粉煤灰、以及煤液化工程产生的油灰渣等。目前煤基固废多以堆存填埋为主要处理方式，这种方式会导致有毒有害物质污染耕地及地下水，同时细小粉末产生的扬尘易进入空气产生雾霾和PM2.5等，严重危害人体健康。煤基固废的主要成分为Al2O3、SiO2和C，同时还包含CaO、S、NaCl等化学成分。充分利用煤基固废，可以实现“变废为宝”，节约自然矿物资源，达到保护环境节约资源的目的。
陶粒呈球状外形，坚硬而且外表光滑，内部有许多蜂窝状微孔，耐酸、耐碱、耐腐蚀，具有轻质、使用寿命长等性能。这些陶粒可以广泛应用于建筑、园林绿化、污水净化及饮用水深度处理等领域。现有陶粒制备技术以黏土为主要原料，会浪费自然矿物资源；同时添加多种原料和辅助剂，导致制备方法复杂，生产成本增加。随着黏土矿物自然资源的紧张，本发明提出利用煤基固废为原料制备陶粒有着广泛的市场应用前景。另外，按照本专利技术制备的陶粒具有良好的吸水保水性能，可以用于抗旱保水材料，对煤工业全流程固体废弃物的综合利用以及农林保水抗旱具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法，在于使用煤基固废替代陶粒制备用的黏土，不添加任何辅助剂，完全以煤基固废为原料制备农林抗旱保水材料的方法，实现了煤基固废的绿色高附加值利用。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，对煤矸石进行破碎磨粉过筛，对含碳烟道固废进行磨粉过筛，之后分别称取煤矸石和含碳烟道固废(含碳烟道固废，指在煤炭燃烧过程中烟尘除尘器收集的粉煤灰)，按照质量百分比煤矸石占50％-70％，含碳烟道固废占30％-50％；
步骤2，将分别称取煤矸石和含碳烟道固废通过研磨混合均匀，之后向混合物中加入水并柔和直至团聚成生料球；
步骤3，将生料球放入烘干箱中烘干；
步骤4，对步骤3得到的生料球进行煅烧处理，冷却后得到最终的陶粒。
作为本发明的一种优选的技术方案，在所述步骤1中，煤矸石通过150目筛或200目筛进行过筛。
作为本发明的一种优选的技术方案，在所述步骤1中，含碳烟道固废通过150目筛或200目筛进行过筛。
作为本发明的一种优选的技术方案，在所述步骤3中，烘干的温度为60℃-125℃，烘干时间为2h-3h。
作为本发明的一种优选的技术方案，在所述步骤4中，所述煅烧处理具体为：将烘干的生料球放入马弗炉中，以恒定升温速率升温至800℃81200℃，并保温0.5h-2h。
作为本发明的一种优选的技术方案，在所述步骤2中，生料球的粒径为8mm-10mm。
本发明的有益效果是：(1)本发明的一种煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法，选用的煤矸石含有丰富的高岭土、铝土矿，利用煤矸石本身的黏土矿物，增加陶粒的机械强度和耐磨性能，延长陶粒的使用寿命；(2)本发明的一种煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法，陶粒中天然矿物成分含有的钙、铝、硅、钠及硫等微量元素，可以修复土壤重金属污染、调节土壤孔隙度打破土壤板结，促进植物根系生长；(3)本发明的一种煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法，煤基固废含有较多的残碳，残碳可作为燃料，在煅烧过程中助燃降低能耗，同时可降低陶粒的重量，提高陶粒的气孔率，保证陶粒的吸水保水效果；(4)本发明的一种煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法，不使用添加剂，避免复杂添加剂导致的陶粒表面成分分布不均，减少添加剂对土壤的污染，并且降低工艺难度节约经济成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为通过本发明方法制备得到的陶粒的X射线光电子能谱(XPS)。
具体实施方式
实施例1
本发明的一种煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，用多功能粉碎机将煤矸石破碎磨粉，过150目筛，含碳烟道固废破碎磨粉过150目筛；按照重量百分比配料，原料组分为：煤矸石70％、含碳烟道固废30％；
步骤2，将原料按照此比例研磨混合均匀，并少量分多次向混合料中加水，直至混料滚动团聚成生料球，生料球粒径为8810mm。；
步骤3，生料球经实验室恒温烘干箱，以100℃烘2.5h；
步骤4，烘干的生料球放入马弗炉煅烧，升温至1100℃，煅烧30min；煅烧完成的陶粒随炉冷却至室温，取出成品。
对制备的陶粒进行吸水与保水性能测试。吸水性能测试具体过程：取一定质量的陶粒烘干至恒重后浸泡在水中，浸泡一定时长后，用筛子过滤水分，并用拧干的湿毛巾擦去陶粒表面水分，称重，记录陶粒质量变化，用下述公式计算吸水率W1。
W1＝100×(g1-g2)/g2
W1为单位时间内陶粒的吸水率，g1为浸泡后陶粒质量，g2为烘干的陶粒质量。保水性能测试具体过程：浸泡后达到恒重的陶粒滤出，在自然条件下风干，隔不定时间进行称重，记录陶粒质量变化，用下述公式计算失水率W2。
W2＝100×(g3-g4)/g3
W2为单位时间内陶粒的失水率，g3为浸泡后陶粒质量，g4为风干的陶粒质量。
实施例1得到的陶粒原料的吸水与保水测试结果见表1。
对制备的陶粒进行抗压测试。取同一实施例的多颗陶粒，采用伺服材料多功能高低温控制试验机(型号：AI-7000-NGD)对每颗陶粒单独进行压缩测试，测得多组数据取平均值为该实施例陶粒的抗压测试结果。实施例1陶粒原料的抗压测试结果为1035.86Pa。
对制备陶粒进行元素成分分析。采用X射线光电子能谱(XPS)测试，测试结果见图，实施例1陶粒原料中含有钙、铝、硅、钠和硫等微量元素。
实施例2
本发明的一种煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，用多功能破碎机将煤矸石破碎磨粉，过200目筛，含碳烟道固废破碎磨粉过150目筛；按照重量百分比配料；原料组分为：煤矸石60％、含碳烟道固废40％；
步骤2，将原料按照此比例研磨混合均匀；并少量分多次向混合料中加水，直至混料滚动团聚成生料球，生料球粒径为8810mm；
步骤3，生料球经实验室恒温烘干箱，以100℃烘3h；
步骤4，烘干的生料球放入马弗炉煅烧，升温至1000℃，煅烧45min；煅烧完成的陶粒随炉冷却至室温，取出成品。
对制备的陶粒进行吸水与保水性能测试。实施例2陶粒原料的吸水与保水测试结果见表1。对制备的陶粒进行抗压测试。实施例2陶粒原料的抗压测试结果832.5Pa。
实施例3
本发明的一种煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，用多功能破碎机将煤矸石破碎磨粉，过150目筛，含碳烟道固废破碎磨粉过200目筛；按照重量百分比配料，原料组分为：煤矸石66.7％、含碳烟道固废33.3％，
步骤2将原料按照此比例研磨混合均匀，并少量分多次向混合料中加水，直至混料滚动团聚成生料球，生料球粒径为8810mm；
步骤3，生料球经实验室恒温烘干箱，以105℃烘3h；
步骤4，烘干的生料球放入马弗炉煅烧，升温至900℃，煅烧45min；煅烧完成的陶粒随炉冷却至室温，取出成品。
对制备的陶粒进行吸水与保水性能测试。实施例3得到的陶粒原料的吸水与保水测试结果见表1。
对制备的陶粒进行抗压测试。实施例3陶粒原料的抗压测试结果908.74Pa。
实施例4本发明的一种煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，用多功能破碎机将煤矸石破碎磨粉，过150目筛，含碳烟道固废破碎磨粉过200目筛。；按照重量百分比配料，原料组分为：煤矸石50％、含碳烟道固废50％；
步骤2，将原料按照此比例研磨混合均匀；少量多次向混合料中加水，直至混料滚动团聚成生料球，生料球粒径为8810mm；
步骤3，生料球经实验室恒温烘干箱，以105℃烘3h；
步骤4，烘干的生料球放入马弗炉煅烧，升温至1100℃，煅烧25min；煅烧完成的陶粒随炉冷却至室温，取出成品。
对制备的陶粒进行吸水与保水性能测试。实施例4制备的陶粒原料的吸水与保水测试结果见表1。
对制备的陶粒进行抗压测试。实施例4陶粒原料的抗压测试结果756.87Pa。
表1
上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种煤目标基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，对煤矸石进行破碎磨粉过筛，对含碳烟道固废进行磨粉过筛，之后分别称取煤矸石和含碳烟道固废，按照质量百分比煤矸石占50％-70％，含碳烟道固废占30％-50％；
步骤2，将分别称取煤矸石和含碳烟道固废通过研磨混合均匀，之后向混合物中加入水并柔和直至团聚成生料球；
步骤3，将生料球放入烘干箱中烘干；
步骤4，对步骤3得到的生料球进行煅烧处理，冷却后得到最终的陶粒。
2.根据权利要求1所述的煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，煤矸石通过150目筛或200目筛进行过筛。
3.根据权利要求2所述的煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，含碳烟道固废通过150目筛或200目筛进行过筛。
4.根据权利要求3所述的煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法，其特征在于，在所述步骤3中，烘干的温度为60℃-125℃，烘干时间为2h-3h。
5.根据权利要求4所述的煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述煅烧处理具体为：将烘干的生料球放入马弗炉中，以恒定升温速率升温至800℃81200℃，并保温0.5h-2h。
6.根据权利要求5所述的煤基固废农林抗旱保水陶粒的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，生料球的粒径为8mm-10mm。
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