CN115894067A - 一种多孔土壤基质材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种多孔土壤基质材料及其制备方法，属于多孔材料的制备技术领域，本发明以焦炉烟气余热为热源，固废粉煤灰/煤矸石、焦化副产硫酸铵为主要原料通过匹配淀粉低温糊化、稳泡特性与硫酸铵的低温发泡特性，以及二者糊化温度、分解温度与烟气余热的温度，实现材料快速成型发泡的方法。该生产工艺不同于传统的基于胶凝原理制备多孔材料的思路，而是通过协同淀粉的糊化、稳泡作用和硫酸铵的低温发泡作用实现快速成型发泡，显著降低材料生产成本、提高生产效率。本发明所涉及工艺能充分利用焦炉烟气余热，消纳部分固废和工业副产物，同时在制备过程中固硫脱氮，实现材料制备、固废消纳、烟气净化的三重效果。
Description
技术领域
本发明属于多孔材料的制备技术领域，具体涉及一种多孔土壤基质材料及其制备方法。
背景技术
在传统多孔材料的制备工艺中，主要依赖胶凝反应产生粘结作用，组分内的硅酸盐等物质经过高温或蒸压，发生火山灰反应，形成生成具有凝胶性的水化硅酸钙、水化铝酸钙和铝酸盐，使组分之间能够互相黏结，更容易成团；多孔材料的制备设备一般为回转炉和盘式造粒机，传统的制备工艺和设备存在能耗较高和工艺复杂等问题。
在许多工业生产当中，会产生大量的余热，这些余热得不到充分的利用就排放到空气当中，造成了相当大的资源浪费。就我国的余热利用现状而言，还有很大的提升空间。低温余热占废热资源总量的半数之多，并且我国低温余热的利用率低。因此，基于焦炉烟气余热，开发材料制备耦合余热利用是降低多孔制备成本和解决余热利用率低的有效途径。
公开号为（CN112552023A）的发明专利公布了一种铁尾矿烧胀陶粒，该方法以粉煤灰、铁尾矿和石英砂为主要原料，经自然养护、烟气余热干燥和高温烧制得到陶粒，但是该方法陶粒不能快速成型且最后经高温烧制，制备成本较高且不够环保。
公开号为（CN111646771A）的发明专利公布了一种固相发泡粉煤灰免陶粒及制备方法，该方法将陶粒生球至于蒸汽养护装置中养护，养护装置中空气湿度应大于70%，养护温度程序为：40-70℃养护0.5-2h，然后在70-100℃养护2-4h，然后在150-200℃养护8-12h，最后自然降温至室温得到成品。该方法养护时间长，制备工艺复杂。
综上所述，低温发泡和快速成型是制约多孔材料生产效率的主要问题，而且易操作、低成本的制备工艺和设备是保证多孔材料商业化推广和实际应用的重要条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以焦炉烟气余热为热源，固废粉煤灰/煤矸石、焦化副产硫酸铵为主要原料的快速成型发泡工艺，制备出一种低成本多孔土壤基质材料。该制备工艺不同于传统的基于胶凝原理制备多孔材料的思路，而是通过协同淀粉的糊化、稳泡作用和硫酸铵的低温发泡作用实现快速成型发泡，显著降低材料生产成本、提高生产效率。该工艺能充分利用焦炉烟气余热，消纳部分固废和工业副产物，而且在制备过程中起到一定的固硫脱氮功能，实现材料制备、固废消纳、烟气净化的三重效果。
本发明采用如下技术方案：
一种多孔土壤基质材料，包括如下重量份数的组分：粉煤灰/煤矸石60-85份、淀粉5-10份、硫酸铵1-3份、石英砂2-10份。
一种多孔土壤基质材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按重量份称取粉煤灰/煤矸石60-85份、淀粉5-10份、硫酸铵1-3份和石英砂2-10份混合均匀；
S2、将S1所得混合料过8目的筛后置于盘式造粒机中，再将少量水喷洒于物料上，得到生球；
S3、将S2中所得陶粒生球置入干燥装置，同时引入带有余热的焦炉烟气，生球在淀粉的糊化和硫酸铵的低温发泡协同作用下，实现低温快速发泡成型；此外，在材料制备的同时，吸附脱除烟气中部分SOx、NOx；
S4、将所得多孔材料自然冷却至室温，得到产品材料。
步骤S1中将淀粉与焦化副产物硫酸铵均匀混合，协同淀粉的糊化、稳泡作用和硫酸铵的低温发泡作用，显著提升发泡、成型速率，实现快速成型和发泡。优选地，淀粉5-10份、硫酸铵1-3份。
步骤S3所述焦炉烟气温度应匹配淀粉糊化温度以及硫酸铵分解温度。优选地，高于150℃，最优为200-300℃。
步骤S3所述过程应有效匹配生球含水量、烟气温度、反应时间等工艺条件与淀粉、硫酸铵的特性，以同时完成干燥、成型、发泡过程，得到孔洞丰富、硬度达标的多孔土壤基质材料。优选地，生球含水量30%，烟气温度200℃、反应时间3-5 min。
焦炉烟气通入干燥装置，料液中的淀粉和铵根离子可部分脱除烟气中的SOx和NOx；同时，形成的多孔材料也可吸附上述污染物。产品施用后，固定在其中的硫、氮可作为养分用于植物生长。
本发明的有益效果如下：
针对传统多孔材料制备方法存在的生产周期长、生产成本高、反应能耗高等问题，改变传统工艺基于胶凝原理制备多孔材料的思路，提出一种新的多孔土壤基质材料生产方法。有效匹配淀粉的糊化、稳泡特性和硫酸铵的低温发泡特性，实现快速、低温成型和发泡，缩短生产周期；以固废粉煤灰/煤矸石、焦化副产硫酸铵及少量淀粉为主要原料，降低生产成本；开发烟气净化耦合余热利用技术方案，通过烟气余热回收利用，实现基于余热的产品制备，压减反应能耗。本发明可实现土壤基质材料的低成本快速制备，具有材料制备、固废消纳、烟气净化的三重效果。
附图说明
图1为本发明制备的多孔修复材料的微观图；
图2为本发明制备的多孔材料的产品截面图；
图3为本发明批量制备的多孔土壤基质材料；
图4为模具生产的块状多孔材料。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做进一步的详细的说明：
实施例1
本实施例为以烟气余热为热源，固废粉煤灰、焦化副产硫酸铵、少量淀粉为主要原料的球形多孔土壤基质材料制备方法，由以下步骤组成：
1）按重量份分别称取粉煤灰80份、淀粉10份、硫酸铵3份和石英砂10份，混合均匀；
2）将1）中所得混合物料在盘式造粒机中制成球状生球；
3）将高温烟气通过除尘装置，然后通入干燥装置中；
4）将颗粒置入干燥装置，反应时间3min，最后自然冷却至室温，即得到多孔土壤基质材料，得到的材料的孔隙率可以达到48%，具有孔隙微观结构图如图1。
实施例2
本实施例为以烟气余热为热源，固废煤矸石、焦化副产硫酸铵、少量淀粉为主要原料的球形多孔土壤基质材料制备方法，由以下步骤组成：
1）按重量份分别称取煤矸石70份、淀粉7份、硫酸铵2.5份和石英砂8份，混合均匀；
2）将1）中所得混合物料在盘式造粒机中制成球状生球；
3）将高温烟气通过除尘装置，然后通入干燥装置中；
4）将颗粒置入干燥装置，反应时间3min，最后自然冷却至室温，即得到多孔土壤基质材料，得到的材料的孔隙率可以达到40%。
实施例3
本实施例为以烟气余热为热源，固废粉煤灰/煤矸石、焦化副产硫酸铵、少量淀粉为主要原料的特定形状多孔材料制备方法，它由以下步骤组成：
1）按重量份分别称取粉煤灰/煤矸石75份、淀粉8份、硫酸铵2份和石英砂5份，混合均匀；
2）将1）中所得混合物料置入成型模具中；
3）将高温烟气通过除尘装置，然后通入干燥装置中；
4）将加入物料的模具置于干燥装置中，反应时间3min，最后自然冷却至室温，即得到多孔土壤基质材料，得到的材料的孔隙率可以达到36%，如图4所示。
上面仅对本发明较佳实例作了详细的说明，但是本发明并不局限于上述实例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多孔土壤基质材料，其特征在于：包括如下重量份数的组分：粉煤灰/煤矸石60-85份、淀粉5-10份、硫酸铵1-3份、石英砂2-10份。
2.一种如权利要求1所述的多孔土壤基质材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，按重量份数称取各组分，混合均匀，得到混合料；
第二步，将第一步所得混合料过8目的筛后，置于盘式造粒机中，向混合料上喷洒水，得到生球；
第三步，将第二步得到的生球置于干燥装置中，同时引入通过除尘的带有余热的焦炉烟气，生球在淀粉的糊化和硫酸铵的低温发泡协同作用下反应，实现低温快速发泡成型，得到多孔材料；
第四步，将第三步所得多孔材料自然冷却至室温，得到产品材料。
3.根据权利要求2所述的一种多孔土壤基质材料的制备方法，其特征在于：所述焦炉烟气的温度高于150℃。
4.根据权利要求3所述的一种多孔土壤基质材料的制备方法，其特征在于：所述焦炉烟气的温度为200-300℃。
5.根据权利要求2所述的一种多孔土壤基质材料的制备方法，其特征在于：所述生球的含水量为30%，焦炉烟气的温度为200℃，反应时间为3-5min。
6.根据权利要求2所述的一种多孔土壤基质材料的制备方法，其特征在于：所述盘式造粒机的倾角为15-45°，转速为30-60r/min。
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