CN116040969A - 水泥生产用环保节煤剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水泥生产外加剂技术领域，尤其是涉及一种环保节煤剂及其制备方法与应用，本发明环保节煤剂具有一定助磨作用，可以降低煤炭在粉磨过程中的能耗，降低煤炭粉磨的细度，并降低煤炭粉磨的着火点加快燃烧速率和热能释放，从而起到节煤效果。
Description
技术领域
本发明涉及水泥生产用外加剂技术领域，尤其是涉及一种环保节煤剂及其制备方法与应用。
背景技术
水泥的生产过程可以简称为“两磨一烧”，两磨指生料粉磨和熟料粉磨，高温烧制介于两个粉磨过程中间，水泥烧成过程中需要耗费大量能源，其中最主要的热量是由煤炭燃烧带来的。
水泥窑对煤炭的需求量高，但有效利用率却非常低，通常工业上会将煤磨成煤粉，以提高煤的利用率。煤炭的粉磨效率直接影响煤炭的利用率，煤粉越细，煤粉燃烧时的接触面积越大，煤炭释放的热能就越高，利用率也会提高。目前的节煤途径主要是通过在生料当中添加一些助磨节煤剂，降低生料在粉磨过程的能耗，提高粉磨效率，同时添加一些节煤成分提高热值的利用率，起到间接节煤的作用，这样的效果并不明显，对煤的使用影响不大，而是仅仅提高煤炭燃烧产生热值的利用率。
目前，水泥生产过程中使用的添加剂，主要有节煤助燃剂、水泥生料助磨剂、矿化剂、熟料助磨剂和脱硫剂等，分别针对水泥熟料烧制过程中的燃煤助燃、生料粉磨、熟料粉磨、水泥窑烟气脱硫等领域。现有的助磨节煤剂通常是添加到生料当中，一方面提高生料的粉磨效率，降低粉磨能耗，另一方面在生料煅烧过程中，提高能量的利用率，间接起到降低煤耗的作用，节煤效果并不明显。现有的常规生料助磨剂难以同时提高水泥生料助磨和节煤效率，并且，现有的生料助磨剂和节煤剂的接受度不高，使用效果较差，主要包括以下原因：(1)助磨和节煤效率不理想，甚至带来的效益不能抵消添加剂的成本；(2)使用的生料助磨剂和节煤剂为粉料，极容易造成计量不准确，造成误差；(3)添加剂的掺量较大，一般在1％以上，使用成本高；(4)部分添加剂使用大量化工危废品，在生产、运输和使用过程中，对人体健康和水泥质量造成危害。
现有技术CN113800796A公开了一种水泥生料助剂及其制备方法，该水泥生料助剂包括以下质量百分比的原料制成：生料分解促进剂10～17％，节煤剂13～16％，助磨增强剂6～9％，脱硫活性剂10～14％，分散剂0.1～0.3％；余量为水，总量100％；所述生料分解促进剂为草酸、柠檬酸、乙酸钠或乙酸钾其中的一种或者几种混合；所述节煤剂为多元醇聚合物、双氧水或乙二醇其中的一种或者几种混合；所述助磨增强剂为三乙醇胺、甘油、三异丙醇胺、二乙醇胺其中的一种或者几种混合；所述分散剂为十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基硫酸钠其中的一种或者两种混合。该水泥生料助剂在水泥生产中引入了大量酸性物质，对水泥熟料质量控制产生负面影响，且节煤率和生料台时产量提升幅度低下，节煤效率不理想，节煤带来的效益可能不能抵消生料助磨剂成本，改善水泥熟料品质的效果也比较有限，不适宜大规模推广。CN104119982A公开了一种水泥熟料回转窑熟料烧成用节煤剂及其制备方法，所述节煤剂由硅钙渣经脱碱和/或烘干制得，在所述节煤剂中含有硅酸二钙；所述节煤剂中二氧化硅和氧化钙总重为70～77wt％；所述节煤剂的密度为2.9～3.1g/cm3，松散容重为0.9～1.3g/cm3，中值粒径为25～30μm；并且基于节煤剂的总重，以Na2O的量计，所述节煤剂的含碱率为小于1wt％，所述节煤剂的含水率低于5wt％。该节煤剂的制备步骤繁多且制备条件较为复杂，需在高温水条件下反应并通过压滤机脱水操作，技术参数难以控制；所得成品为固体，使用时分散不均匀，实用性不强。
因此，开发一种大量利用工业废弃物的环保节煤剂，在煤炭粉磨过程中进行直接添加，提高煤粉细度与燃烧速率，对降低碳排放，降低工业废弃物对生态的危害，实现绿水青山具有重要现实意义。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供一种水泥生产用环保节煤剂，具体的，由以下质量份原料组成：硫酸厂废液20-40份，电镀厂废液25-40份，电解铜厂废液8-15份，硝酸铁4-8份，硝酸锰3-5份，硝酸铈0.5-1份，硝酸镧0.5-1份，硝酸镍0.5-1份，水90-110份。该环保节煤剂中，硫酸厂废液中含有硫酸，增强节煤剂的酸性环境，电镀厂废液中含有镍离子、锌离子、铜离子等，还有少量的有机添加剂，电镀铜厂废液中含有铜离子，镍离子等，这些金属离子协同添加的硝酸锰，硝酸铁，硝酸镍，硝酸镧，硝酸铈等在酸性环境中能够降低煤燃烧的反应活化能，降低煤的着火点温度和燃烬点温度，提高燃烧速率，煤的燃烧稳定性也随之提高。
优选的，本发明水泥生产用环保节煤剂，由以下质量份原料组成：硫酸厂废液25份，电镀厂废液26份，电解铜厂废液10份，硝酸铁5份，硝酸锰3份，硝酸铈0.5份，硝酸镧0.5份，硝酸镍0.6份，水100份。
优选的，本发明水泥生产用环保节煤剂，由以下质量份原料组成：硫酸厂废液30份，电镀厂废液30份，电解铜厂废液12份，硝酸铁4份，硝酸锰4份，硝酸铈0.5份，硝酸镧0.5份，硝酸镍0.6份，水100份。
优选的，本发明水泥生产用环保节煤剂，由以下质量份原料组成：硫酸厂废液20份，电镀厂废液30份，电解铜厂废液8份，硝酸铁5份，硝酸锰4份，硝酸铈0.6份，硝酸镧0.5份，硝酸镍0.5份，水100份。
优选的，所述水为去离子水或自来水。
现有技术中的节煤剂成本较高，节煤效果低，有些节煤剂甚至并不能起到降低煤炭成本的作用，本发明经大量试验，采用硫酸厂废液、电镀厂废液和电解铜厂废液复配作为主要成分，添加硝酸盐和水制备环保节煤剂，不但满足节煤要求，而且通过添加大量工业废液制备环保节煤剂，既能够重复利用工业废液，减少环境污染，又能够降低助燃节煤剂的制备成本。
本发明还涉及上述水泥生产用环保节煤剂的制备方法，具体的，包括如下步骤：按配比取取硫酸厂废液、电镀厂废液、电解铜厂废液、硝酸铁、硝酸锰、硝酸铈、硝酸镧、硝酸镍和水，倒入烧杯混合后，置于搅拌器上，在室温下连续搅拌，结束后静置。
优选的，所述搅拌器为磁力搅拌器。
优选的，所述搅拌时间为12-36h，搅拌转速为300-800r/mi n，静置时间为6-18h。
本发明还涉及上述水泥生产用环保节煤剂的应用，具体的，将环保节煤剂在煤炭粉磨过程中进行添加，优选的，环保节煤剂添加量为煤炭质量的0.03-0.09％。
本发明环保节煤剂具有一定助磨作用，可以降低煤炭在粉磨过程中的能耗，降低煤炭粉磨的细度，并降低煤炭粉磨的着火点加快燃烧速率和热能释放，从而起到节煤效果。
具体实施方式
对本发明环保节煤剂的效果进行渗透性试验、煤粉燃点测试和水泥窑烧成节煤率测试，实施例1-3和对比例1-2中将节煤剂在煤炭粉磨过程中以0.08％进行添加，粉磨得到煤粉，空白例煤炭粉磨过程不添加任何节煤剂。
其中，渗透性试验：取100ml节煤剂于比色管内，加入10g煤粉，观察煤粉在节煤剂中的沉降情况，来判断节煤剂的渗透效果。
煤粉燃点测试：采用热重分析仪，取相同质量的空白煤粉和添加节煤剂的煤粉在空气40ml/min，升温速率15℃/min，从30℃升温至960℃，根据热重图截取初燃点和终燃点。对热重分析图进行分析标定得到，空白样品初燃点和终燃点分别为514.04℃和632.03℃，实施例1-3添加节煤剂后样品的初燃点和终燃点分别为510.22℃，509.78℃，510.69℃和629.83℃，628.52℃，630.36℃。对比例1-2添加节煤剂后样品的初燃点和终燃点分别为510.56℃，510.28℃和629.98℃，629.38℃。表明添加节煤剂后煤粉的初燃点和终燃点都有所降低。
水泥窑烧成试验：在水泥窑煤磨中进行节煤剂实验，节煤剂添加到煤磨中，粉磨后的煤粉用于水泥烧成，每个节煤剂样品试验周期为7天，标准煤耗(kg/t)＝标准煤耗总量(kg)÷水泥熟料量(t)。空白期未添加节煤剂的标准煤耗为122.78kg/t，实施例1-3的标准煤耗为118.52kg/t、118.69kg/t、118.26kg/t，对比例1-2的标准煤耗为119.13kg/t、119.32kg/t。即节煤率＝(空白例标准煤耗-实施例或对比例标准煤耗)÷空白例标准煤耗×100％。
实施例1
环保节煤剂，由以下质量份原料组成：硫酸厂废液25份，电镀厂废液26份，电解铜厂废液10份，硝酸铁5份，硝酸锰3份，硝酸铈0.5份，硝酸镧0.5份，硝酸镍0.6份，水100份。
实施例2
环保节煤剂，由以下质量份原料组成：硫酸厂废液30份，电镀厂废液30份，电解铜厂废液12份，硝酸铁4份，硝酸锰4份，硝酸铈0.5份，硝酸镧0.5份，硝酸镍0.6份，水100份。
实施例3
环保节煤剂，由以下质量份原料组成：硫酸厂废液20份，电镀厂废液30份，电解铜厂废液8份，硝酸铁5份，硝酸锰4份，硝酸铈0.6份，硝酸镧0.5份，硝酸镍0.5份，水100份。
对比例1
节煤剂，由以下质量份原料组成：电镀厂废液60份，电解铜厂废液12份，硝酸铁4份，硝酸锰4份，硝酸铈0.5份，硝酸镧0.5份，硝酸镍0.6份，水100份。
对比例2
节煤剂，由以下质量份原料组成：硫酸厂废液72份，硝酸铁4份，硝酸锰4份，硝酸铈0.5份，硝酸镧0.5份，硝酸镍0.6份，水100份。
经检测表明，实施例1-3煤粉在环保节煤剂中迅速沉降，表明环保节煤剂对煤炭的渗透性强，有利于提高煤粉的内部燃烧速率。通过测定水泥窑中的标准煤耗计算节煤率，得出采用实施例1-3环保节煤剂的煤粉、采用对比例1-2节煤剂的节煤率分别为3.47％，3.33％，3.68％，2.97％，2.81％。
最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种水泥生产用环保节煤剂，其特征在于，由以下质量份原料组成：硫酸厂废液20-40份，电镀厂废液25-40份，电解铜厂废液8-15份，硝酸铁4-8份，硝酸锰3-5份，硝酸铈0.5-1份，硝酸镧0.5-1份，硝酸镍0.5-1份，水90-110份。
2.根据权利要求1所述水泥生产用环保节煤剂，其特征在于，由以下质量份原料组成：硫酸厂废液25份，电镀厂废液26份，电解铜厂废液10份，硝酸铁5份，硝酸锰3份，硝酸铈0.5份，硝酸镧0.5份，硝酸镍0.6份，水100份。
3.根据权利要求1所述水泥生产用环保节煤剂，其特征在于，由以下质量份原料组成：硫酸厂废液30份，电镀厂废液30份，电解铜厂废液12份，硝酸铁4份，硝酸锰4份，硝酸铈0.5份，硝酸镧0.5份，硝酸镍0.6份，水100份。
4.根据权利要求1所述水泥生产用环保节煤剂，其特征在于，由以下质量份原料组成：硫酸厂废液20份，电镀厂废液30份，电解铜厂废液8份，硝酸铁5份，硝酸锰4份，硝酸铈0.6份，硝酸镧0.5份，硝酸镍0.5份，水100份。
5.根据权利要求1所述水泥生产用环保节煤剂，其特征在于，所述水为去离子水或自来水。
6.根据权利要求1-5任一项所述水泥生产用环保节煤剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按配比取取硫酸厂废液、电镀厂废液、电解铜厂废液、硝酸铁、硝酸锰、硝酸铈、硝酸镧、硝酸镍和水，倒入烧杯混合后，置于搅拌器上，在室温下连续搅拌，结束后静置。
7.根据权利要求6所述水泥生产用环保节煤剂的制备方法，其特征在于，所述搅拌器为磁力搅拌器。
8.根据权利要求6所述水泥生产用环保节煤剂的制备方法，其特征在于，所述搅拌时间为12-36h，搅拌转速为300-800r/min，静置时间为6-18h。
9.根据权利要求1-5任一项所述水泥生产用环保节煤剂的应用，其特征在于，将环保节煤剂在煤炭粉磨过程中进行添加。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，环保节煤剂添加量为煤炭质量的0.03-0.09％。
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