專利名稱：一種粘結(jié)劑及基于該粘結(jié)劑的鈣基工業(yè)粉體成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤制こ炔領(lǐng)域，尤其涉及ー種粘結(jié)劑及基于該粘結(jié)劑的鈣基エ業(yè)粉體的成型方法。
背景技術(shù)：
電石渣是煤制こ炔氣エ業(yè)過程中電石水解后產(chǎn)生的廢渣。電石渣是已經(jīng)處理過的エ業(yè)廢渣，目前累計堆存量已達1.3億t，國內(nèi)生產(chǎn)廠家大部分將電石渣就地堆放或填埋。隨著國內(nèi)PVC、PVA等化工產(chǎn)品規(guī)模的不斷擴大，電石渣將越來越多。電石渣不僅占用了寶貴的土地資源，而且嚴重影響環(huán)境和人類健康，已成為社會一大公害。2009年我國電石渣產(chǎn)量為1800萬噸，大量電石渣堆砌閑置，不僅造成了鈣資源的浪費，也給周圍環(huán)境保護帶來 了嚴重的壓力。目前電石渣的應(yīng)用主要集中在水泥的制備以及煙氣脫硫添加劑的制備，電石渣處理量有限，且無法從根本上解決電石渣的綜合利用問題。因此只有將電石渣成型循環(huán)利用才能解決こ炔エ業(yè)電石制備原料的缺乏以及堆積閑置等環(huán)境問題。煤制こ炔生產(chǎn)エ藝，首先是電石的生產(chǎn)，即由塊煤或焦炭和塊狀的氧化鈣，在電爐中高溫生產(chǎn)電石，再由電石和水反應(yīng)生產(chǎn)こ炔，因此塊狀的氧化鈣是該エ藝必須的原料。目前在我國電石制こ炔產(chǎn)業(yè)中，塊狀氧化鈣已經(jīng)成了一些企業(yè)控制成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。電石洛中含有85-95%的氫氧化鈣，其經(jīng)過煅燒則可以獲得氧化鈣。然而電石洛是ー種粒度小于Imm的鈣基粉體，因此在煅燒前必須成型，同時保證具有冷熱強度和熱穩(wěn)定性，即滿足煅燒后仍然保持一定的形狀和強度，在電爐內(nèi)能夠達到天然塊狀氧化鈣的エ藝性能。CN 101619251A涉及煤炭加工利用技術(shù)領(lǐng)域，是ー種熔融還原煉鐵用型煤粘結(jié)劑及應(yīng)用。粘結(jié)劑由下述成分按重量份比例制成=CaO I 10重量份、MgO 2 8重量份、SiO250 70重量份、Al2O3 10 20重量份、煤浙青10 30重量份。使用方法是將所述的型煤粘結(jié)劑與粉煤混合，外加水，常溫下壓制成型煤。CN 101182171A公開了ー種催化膠結(jié)電石渣磚，是以電石渣、無機細骨料為主要原料，加入適量的水，通過無機催化激活劑膠結(jié)制備而成。無機催化激活劑為活性金屬氧化物和金屬鹽的混合物。所述的電石渣磚的制備方法，其具體步驟為先將電石渣塊球磨粉碎過篩后，按上述原料配方稱取電石渣粉、無機細骨料和無機催化激活劑，經(jīng)攪拌機混合均勻后，加入水，再攪拌混料后，裝料入模成型自然養(yǎng)護，得到所需電石渣磚。為了實現(xiàn)電石渣循環(huán)利用，則需要發(fā)明ー種高性能粘結(jié)劑，以及配合該粘結(jié)劑成型的エ藝條件，滿足電石渣粉體成型的要求，即滿足電石渣成型后的高溫強度和熱穩(wěn)定性。エ業(yè)粉體成型(造塊エ藝)是ー項必不可少的加工過程，如型煤、球團礦，包括有粘結(jié)劑和無粘結(jié)劑成型エ藝[CN 101619251A ；CN 101798538A ；CN 101812343A]，有粘結(jié)劑成型較為普遍，其中復(fù)合粘結(jié)劑成型后塊料各項指標均能夠滿足エ藝要求。在冶金和化工領(lǐng)域塊料的熱強度和熱穩(wěn)定性是ー個重要指標，如氣化型煤、豎爐氣基還原球團礦等[CN 102121065A；CN102021323A ；CN101956066A]。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于為煤制こ炔生產(chǎn)エ藝提供電石渣循環(huán)利用途徑。本發(fā)明的特殊性在于其加入一定量不影響后續(xù)エ藝的無機物，通過激發(fā)部分原料和固化劑，利用化學(xué)合成方法，使得粉料逐步形成耐熱成分的包覆結(jié)構(gòu)，配合適當?shù)某尚庭ㄋ?，使塊料的熱強度和熱穩(wěn)定大大提聞，添加一定量的無機黏結(jié)劑是提聞塊料的熱強度和熱穩(wěn)定性的關(guān)鍵。電石渣成型エ藝流程如下將電石渣與固化劑混合均勻，利用噴霧或流體計量設(shè)備將一定濃度酸或堿的溶液加入固體粉料中，充分攪拌后，利用磨具或成型機壓制成型，干燥獲得成品塊料。為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本發(fā)明的目的之ー在于提供ー種粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑是將無機酸或堿與水以1:5 1:40的質(zhì)量比混合后得到。
本發(fā)明所述無機酸或堿與水的質(zhì)量比可選擇1:5. 05 1:39，1:8 1:32，1:12 1:25,1:15 ~ 1:20 等，優(yōu)選為 1:10 ~ 1:15，進ー步優(yōu)選 1:10。本發(fā)明所述無機酸包括鹽酸、硝酸、磷酸、硫酸或氫氟酸中的ー種或至少兩種的混合物，例如鹽酸，磷酸，硝酸和磷酸的混合物，鹽酸、硝酸和氫氟酸的混合物等，進ー步優(yōu)選鹽酸和/或硫酸。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠獲知的其他無機酸均可用于本發(fā)明。本發(fā)明所述堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉或碳酸鉀中的一種或至少兩種的混合物，例如氫氧化鉀，碳酸鈉，氫氧化鈉和氫氧化鉀的混合物，氫氧化鈉、碳酸鈉和碳酸鉀的混合物等，進ー步優(yōu)選氫氧化鈉和/或碳酸鈉。本發(fā)明還提供了一種基于上述粘結(jié)劑的鈣基エ業(yè)粉體成型方法，所述方法包括以下步驟I)制備粘結(jié)劑；2 )對粉體進行干燥處理；3)將粘結(jié)劑與粉體混合；4)將混合好的物料壓制成型；5)對步驟4)得到的塊料進行干燥。本發(fā)明所述鈣基エ業(yè)粉體為電石渣、氫氧化鈣、氧化鈣或碳酸鈣中的ー種或至少兩種的混合物，例如電石渣，氫氧化鈣和氧化鈣的混合物，電石渣、氧化鈣和碳酸鈣的混合物等，進ー步優(yōu)選電石渣。所述鈣基エ業(yè)粉體中鈣基物質(zhì)的含量在80 100%。本發(fā)明所述步驟2)后任選進行將固化劑與干燥后的粉體混合。本發(fā)明步驟3)所述固化劑為硅酸鈉、鋁酸鈉、硼酸鈉、氫氧化鋁或石英砂中的ー種或至少兩種的混合物，例如硅酸鈉，硼酸鈉，鋁酸鈉和硼酸鈉的混合物，硅酸鈉、氫氧化鋁和石英砂的混合物等。進ー步地，所述固化劑占干燥后粉體質(zhì)量的0. 5 2%，例如0. 55 I. 8%，0. 8
I.2%，I. 1%等，進ー步優(yōu)選1%。本發(fā)明步驟2)將粉體干燥至含水量為0 20%，例如0. 2 18%，I. 5 13%，5 10%，8%等，進ー步優(yōu)選2 15%，最優(yōu)選5%。將粉體預(yù)先進行干燥處理的目的是為了使后續(xù)固化、成型效果更好。
本發(fā)明步驟3)粘結(jié)劑占干燥后粉體質(zhì)量的0. I 3%，例如0. 12 2. 8%,0. 2
2.4%, 0. 8 2%, I. 4%等，進ー步優(yōu)選0. 5 2%,最優(yōu)選1%。本發(fā)明所述混合方式為固液攪拌或氣體霧化混合。固液攪拌為鈣基粉體與固化劑混合后的粉料與液體粘結(jié)劑(或粘結(jié)劑組分)在容器中已攪拌的方式混合均勻。氣體霧化混合為液體粘結(jié)劑(或粘結(jié)劑組分)利用噴霧裝置霧化后直接噴到鈣基粉體與固化劑混合后的粉料表面，充分混合。本發(fā)明步驟4)成型壓カ為200 500kg/cm2，例如202 495kg/cm2，230 460kg/cm2, 275 420kg/cm2, 312 380kg/cm2, 335 360kg/cm2, 345kg/cm2 等，進一步優(yōu)選 300 400kg/cm2，最優(yōu)選 350kg/cm2。進ー步地，壓制時間為0. 5 2min,例如0. 52 I. 9min,0. 7 I. 4min，0. 9
I.2min, Imin等,進一步優(yōu)選I I. 5min,最優(yōu)選lmin。進ー步地，成型后的塊料形狀為長徑比為0. 8 I. 2的圓柱狀、枕狀或饅頭狀。本發(fā)明步驟5)所述塊料干燥時物料升溫速率為I 20°C /min,例如I. 2 18°C /min, 3 14°C /min, 7 12°C /min, 9°C /min 等,進一步優(yōu)選 10°C /min。一種基于上述粘結(jié)劑的鈣基エ業(yè)粉體成型方法，エ藝條件經(jīng)優(yōu)化后包括以下步驟I)制備粘結(jié)劑將單組份酸或混酸，或者單組份堿或混堿，與水以1:10 1:15的質(zhì)量比混合；2)將粉體進行干燥處理至含水量小于5% ；3)將固化劑按照占干燥后粉體質(zhì)量的0. 5 2%與粉體混合；4)將粘結(jié)劑按照占干燥后粉體質(zhì)量的0. 5-2%與粉體混合，邊攪拌邊加入，直至混合均勻；5)將混合好的物料，放入長徑比為0. 8 I. 2圓柱狀、枕狀或饅頭狀磨具中，在壓力200_500kg/cm2下壓制0. 5 2min,取出脫模；6)步驟5)得到的塊料進行干燥，升溫速率為I 20°C /min。上述過程針對煤制こ炔エ業(yè)電石渣粉體的成型，其電石渣的組成和粒度如表I和表2 ;表I電石渣的化學(xué)成分
[
權(quán)利要求
1.ー種粘結(jié)劑，其特征在于，所述粘結(jié)劑是將無機酸或堿與水以1:5 1:40的質(zhì)量比混合后得到。
2.如權(quán)利要求I所述的粘結(jié)劑，其特征在于，所述無機酸或堿與水的質(zhì)量比為1:10 1:15,進一步優(yōu)選1:10。
3.如權(quán)利要求I或2所述的粘結(jié)劑，其特征在于，所述無機酸包括鹽酸、硝酸、磷酸、硫酸或氫氟酸中的一種或至少兩種的混合物，進ー步優(yōu)選鹽酸和/或硫酸。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的粘結(jié)劑，其特征在于，所述堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉或碳酸鉀中的一種或至少兩種的混合物，進ー步優(yōu)選氫氧化鈉和/或碳酸鈉。
5.ー種基于權(quán)利要求1-4之一所述粘結(jié)劑的鈣基エ業(yè)粉體成型方法，所述方法包括以下步驟 1)制備粘結(jié)劑； 2)對粉體進行干燥處理； 3)將粘結(jié)劑與粉體混合； 4)將混合好的物料壓制成型； 5)對步驟4)得到的塊料進行干燥。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述鈣基エ業(yè)粉體為電石渣、氫氧化鈣、氧化鈣或碳酸鈣中的一種或至少兩種的混合物，進ー步優(yōu)選電石渣； 優(yōu)選地，所述步驟2)后任選進行將固化劑與干燥后的粉體混合； 優(yōu)選地，所述固化劑為硅酸鈉、鋁酸鈉、硼酸鈉、氫氧化鋁或石英砂中的ー種或至少兩種的混合物； 優(yōu)選地，所述固化劑占干燥后粉體質(zhì)量的0. 5 2%,進ー步優(yōu)選1%。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在干，步驟2)將粉體干燥至含水量為0 20%，進ー步優(yōu)選2 15%，最優(yōu)選5%。
優(yōu)選地，步驟3)所述粘結(jié)劑占干燥后粉體質(zhì)量的0. I 3%，進ー步優(yōu)選0. 5 2%，最優(yōu)選1%。
8.如權(quán)利要求5-7之一所述的方法，其特征在于，所述混合方式為固液攪拌或氣體霧化混合。
9.如權(quán)利要求5-8之一所述的方法，其特征在于，步驟4)成型壓カ為200 500kg/cm2,進一步優(yōu)選 300 400kg/cm2,最優(yōu)選 350kg/cm2 ； 優(yōu)選地，壓制時間為0. 5 2min,進一步優(yōu)選I I. 5min,最優(yōu)選Imin ； 優(yōu)選地，成型后的塊料形狀為長徑比為0. 8 I. 2的圓柱狀、枕狀或饅頭狀； 優(yōu)選地，步驟5)所述塊料干燥時物料升溫速率為I 20°C /min，進ー步優(yōu)選10°C /mirio
10.如權(quán)利要求5-9之一所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 1)制備粘結(jié)劑將單組份酸或混酸，或者單組份堿或混堿，與水以1:10 1:15的質(zhì)量比混合； 2)將粉體進行干燥處理至含水量小于5%； 3)將固化劑按照占干燥后粉體質(zhì)量的0.5 2%與粉體混合；4)將粘結(jié)劑按照占干燥后粉體質(zhì)量的0.5-2%與粉體混合，邊攪拌邊加入，直至混合均勻； 5)將混合好的物料，放入長徑比為0.8 I. 2圓柱狀、枕狀或饅頭狀磨具中，在壓カ200 500kg/cm2下壓制0. 5 2min,取出脫模； 6)將步驟5)得到的塊料進行干燥，升溫速率為I 20°C/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種粘結(jié)劑及基于該粘結(jié)劑的鈣基工業(yè)粉體成型方法。所述粘結(jié)劑將無機酸或堿與水以1:5～1:40的質(zhì)量比混合后得到。所述成型方法包括以下步驟1)制備粘結(jié)劑；2)對粉體進行干燥處理；3)將粘結(jié)劑與粉體混合；4)將混合好的物料壓制成型；5)對步驟4)得到的塊料進行干燥。本發(fā)明開發(fā)了一種高效無機粘結(jié)劑，使得電石渣等鈣基工業(yè)粉體成型后循環(huán)利用，成型工藝流程簡單、可操作性強，解決了煤制乙炔工業(yè)中，含鈣粉體循環(huán)利用技術(shù)的障礙。本發(fā)明為資源化利用電石渣粉，高效率、低成本制備高品質(zhì)塊狀氧化鈣提供一條新的途徑。
文檔編號C01F11/04GK102776047SQ20121023853
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者公旭中, 林榮毅, 汪玉華, 王志, 王明涌 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所