CN115676824B - 一种用于高炉喷吹的改性兰炭粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于高炉喷吹的改性兰炭粉及其制备方法，属于烧结技术领域。将污泥经过缺氧炭化得到污泥活性炭，表面包覆一层聚多巴胺后得到改性污泥活性炭，与粗粒径兰炭颗粒加热搅拌混合，得到的改性粗粒径兰炭颗粒与细粒径兰炭颗粒混合均匀，得到用于高炉喷吹的改性兰炭粉；所述粗粒径兰炭颗粒粒径在20‑40目之间，所述细粒径兰炭颗粒的粒径在100目以下。本发明用于高炉喷吹的改性兰炭粉可以完全满足直接燃烧的要求，能大幅降低喷吹前的磨碎的功耗，另一方面，也能提高兰炭粉的着火性能、抗压强度、机械性能，便于制得的改性兰炭粉的燃烧使用和运输储存，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及烧结技术领域，具体涉及一种用于高炉喷吹的改性兰炭粉及其制备方法。
背景技术
高炉喷吹煤粉可以达到降低焦比，提高产量的目的，具有很好的经济效益。2009年全国重点钢铁企业喷煤比为145kg/t，比上年提高10kg/t，实现全国喷煤总量在6400万t以上。随着我国经济的高速发展，煤炭价格逐年上涨，导致高炉喷煤的成本也相应增加，为了在降低焦比的基础上，达到降低生产成本的目的，各钢铁厂不断寻求价格更低的煤种作为高炉喷吹原料。
兰炭是以高挥发分的弱粘结或不粘结性煤为原料，经中、低温干馏炭化除去煤中焦油物质和大部分挥发分后的半焦产品，又称半焦炭。因该产品在燃烧时火焰呈兰色，故称兰炭。兰炭的粒度一般大于3mm，具有高固定碳、高比电阻、高化学活性、高比表面、热稳定性好和低灰、低硫、低铝、低磷等特点，是一种很好的清洁燃料。与此同时，兰炭也有一些缺陷：着火性能、机械性能和抗压性能较差等。
当前国内常规燃煤电厂主要以煤粉燃烧和循环流化床燃烧技术为主，因此煤炭分级转化技术是当前动力煤燃烧应用研宄的主要方向。低阶煤在转化为兰炭后，多数挥发分、水分、硫、氮杂原子均热解释放，而灰成分和灰熔融性无明显变化，结渣性能仍有待提升。其已经达到高灰分烟煤的燃烧性能，且具备无烟煤高热值、燃烧温度高的优点。当前兰炭还无法作为动力燃料在电厂大规模应用，需按一定比例与动力煤掺混后使用。其中，贫煤中掺混比例需大于50％，无烟煤和烟煤则分别需要掺混30％和40％左右。
另外，目前兰炭粉用于高炉喷吹前需要对其进行研磨制粉，研磨至粒径在0.63-1.25mm之间，才能满足燃烧要求，然而现有普通兰炭研磨、制粉需要的能耗较大，制粉效率较低。因此，需要开发一种改性兰炭粉以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于高炉喷吹的改性兰炭粉及其制备方法，可以完全满足直接燃烧的要求，能大幅降低喷吹前的磨碎的功耗，另一方面，也能提高兰炭粉的着火性能、抗压强度、机械性能，便于制得的改性兰炭粉的燃烧使用和运输储存，具有广阔的应用前景。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种用于高炉喷吹的改性兰炭粉的制备方法，将污泥经过缺氧炭化得到污泥活性炭，表面包覆一层聚多巴胺后得到改性污泥活性炭，与粗粒径兰炭颗粒加热搅拌混合，得到的改性粗粒径兰炭颗粒与细粒径兰炭颗粒混合均匀，得到用于高炉喷吹的改性兰炭粉；所述粗粒径兰炭颗粒粒径在20-40目之间，所述细粒径兰炭颗粒的粒径在100目以下。
作为本发明的进一步改进，包括以下步骤：
S1.污泥生物炭的制备：将污泥搅拌均匀防止沉淀，进行缺氧炭化，同时，通入活化气，炭化完成后，取出炭渣，球磨，过筛，得到污泥活性炭；
S2.改性污泥活性炭的制备：将步骤S1制得的污泥活性炭加入水中，分散均匀，加入催化剂和多巴胺盐酸盐，加热反应，离心，得到改性污泥活性炭；
S3.兰炭粉的多级球磨：将粒径大于3mm的兰炭粉首先进行一次球磨，出料后过20目筛和40目筛，收集20-40目之间的粗粒径兰炭颗粒，筛余料进行二次球磨，出料后过100目筛，收集100目以下细粒径兰炭颗粒，筛余料与下一批粒径大于3mm的兰炭粉混合，重新进行多级球磨处理，将制得的粗粒径兰炭颗粒和细粒径兰炭颗粒分别备用；
S4.改性粗粒径兰炭颗粒的制备：将步骤S3制得的粗粒径兰炭颗粒与步骤S2制得的改性污泥活性炭混合，加热搅拌反应，过筛，得到改性粗粒径兰炭颗粒；
S5.用于高炉喷吹的改性兰炭粉的制备：将植物秸秆粉碎，干燥，得到的植物秸秆粉与步骤S3得到的细粒径兰炭颗粒与步骤S4制得的改性粗粒径兰炭颗粒混合均匀，制得用于高炉喷吹的改性兰炭粉。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述缺氧炭化温度为300-500℃，时间为3-5h，其中氧气含量小于1wt％；所述活化气包括水蒸气和CO2，体积比为1-3:1；所述球磨时间为1-3h，所述过筛的筛网目数为800-1000目。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中所述催化剂为含1-3wt％Co2+的Tris-HCl溶液，所述污泥活性炭、催化剂、多巴胺盐酸盐的质量比为100:1-2:35-70；所述加热温度为35-45℃，时间为1-3h。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中球磨处理的球料比为10-15:1；加入1-1.5wt％的硬脂酸；所述一次球磨转速为200-300r/min，时间为1-3h；所述二次球磨转速为300-500r/min，时间为2-4h。
作为本发明的进一步改进，步骤S4中所述粗粒径兰炭颗粒和改性污泥活性炭的质量比为10:3-5；所述加热温度为50-70℃，时间为1-3h，所述过筛的筛网目数为10-14目。
作为本发明的进一步改进，步骤S5中所述植物秸秆粉：细粒径兰炭颗粒、改性粗粒径兰炭颗粒的质量比为0.5-1：4-7:4-6；所述植物秸秆选自玉米秸秆、小麦秸秆、稻谷秸秆、花生秸秆、棉花秸秆中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，具体包括以下步骤：
S1.污泥生物炭的制备：将污泥搅拌均匀防止沉淀，进行缺氧炭化，所述缺氧炭化温度为300-500℃，时间为3-5h，其中氧气含量小于1wt％，同时，通入活化气，所述活化气包括水蒸气和CO2，体积比为1-3:1，炭化完成后，取出炭渣，球磨1-3h，过800-1000目筛，得到污泥活性炭；
S2.改性污泥活性炭的制备：将100重量份步骤S1制得的污泥活性炭加入水中，分散均匀，加入1-2重量份含1-3wt％Co2+的Tris-HCl溶液和35-70重量份多巴胺盐酸盐，加热至35-45℃反应1-3h，离心，得到改性污泥活性炭；
S3.兰炭粉的多级球磨：将粒径大于3mm的兰炭粉首先进行一次球磨，一次球磨转速为200-300r/min，时间为1-3h，出料后过20目筛和40目筛，收集20-40目之间的粗粒径兰炭颗粒，筛余料进行二次球磨，二次球磨转速为300-500r/min，时间为2-4h，出料后过100目筛，收集100目以下细粒径兰炭颗粒，筛余料与下一批粒径大于3mm的兰炭粉混合，重新进行多级球磨处理；
S4.改性粗粒径兰炭颗粒的制备：将10重量份步骤S3制得的粗粒径兰炭颗粒与3-5重量份步骤S2制得的改性污泥活性炭混合，加热至50-70℃，搅拌反应1-3h，过10-14目筛，得到改性粗粒径兰炭颗粒；
S5.用于高炉喷吹的改性兰炭粉的制备：将植物秸秆粉碎，干燥，得到的0.5-1重量份植物秸秆粉，与4-7重量份细粒径兰炭颗粒、4-6重量份步骤S4制得的改性粗粒径兰炭颗粒混合均匀，制得用于高炉喷吹的改性兰炭粉。
本发明进一步保护一种上述的制备方法制得的用于高炉喷吹的改性兰炭粉。
本发明进一步保护一种上述改性兰炭粉在高炉喷吹中的应用。
本发明具有如下有益效果：生物质作为燃料时来源丰富，具有热值低、灰熔点低、挥发分高，易于着火的特点，与兰炭粉混合改性后，能明显改善兰炭着火性能差的缺点。植物秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆，可以加快碱金属矿物质和低熔共晶体的构成，一定程度促进钙元素的熔出，促进烧结熔融，钙元素在合适比例内有助于兰炭粉烧结，因此，合适比例的生物质的添加对兰炭的燃烧有积极作用。另外，生物质的添加，使得燃烧后的排放污染气体包括CO、NOx和SO2等污染物的排放量大量减少。
生物质炭(污泥活性炭)是在氧气不足的条件下有机物质经过热裂解(温度一般低于700℃)产生的固体物质。生物质炭具有发达的结构、较大的比表面积和表面活性，本发明经过炭化、研细得到的污泥活性炭经过研细过筛，得到粒径在10-30微米之间的颗粒，进一步经过聚多巴胺表面改性，聚多巴胺表面丰富的羟基、羧基、氨基能够与粗粒径兰炭颗粒(0.425-0.85mm之间)表面的羟基、氧原子等部分氢键键连，混合粘附，从而形成表面粘附一层改性生物质炭的兰炭粗颗粒，克服了兰炭机械性能和抗压性能较差的缺点，大大提高了改性兰炭粉的力学性能。同时，生物质炭表面的多孔结构，填充的空气对于燃烧有明显的促进作用，也能明显促进兰炭的燃烧，提高其热能。
本发明通过将大于3mm的兰炭粉进一步球磨过筛，选择20-40目之间的粗粒径兰炭颗粒(粒径在0.425-0.85mm之间)，100目以下的细粒径兰炭颗粒(粒径小于0.15mm)两种粒径的兰炭颗粒，进一步将粗粒径兰炭颗粒与改性生物炭混合粘附，得到的改性粗粒径兰炭颗粒，按照合适比例，将两者混合均匀，同时混合生物质粉料，得到用于高炉喷吹的改性兰炭粉，可以完全满足直接燃烧的要求，能大幅降低喷吹前的磨碎的功耗，另一方面，也能提高兰炭粉的着火性能、抗压强度、机械性能，便于制得的改性兰炭粉的燃烧使用和运输储存，具有广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中改性污泥活性炭的SEM图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
污泥为新郑市第三污水处理厂污泥浓缩池的剩余污泥；粒径大于3mm的兰炭粉由陕西神木三江煤化工有限公司提供；玉米秸秆购于河北腾盈科技有限公司；小麦秸秆购于汕头市创特科技有限公司；稻谷秸秆购于石家庄绿湾农副产品有限公司。
实施例1
一种用于高炉喷吹的改性兰炭粉，具体包括以下步骤：
S1.污泥生物炭的制备：将污泥搅拌均匀防止沉淀，进行缺氧炭化，所述缺氧炭化温度为300℃，时间为3h，其中氧气含量小于1wt％，同时，通入活化气，所述活化气包括水蒸气和CO2，体积比为1:1，炭化完成后，取出炭渣，球磨1h，过800目筛，得到污泥活性炭；
S2.改性污泥活性炭的制备：将100重量份步骤S1制得的污泥活性炭加入水中，分散均匀，加入1重量份含1wt％Co2+的Tris-HCl溶液和35重量份多巴胺盐酸盐，加热至35℃反应1h，离心，得到改性污泥活性炭；图1为制得的改性污泥活性炭的SEM图，由图可知，该改性污泥活性炭为多孔结构，粒径在10-15μm之间。
S3.兰炭粉的多级球磨：将粒径大于3mm的兰炭粉首先进行一次球磨，一次球磨转速为200r/min，时间为1h，出料后过20目筛和40目筛，收集20-40目之间的粗粒径兰炭颗粒，筛余料进行二次球磨，二次球磨转速为300r/min，时间为2h，出料后过100目筛，收集100目以下细粒径兰炭颗粒，筛余料与下一批粒径大于3mm的兰炭粉混合，重新进行多级球磨处理；
S4.改性粗粒径兰炭颗粒的制备：将10重量份步骤S3制得的粗粒径兰炭颗粒与3重量份步骤S2制得的改性污泥活性炭混合，加热至50℃，搅拌反应1h，过10目筛，得到改性粗粒径兰炭颗粒；
S5.用于高炉喷吹的改性兰炭粉的制备：将玉米秸秆粉碎，干燥，得到的0.5重量份植物秸秆粉，与4重量份步骤S3制得的细粒径兰炭颗粒、4重量份步骤S4制得的改性粗粒径兰炭颗粒混合均匀，制得用于高炉喷吹的改性兰炭粉。
实施例2
一种用于高炉喷吹的改性兰炭粉，具体包括以下步骤：
S1.污泥生物炭的制备：将污泥搅拌均匀防止沉淀，进行缺氧炭化，所述缺氧炭化温度为500℃，时间为5h，其中氧气含量小于1wt％，同时，通入活化气，所述活化气包括水蒸气和CO2，体积比为3:1，炭化完成后，取出炭渣，球磨3h，过1000目筛，得到污泥活性炭；
S2.改性污泥活性炭的制备：将100重量份步骤S1制得的污泥活性炭加入水中，分散均匀，加入2重量份含3wt％Co2+的Tris-HCl溶液和70重量份多巴胺盐酸盐，加热至45℃反应3h，离心，得到改性污泥活性炭；
S3.兰炭粉的多级球磨：将粒径大于3mm的兰炭粉首先进行一次球磨，一次球磨转速为300r/min，时间为3h，出料后过20目筛和40目筛，收集20-40目之间的粗粒径兰炭颗粒，筛余料进行二次球磨，二次球磨转速为500r/min，时间为4h，出料后过100目筛，收集100目以下细粒径兰炭颗粒，筛余料与下一批粒径大于3mm的兰炭粉混合，重新进行多级球磨处理；
S4.改性粗粒径兰炭颗粒的制备：将10重量份步骤S3制得的粗粒径兰炭颗粒与5重量份步骤S2制得的改性污泥活性炭混合，加热至70℃，搅拌反应3h，过14目筛，得到改性粗粒径兰炭颗粒；
S5.用于高炉喷吹的改性兰炭粉的制备：将小麦秸秆粉碎，干燥，得到的1重量份植物秸秆粉，与7重量份步骤S3制得的细粒径兰炭颗粒、6重量份步骤S4制得的改性粗粒径兰炭颗粒混合均匀，制得用于高炉喷吹的改性兰炭粉。
实施例3
一种用于高炉喷吹的改性兰炭粉，具体包括以下步骤：
S1.污泥生物炭的制备：将污泥搅拌均匀防止沉淀，进行缺氧炭化，所述缺氧炭化温度为400℃，时间为4h，其中氧气含量小于1wt％，同时，通入活化气，所述活化气包括水蒸气和CO2，体积比为2:1，炭化完成后，取出炭渣，球磨2h，过900目筛，得到污泥活性炭；
S2.改性污泥活性炭的制备：将100重量份步骤S1制得的污泥活性炭加入水中，分散均匀，加入1.5重量份含2wt％Co2+的Tris-HCl溶液和55重量份多巴胺盐酸盐，加热至40℃反应2h，离心，得到改性污泥活性炭；
S3.兰炭粉的多级球磨：将粒径大于3mm的兰炭粉首先进行一次球磨，一次球磨转速为250r/min，时间为2h，出料后过20目筛和40目筛，收集20-40目之间的粗粒径兰炭颗粒，筛余料进行二次球磨，二次球磨转速为400r/min，时间为3h，出料后过100目筛，收集100目以下细粒径兰炭颗粒，筛余料与下一批粒径大于3mm的兰炭粉混合，重新进行多级球磨处理；
S4.改性粗粒径兰炭颗粒的制备：将10重量份步骤S3制得的粗粒径兰炭颗粒与4重量份步骤S2制得的改性污泥活性炭混合，加热至60℃，搅拌反应2h，过12目筛，得到改性粗粒径兰炭颗粒；
S5.用于高炉喷吹的改性兰炭粉的制备：将稻谷秸秆粉碎，干燥，得到的0.7重量份植物秸秆粉，与5重量份步骤S3制得的细粒径兰炭颗粒、5重量份步骤S4制得的改性粗粒径兰炭颗粒混合均匀，制得用于高炉喷吹的改性兰炭粉。
对比例1
与实施例3相比，未进行步骤S2，其他条件均不改变。
具体包括以下步骤：
S1.污泥生物炭的制备：将污泥搅拌均匀防止沉淀，进行缺氧炭化，所述缺氧炭化温度为400℃，时间为4h，其中氧气含量小于1wt％，同时，通入活化气，所述活化气包括水蒸气和CO2，体积比为2:1，炭化完成后，取出炭渣，球磨2h，过900目筛，得到污泥活性炭；
S2.兰炭粉的多级球磨：将粒径大于3mm的兰炭粉首先进行一次球磨，一次球磨转速为250r/min，时间为2h，出料后过20目筛和40目筛，收集20-40目之间的粗粒径兰炭颗粒，筛余料进行二次球磨，二次球磨转速为400r/min，时间为3h，出料后过100目筛，收集100目以下细粒径兰炭颗粒，筛余料与下一批粒径大于3mm的兰炭粉混合，重新进行多级球磨处理；
S3.粗粒径兰炭、污泥活性炭混合颗粒的制备：将10重量份步骤S3制得的粗粒径兰炭颗粒与4重量份步骤S2制得的污泥活性炭混合，加热至60℃，搅拌反应2h，过12目筛，得到粗粒径兰炭、污泥活性炭混合颗粒；
S4.用于高炉喷吹的改性兰炭粉的制备：将稻谷秸秆粉碎，干燥，得到的0.7重量份植物秸秆粉，与5重量份步骤S3制得的细粒径兰炭颗粒、5重量份步骤S3制得的粗粒径兰炭、污泥活性炭混合颗粒混合均匀，制得用于高炉喷吹的改性兰炭粉。
对比例2
与实施例3相比，未进行步骤S1、S2、S4，其他条件均不改变，其他条件均不改变。
具体包括以下步骤：
S1.兰炭粉的多级球磨：将粒径大于3mm的兰炭粉首先进行一次球磨，一次球磨转速为250r/min，时间为2h，出料后过20目筛和40目筛，收集20-40目之间的粗粒径兰炭颗粒，筛余料进行二次球磨，二次球磨转速为400r/min，时间为3h，出料后过100目筛，收集100目以下细粒径兰炭颗粒，筛余料与下一批粒径大于3mm的兰炭粉混合，重新进行多级球磨处理；
S2.用于高炉喷吹的改性兰炭粉的制备：将稻谷秸秆粉碎，干燥，得到的0.7重量份植物秸秆粉，与5重量份步骤S1制得的细粒径兰炭颗粒、5重量份步骤S1制得的粗粒径兰炭颗粒混合均匀，制得用于高炉喷吹的改性兰炭粉。
对比例3
与实施例3相比，步骤S3中未包括100目以下的细粒径兰炭颗粒，其他条件均不改变。
具体包括以下步骤：
S1.污泥生物炭的制备：将污泥搅拌均匀防止沉淀，进行缺氧炭化，所述缺氧炭化温度为400℃，时间为4h，其中氧气含量小于1wt％，同时，通入活化气，所述活化气包括水蒸气和CO2，体积比为2:1，炭化完成后，取出炭渣，球磨2h，过900目筛，得到污泥活性炭；
S2.改性污泥活性炭的制备：将100重量份步骤S1制得的污泥活性炭加入水中，分散均匀，加入1.5重量份含2wt％Co2+的Tris-HCl溶液和55重量份多巴胺盐酸盐，加热至40℃反应2h，离心，得到改性污泥活性炭；
S3.兰炭粉的球磨：将粒径大于3mm的兰炭粉首先进行一次球磨，一次球磨转速为250r/min，时间为2h，出料后过20目筛和40目筛，收集20-40目之间的粗粒径兰炭颗粒，筛余料与下一批粒径大于3mm的兰炭粉混合，重新进行球磨处理；
S4.改性粗粒径兰炭颗粒的制备：将10重量份步骤S3制得的粗粒径兰炭颗粒与4重量份步骤S2制得的改性污泥活性炭混合，加热至60℃，搅拌反应2h，过12目筛，得到改性粗粒径兰炭颗粒；
S5.用于高炉喷吹的改性兰炭粉的制备：将稻谷秸秆粉碎，干燥，得到的0.7重量份植物秸秆粉，与10重量份步骤S4制得的改性粗粒径兰炭颗粒混合均匀，制得用于高炉喷吹的改性兰炭粉。
对比例4
与实施例3相比，步骤S3中未包括20-40目之间的粗粒径兰炭颗粒，其他条件均不改变。
具体包括以下步骤：
S1.兰炭粉的多级球磨：将粒径大于3mm的兰炭粉首先进行一次球磨，一次球磨转速为250r/min，时间为2h，进行二次球磨，二次球磨转速为400r/min，时间为3h，出料后过100目筛，收集100目以下细粒径兰炭颗粒，筛余料与下一批粒径大于3mm的兰炭粉混合，重新进行多级球磨处理；
S2.用于高炉喷吹的改性兰炭粉的制备：将稻谷秸秆粉碎，干燥，得到的0.7重量份植物秸秆粉，与5重量份步骤S1制得的细粒径兰炭颗粒混合均匀，制得用于高炉喷吹的改性兰炭粉。
对比例5
与实施例3相比，步骤S5中未添加植物秸秆，其他条件均不改变。
具体包括以下步骤：
S1.污泥生物炭的制备：将污泥搅拌均匀防止沉淀，进行缺氧炭化，所述缺氧炭化温度为400℃，时间为4h，其中氧气含量小于1wt％，同时，通入活化气，所述活化气包括水蒸气和CO2，体积比为2:1，炭化完成后，取出炭渣，球磨2h，过900目筛，得到污泥活性炭；
S2.改性污泥活性炭的制备：将100重量份步骤S1制得的污泥活性炭加入水中，分散均匀，加入1.5重量份含2wt％Co2+的Tris-HCl溶液和55重量份多巴胺盐酸盐，加热至40℃反应2h，离心，得到改性污泥活性炭；
S3.兰炭粉的多级球磨：将粒径大于3mm的兰炭粉首先进行一次球磨，一次球磨转速为250r/min，时间为2h，出料后过20目筛和40目筛，收集20-40目之间的粗粒径兰炭颗粒，筛余料进行二次球磨，二次球磨转速为400r/min，时间为3h，出料后过100目筛，收集100目以下细粒径兰炭颗粒，筛余料与下一批粒径大于3mm的兰炭粉混合，重新进行多级球磨处理；
S4.改性粗粒径兰炭颗粒的制备：将10重量份步骤S3制得的粗粒径兰炭颗粒与4重量份步骤S2制得的改性污泥活性炭混合，加热至60℃，搅拌反应2h，过12目筛，得到改性粗粒径兰炭颗粒；
S5.用于高炉喷吹的改性兰炭粉的制备：将5重量份步骤S3制得的细粒径兰炭颗粒、5重量份步骤S4制得的改性粗粒径兰炭颗粒混合均匀，制得用于高炉喷吹的改性兰炭粉。
测试例1
对实施例1-3和对比例1-5制得的用于高炉喷吹的改性兰炭粉检测热重曲线(TG或TGA曲线)对其曲线温度T(或时间t)—阶微分后，得到微商热重曲线(DTG曲线)，进行分析，得到最大燃烧速率DTGmax、着火指数Di、综合燃烧特性指数S、燃尽特性指数Cb。
最大燃烧速率DTGmax：反映样品燃烧的剧烈程度，是DTG曲线中变化速率最大值即曲线峰值，数值越大表明燃烧越剧烈
着火指数Di：反映样品着火性能的优劣，一般情况下，样品的着火性能越好表现为数值越大。
β为加热速率，℃/s。
综合燃烧特性指数S：反映样品的综合特性大小，着火性能和燃尽性能越好表现为数值越大。
燃尽特性指数Cb：反映样品着火性能和燃烧稳定性等因素对其燃尽性能的作用。样品的燃尽特性越好，表现为特性指数值越大。
f1为开始燃尽率，样品着火后失去的质量与可燃质的比值；
t0为燃尽时间，燃烧开始至失去98％可燃质的时间差(s)；
f为t0对应的样品失重量与可燃质质量比值，为总燃尽率；
f2为后期燃尽率，f＝f1+f2。
表1
| 组别 | DTGmax(％/℃) | Di×106(％/s·℃2) | S×10-9(％/s·℃2) | Cb×10-5(s-1) |
| 实施例1 | 0.702 | 2.648 | 1.517 | 5.25 |
| 实施例2 | 0.697 | 2.521 | 1.492 | 5.18 |
| 实施例3 | 0.710 | 2.725 | 1.538 | 5.27 |
| 对比例1 | 0.686 | 2.452 | 1.375 | 4.97 |
| 对比例2 | 0.528 | 1.821 | 0.914 | 3.12 |
| 对比例3 | 0.613 | 2.037 | 1.368 | 4.88 |
| 对比例4 | 0.665 | 2.375 | 1.127 | 3.57 |
| 对比例5 | 0.484 | 1.705 | 0.786 | 2.72 |
由上表可知，本发明实施例1-3制得的用于高炉喷吹的改性兰炭粉具有良好的燃烧性能。
测试例2
实施例1-3和对比例1-5制得的用于高炉喷吹的改性兰炭粉进行成型，成型压力32MPa，成型后在1000℃的条件下炭化2h，分析型焦的抗压强度和孔隙率，结果见表2。
表2
| 组别 | 抗压强度(MPa) | 孔隙率(％) |
| 实施例1 | 8.2 | 45.5 |
| 实施例2 | 8.3 | 45.1 |
| 实施例3 | 8.5 | 44.7 |
| 对比例1 | 6.2 | 52.4 |
| 对比例2 | 7.0 | 50.7 |
| 对比例3 | 6.5 | 51.1 |
| 对比例4 | 6.8 | 49.5 |
| 对比例5 | 7.4 | 48.5 |
由上表可知，本发明实施例1-3制得的用于高炉喷吹的改性兰炭粉经过成型后，得到产品具有更小的孔隙度，强度更高。
对比例1与实施例3相比，未进行步骤S2，力学性能明显下降，孔隙度提高。本发明经过炭化、研细得到的污泥活性炭经过聚多巴胺表面改性，聚多巴胺表面丰富的羟基、羧基、氨基能够与粗粒径兰炭颗粒(0.425-0.85mm之间)表面的羟基、氧原子等部分氢键键连，混合粘附，从而形成表面粘附一层改性生物质炭的兰炭粗颗粒，克服了兰炭机械性能和抗压性能较差的缺点，大大提高了改性兰炭粉的力学性能。
对比例2与实施例3相比，未进行步骤S1、S2、S4，燃烧性能均下降，力学性能下降。生物质炭(污泥活性炭)是在氧气不足的条件下有机物质经过热裂解(温度一般低于700℃)产生的固体物质。生物质炭具有发达的结构、较大的比表面积和表面活性，本发明经过炭化、研细得到的污泥活性炭经过研细过筛，得到粒径在10-30微米之间的颗粒，进一步经过聚多巴胺表面改性，与兰炭粉混合粘附，生物质炭表面的多孔结构，填充的空气对于燃烧有明显的促进作用，也能明显促进兰炭的燃烧，提高其热能。
对比例3与实施例3相比，步骤S3中未包括100目以下的细粒径兰炭颗粒，最大失重速率DTGmax和着火指数Di下降。对比例4与实施例3相比，步骤S3中未包括20-40目之间的粗粒径兰炭颗粒，综合燃烧特性指数S和燃尽特性指数Cb下降。本发明通过将大于3mm的兰炭粉进一步球磨过筛，选择20-40目之间的粗粒径兰炭颗粒(粒径在0.425-0.85mm之间)，100目以下的细粒径兰炭颗粒(粒径小于0.15mm)两种粒径的兰炭颗粒，进一步将粗粒径兰炭颗粒与改性生物炭混合粘附，得到的改性粗粒径兰炭颗粒，按照合适比例，将两者混合均匀，同时混合生物质粉料，得到用于高炉喷吹的改性兰炭粉，可以完全满足直接燃烧的要求，能大幅降低喷吹前的磨碎的功耗，另一方面，也能提高兰炭粉的着火性能、抗压强度、机械性能，便于制得的改性兰炭粉的燃烧使用和运输储存，具有广阔的应用前景
对比例5与实施例3相比，步骤S5中未添加植物秸秆，燃烧性能均明显下降，孔隙率增大。生物质作为燃料时来源丰富，具有热值低、灰熔点低、挥发分高，易于着火的特点，与兰炭粉混合改性后，能明显改善兰炭着火性能差的缺点。植物秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆，可以加快碱金属矿物质和低熔共晶体的构成，一定程度促进钙元素的熔出，促进烧结熔融，钙元素在合适比例内有助于兰炭粉烧结，因此，合适比例的生物质的添加对兰炭的燃烧有积极作用。另外，生物质的添加，使得燃烧后的排放污染气体包括CO、NOx和SO2等污染物的排放量大量减少。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于高炉喷吹的改性兰炭粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.污泥生物炭的制备：将污泥搅拌均匀防止沉淀，进行缺氧炭化，同时，通入活化气，炭化完成后，取出炭渣，球磨，过筛，得到污泥活性炭；
S2.改性污泥活性炭的制备：将步骤S1制得的污泥活性炭加入水中，分散均匀，加入催化剂和多巴胺盐酸盐，加热反应，离心，得到改性污泥活性炭；所述催化剂为含1-3wt％Co2+的Tris-HCl溶液；
S3.兰炭粉的多级球磨：将粒径大于3mm的兰炭粉首先进行一次球磨，出料后过20目筛和40目筛，收集20-40目之间的粗粒径兰炭颗粒，筛余料进行二次球磨，出料后过100目筛，收集100目以下细粒径兰炭颗粒，筛余料与下一批粒径大于3mm的兰炭粉混合，重新进行多级球磨处理，将制得的粗粒径兰炭颗粒和细粒径兰炭颗粒分别备用；
S4.改性粗粒径兰炭颗粒的制备：将步骤S3制得的粗粒径兰炭颗粒与步骤S2制得的改性污泥活性炭混合，加热搅拌反应，过筛，得到改性粗粒径兰炭颗粒；
S5.用于高炉喷吹的改性兰炭粉的制备：将植物秸秆粉碎，干燥，得到的植物秸秆粉与步骤S3得到的细粒径兰炭颗粒与步骤S4制得的改性粗粒径兰炭颗粒混合均匀，制得用于高炉喷吹的改性兰炭粉。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述缺氧炭化温度为300-500℃，时间为3-5h，其中氧气含量小于1wt％；所述活化气包括水蒸气和CO2，体积比为1-3:1；所述球磨时间为1-3h，所述过筛的筛网目数为800-1000目。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述污泥活性炭、催化剂、多巴胺盐酸盐的质量比为100:1-2:35-70；所述加热温度为35-45℃，时间为1-3h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中球磨处理的球料比为10-15:1；加入1-1.5wt％的硬脂酸；所述一次球磨转速为200-300r/min，时间为1-3h；所述二次球磨转速为300-500r/min，时间为2-4h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述粗粒径兰炭颗粒和改性污泥活性炭的质量比为10:3-5；所述加热温度为50-70℃，时间为1-3h，所述过筛的筛网目数为10-14目。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述植物秸秆粉：细粒径兰炭颗粒、改性粗粒径兰炭颗粒的质量比为0.5-1：4-7:4-6；所述植物秸秆选自玉米秸秆、小麦秸秆、稻谷秸秆、花生秸秆、棉花秸秆中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1.污泥生物炭的制备：将污泥搅拌均匀防止沉淀，进行缺氧炭化，所述缺氧炭化温度为300-500℃，时间为3-5h，其中氧气含量小于1wt％，同时，通入活化气，所述活化气包括水蒸气和CO2，体积比为1-3:1，炭化完成后，取出炭渣，球磨1-3h，过800-1000目筛，得到污泥活性炭；
S2.改性污泥活性炭的制备：将100重量份步骤S1制得的污泥活性炭加入水中，分散均匀，加入1-2重量份含1-3wt％Co2+的Tris-HCl溶液和35-70重量份多巴胺盐酸盐，加热至35-45℃反应1-3h，离心，得到改性污泥活性炭；
S3.兰炭粉的多级球磨：将粒径大于3mm的兰炭粉首先进行一次球磨，一次球磨转速为200-300r/min，时间为1-3h，出料后过20目筛和40目筛，收集20-40目之间的粗粒径兰炭颗粒，筛余料进行二次球磨，二次球磨转速为300-500r/min，时间为2-4h，出料后过100目筛，收集100目以下细粒径兰炭颗粒，筛余料与下一批粒径大于3mm的兰炭粉混合，重新进行多级球磨处理；
S4.改性粗粒径兰炭颗粒的制备：将10重量份步骤S3制得的粗粒径兰炭颗粒与3-5重量份步骤S2制得的改性污泥活性炭混合，加热至50-70℃，搅拌反应1-3h，过10-14目筛，得到改性粗粒径兰炭颗粒；
S5.用于高炉喷吹的改性兰炭粉的制备：将植物秸秆粉碎，干燥，得到的0.5-1重量份植物秸秆粉，与4-7重量份细粒径兰炭颗粒、4-6重量份步骤S4制得的改性粗粒径兰炭颗粒混合均匀，制得用于高炉喷吹的改性兰炭粉。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的用于高炉喷吹的改性兰炭粉。
9.一种如权利要求8所述改性兰炭粉在高炉喷吹中的应用。
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