CN117401960A - 一种利用煤气化渣制备保温隔热材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用煤气化渣制备保温隔热材料的方法，涉及保温材料领域，将煤气化渣粗渣和细渣均匀混合；接着，加入活性金属碳酸盐类发泡剂，并均匀混合；之后通过焙烧制得类球状保温隔热材料；本申请制得的保温隔热材料外观呈类球状，颗粒分明，大小比较均匀；该保温隔热材料表面呈现玻璃化，内部呈蜂窝状蓬松多孔结构；经检测，本发明制得的保温隔热材料的导热系数约为0.2826W/(m·K)，定压比热为0.874J/(g*K)；密度为187.5kg/m3。
Description
技术领域
本发明涉及保温材料领域，尤其是一种利用煤气化渣制备保温隔热材料的方法。
背景技术
煤气化渣是煤气化反应过程中无机矿物质和残留的碳质颗粒形成的固态残渣。近年来煤化工产业迅猛发展，气化渣年排放量与日俱增，其规模化处置与资源化利用迫在眉睫。目前气化渣规模化处置利用主要聚焦在建工建材和生态治理等方面；但因气化渣含碳量高、杂质高等特点，无法规模化处置。
煤气化渣主要包括粗渣、细渣。本申请研究某厂气化渣，经检测，粗渣和细渣主要成分及含量、粒径大小、残碳含量、密度、导热系数信息如图1中所示。由于粗渣和细渣存在颗粒致密、形态不同、密度重等缺陷不适用于作为保温材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用煤气化渣制备保温隔热材料的方法，解决现有粗渣和细渣不适用于作为保温材料的问题。
本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种利用煤气化渣制备保温隔热材料的方法，首先，将煤气化渣粗渣和细渣均匀混合；接着，加入活性金属碳酸盐类发泡剂，并均匀混合；之后通过焙烧制得类球状保温隔热材料。
优选的，将粗渣进行破碎处理，破碎至粒径在5-60目。
粗渣破碎的主要目的是，缓解粘连现象的发生。若直接采用原始粒径大小（4-16目）的粗渣制备保温材料会出现部分材料粘连的现象。
优选的，所述发泡剂采用粉末状碳酸钠或碳酸钾。
优选的，粗渣、细渣、发泡剂的用量关系为，渣粗和细渣的质量比为5:1，发泡剂的用量为渣粗和细渣总量的5%。
优选的，采用中低温连续加热设备进行焙烧，例如连续隧道加热炉或回转窑或台车炉；焙烧过程中温度按10-20℃/min升温速率升温至650-750℃，之后650-750℃温度条件下焙烧20mins。
优选的，焙烧时，粗渣、细渣、发泡剂的混合物的厚度为10mm-20mm。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种利用煤气化渣制备保温隔热材料的方法，以煤气化渣中的粗渣和细渣作为原材料，工艺过程中，通过添加发泡剂营造蓬松环境，使粗渣和细渣不会相互挤压；再通过焙烧制得保温隔热材料。
本申请制得的保温隔热材料外观呈类球状，颗粒分明，大小比较均匀；该保温隔热材料表面呈现玻璃化，内部呈蜂窝状蓬松多孔结构。经检测，本发明制得的保温隔热材料的导热系数约为0.2826W/(m·K)，定压比热为0.874J/(g*K)；密度为187.5kg/m3。
此外，本申请所用细渣中碳含量约占30-50%，焙烧时这部分碳会发生燃烧，1kg碳完全燃烧会产生热值为32825.56KJ的热量，这部分热量直接作用在气化渣表面及内部，使得焙烧设备提供的温度大幅降低，达到减少能耗的目的。进一步的，细渣中碳以絮状存在于各部分，在混合均匀的情况下，各部分同时燃烧释放热量，反应面积较大，增加了反应的效率，缩短了焙烧时间。
附图说明
图1是本申请所用粗渣和细渣主要成分及含量、粒径大小、残碳含量、密度、导热系数等信息表。
图2是本申请实施例1制得的保温隔热材料进行筛分后获得的四种级别的类球状保温隔热材料。
图3是本申请制实施例1制得的保温隔热材料的切面图。
图4是本申请对比例1制得的产品图。
图5是本申请对比例2制得的产品图。
图6是本申请细渣中碳以絮状存在于各部分的电镜图。
图7是本申请实验1研究结果统计图。
图8是本申请实验2研究结果统计图。
图9是本申请实验3研究结果统计图。
图10是本申请实验4研究结果统计图。
图11是本申请实验5研究结果统计图。
图12是本申请材料混合填充的示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案做详细介绍，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。以下实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。以下实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。本发明下述实施例中采用的粗渣和细渣其主要成分及含量、粒径大小、残碳含量、密度、导热系数信息如图1中所示。
实施例1（优选实施例）。
步骤S1:将粗渣破碎至粒径在5-60目。该破碎过程产业上使用颚式破碎机进行操作。
步骤S2:使用搅拌机将破碎后粗渣和细渣均匀混合；之后加入碳酸钠粉末再次均匀混合；粗渣、细渣、发泡剂的用量关系为，渣粗和细渣的质量比为5:1，发泡剂的用量为渣粗和细渣总量的5%。本实施例在实验室中进行，具体为：粗渣40克，细渣8克，碳酸钠2.4克。
步骤S3:将混合后物料装入坩埚中（实验室中），物料厚度为15mm；之后放入箱式焙烧炉（实验室中）中进行焙烧；温度从室温按10-20℃/min升温速率升高至730℃，之后730℃温度条件下焙烧20mins。最后冷却至室温取出制得保温隔热材料。产业上使用台车炉进行焙烧。
将实施例1制得的保温隔热材料进行筛分，除去多余的料渣，获得四种级别的类球状保温隔热材料（如图2所示），按照直径大小，四种级别分别为：直径为1mm左右的保温隔热材料图2（a）所示，直径为1-3mm的保温隔热材料图2（b）所示，直径为3-5mm的保温隔热材料图2（c）所示、直径为5mm左右的保温隔热材料图2（d）所示。
从图中可以看出，本发明制得的保温隔热材料外观呈类球状，颗粒分明，大小比较均匀；该保温隔热材料表面呈现玻璃化，内部呈蜂窝状蓬松多孔结构（如图3所示）。此外，经检测，本发明制得的保温隔热材料的导热系数约为0.2826W/(m·K)，定压比热为0.874J/(g*K)；密度为187.5kg/m3。
进一步的，本发明制得的保温隔热材料具有耐高温特性，具体实验过程如下：按照实施例1方法制备保温隔热材料，焙烧成型后继续焙烧2小时，材料形状稳定，没有出现破碎等现象。
进一步的，本申请提供了如下表1，与现有常见保温隔热材料对比如下。
对比表1中数据可知，本发明制备的保温隔热材料与现有常见保温隔热材料相比，具有如下优势：
与挤塑聚苯板相比：本隔热材料耐高温，不会燃烧，防火性能良好，且能够填充不规则形状。
与石膏板相比：本隔热材料导热系数小，保温性能有明显的优势，且能够填充不规则形状。
本隔热材料结合了上述两种材料的优点，既能防火，又可保温，还能填充不规则形状，为保温材料打开了新思路。
进一步的，本申请制得的类球状保温隔热材料与现有保温材料相比还具有如下优势：
优势一：现有保温隔热材料主要为板材，直接附着在墙体表面，不能作为不规则形状的填充材料使用；本申请制得的类球状保温隔热材料主要以填充方式使用，尤其适合填充不规则的形状，例如球形、弯道等，且可以将上述四种级别的颗粒混合填充，填充更加密实（如图12所示）。
优势二：本申请制得的保温隔热材料表面呈现玻璃化，表层玻璃化使得材料能够承受挤压，在运输和填充过程能够保持形状，不会轻易挤压破碎。
优势三：本申请制得的保温隔热材料呈黑色，黑色材料的表面放热系数高于其他颜色的表面放热系数，在相同外界条件下，厚度可比其他保温材料薄很多，节省材料。
对比例1。
与实施例1操作方法基本相同，不同的是，只使用粗渣，不使用细渣，获得的产物如图4所示，显然单独使用粗渣无法成型。
对比例2。
与实施例1操作方法基本相同，不同的是，只使用细渣，不使用粗渣，获得的产物如图5所示，同样的单独使用细渣也无法成型。
通过对比例1、2可知，单独使用粗渣或单独使用细渣均无法制得保温隔热材料。
此外，本申请所用细渣中碳含量约占30-50%，焙烧时这部分碳会发生燃烧，1kg碳完全燃烧会产生热值为32825.56KJ的热量，这部分热量直接作用在气化渣表面及内部，使得焙烧设备提供的温度大幅降低，达到减少能耗的目的。进一步的，细渣中碳以絮状存在于各部分（如图6所示），在混合均匀的情况下，各部分同时燃烧释放热量，反应面积较大，增加了反应的效率，缩短了焙烧时间。
进一步的，本发明通过以下数个实验，研究本发明中各重要工艺条件对制备本发明保温隔热材料的影响。
实验1：研究粗渣破碎粒径大小对本发明保温材料的影响。
实验内容如下：与实施例1操作方法基本相同，不同的是，采用不同粒径大小的粗渣作为原料进行制备。结果如图7所示（本申请选取部分明显变化的案例展示，以下实验也是），通过对比，未经破碎、直接使用粗渣制备的保温隔热材料出现较为严重的粘连现象，颗粒大小不一。随着破碎程度加大，粘连现象逐渐缓解。当粗渣破碎至大于60目，逐渐出现另一个问题：大部分原材料不能形成颗粒，少部分形成的颗粒直径也较小。因此，本发明优选粗渣破碎至粒径在5-60目。
实验2：渣粗、细渣、发泡剂的配比对本发明保温材料的影响。
实验内容如下：与实施例1操作方法基本相同，不同的是渣粗、细渣、发泡剂的配比。具体的，各试验粗渣用量统一为40克，改变细渣和发泡剂的用量。实验结果见图8所示，从图中可以看出，当渣粗和细渣的用量比趋近于5:1，且发泡剂的用量为渣粗和细渣总量的5%时，制得的保温隔热材料形状更好。
实验3：焙烧温度对本发明保温材料的影响。
实验内容如下：与实施例1操作方法基本相同，不同的是焙烧温度。实验结果见图9所示，从图中可以看出，当焙烧温度达到650℃时，物料只有极少成型；随着焙烧温度提高，物料成型量逐渐增加；但焙烧温度高于750℃后，逐渐出现另一个问题：只有极少物料成型，烧出的成品颗粒也较小，材质较疏松，表面没有形成玻璃化层。因此，本发明优选焙烧温度为650-750℃。
实验4：焙烧升温速率对本发明保温材料的影响。
实验内容如下：与实施例1操作方法基本相同，不同的是焙烧升温速率。实验结果见图10所示，从图中可以看出，升温速率达到10℃/min时，材料无法成型；研究分析其原因如下：升温速率较慢，使得发泡剂释放气体速度缓慢，气化渣无法充分发泡膨胀。升温速率逐渐提升，成型率提升；但升温速率超过20℃/min后，逐渐出现另一个问题：气化渣破裂，制出成品质地蓬松；研究分析其原因如下：是因为发泡剂释放太快，使得气化渣破裂，制出成品质地蓬松。因此本发明优选升温速率为10-20℃/min。
实验5：焙烧时物料厚度对本发明保温材料的影响。
实验内容如下：与实施例1操作方法基本相同，不同的是焙烧时物料厚。实验结果见图11所示，从图中可以看出，当物料厚度小于10mm时，物料大部分成型，但会出现部分表面烧结现象；逐渐增加物料厚度，烧结现象缓解；但物料厚度大于20mm后，逐渐出现另一个问题：底部材料未能烧透，底部材料没有形成球状保温材料。因此本发明优选物料厚度为10mm-20mm。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化。而由此所引申出的显而易见的变化都属于本发明的保护范围。最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
Claims (6)
1.一种利用煤气化渣制备保温隔热材料的方法，其特征是：将煤气化渣粗渣和细渣均匀混合；接着，加入活性金属碳酸盐类发泡剂，并均匀混合；之后通过焙烧制得类球状保温隔热材料。
2.根据权利要求1所述的利用煤气化渣制备保温隔热材料的方法，其特征是：将粗渣进行破碎处理，破碎至粒径在5-60目。
3.根据权利要求1所述的利用煤气化渣制备保温隔热材料的方法，其特征是：
所述发泡剂采用粉末状碳酸钠或碳酸钾。
4.根据权利要求1所述的利用煤气化渣制备保温隔热材料的方法，其特征是：
粗渣、细渣、发泡剂的用量关系为，渣粗和细渣的质量比为5:1，发泡剂的用量为渣粗和细渣总量的5%。
5.根据权利要求1所述的利用煤气化渣制备保温隔热材料的方法，其特征是：
焙烧过程中温度按10-20℃/min升温速率升温至650-750℃，之后650-750℃温度条件下焙烧20mins。
6.根据权利要求1所述的利用煤气化渣制备保温隔热材料的方法，其特征是：
焙烧时，粗渣、细渣、发泡剂的混合物的厚度为10mm-20mm。
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| CN109516775A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-03-26 | 陕西尧柏新型墙材有限公司 | 一种煤化工气化渣烧结砖及其制备方法 |
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2023
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Patent Citations (6)
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| Title |
|---|
| 刘琪等: ""利用煤气化炉渣制备中空陶粒及其发泡机理研究"", 《煤炭转化》, vol. 43, no. 4, 31 July 2020 (2020-07-31), pages 89 - 96 * |
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