專利名稱：一種焦粉型焦粘結劑及基于該粘結劑的型焦制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于粉焦成型技術領域，涉及一種焦粘結劑以及由其制備的型焦，尤其是 一種焦粉型焦粘結劑及基于該粘結劑的型焦制備方法。
背景技術：
焦炭是化工、冶金、電石等行業(yè)的主要燃料，價格在每噸2000元左右，使用時往往 要求其有一定的塊度。然而，在焦炭的運輸和處理過程中，不可避免會發(fā)生粉碎現(xiàn)象，產(chǎn)生 一些焦粉。由于焦粉在粒度上不符合生產(chǎn)工藝要求，因而不能直接利用，大大降低了焦炭的 利用率。目前，我國大多數(shù)用焦企業(yè)因沒有找到解決焦粉成型的有效辦法，使得大部分焦 粉露天堆積，直接影響到生產(chǎn)廠區(qū)及周圍居民的工作和生活，嚴重污染了環(huán)境，危害人體健 康。有些企業(yè)即便對焦粉進行利用也只是當作普通燃料廉價處理，價格在每噸200 300 元左右，焦粉的廉價利用，不僅使企業(yè)生產(chǎn)成本上升，經(jīng)濟效益下降，另外造成了大量的能 源浪費。因此，研究焦粉成型技術，將焦粉加工成能夠重新利用的塊狀產(chǎn)品，是節(jié)約消耗、保 護環(huán)境的必由之路，對于實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的意義。型焦是通過粘結劑的作用 將焦粉加壓成型，生產(chǎn)出滿足工業(yè)生產(chǎn)粒度要求且具有一定機械強度的焦塊。型焦除了應 具備其在運輸、儲存及高溫燃燒過程中所要求的機械強度外，還必須含有一定量的固定碳， 在上述條件都滿足的情況下，應盡可能選擇較為廉價的粘結劑。如果型焦產(chǎn)品需要遠距離 運輸或長期儲存，產(chǎn)品還必須具備一定的耐水性能。因此，開發(fā)一種具有高強度和一定耐水 性能的型焦粘結劑有十分重要的現(xiàn)實意義。型焦粘結劑既是型焦生產(chǎn)中的關鍵技術，也是 制約型焦發(fā)展的瓶頸。隨著型焦技術水平的發(fā)展。迄今為止，國內外開發(fā)了諸多型焦粘結 劑，按粘結劑的化學性質，主要有以下4類(1)無機類粘結劑。如膨潤土、水泥、石灰、水玻璃、粘土、陶土以及各種無機鹽，其 特點是價格低，具有一定的粘結強度，并且內含的堿金屬、堿土金屬、碳酸鹽或氧化物、氫氧 化物等還能和硫發(fā)生反應，減少二氧化硫排放，起到固硫作用；缺點是使型焦的灰分增加， 耐水性差。(2)有機類粘結劑。焦油、浙青、腐植酸鈉類粘結劑該類粘結劑具有一定的熱值， 制成的型焦冷熱強度均較好，易儲存和運輸，其缺點是需加熱熔化，產(chǎn)量有限，價格偏高，且 燃燒時有揮發(fā)物放出，易造成二次污染；生物質粘結劑此類粘結劑來源廣，不增加型焦灰 分，有較高的發(fā)熱量，經(jīng)化學處理后有較好的粘結性，生產(chǎn)的型焦燃點低，且燃燒不結渣；工 業(yè)廢料粘結劑主要包括造紙、纖維廠廢液，脂肪酸殘渣，甘油殘泥，廢糖蜜和淀粉渣等工業(yè) 廢料，該類粘結劑性能良好，可實現(xiàn)廢物利用。(3)高分子聚合物粘結劑。包括聚酚胺、酚醛樹脂、聚乙烯醇、聚丙烯醇等高分子聚 合物粘結劑，這種粘結劑粘結力強，防水性能好，具有一定熱值，但熱穩(wěn)定性差。(4)復合型粘結劑。該類粘結劑由上述多種粘結劑復合而成，能綜合幾類粘結劑的 優(yōu)點，是近年來發(fā)展的主攻方向。我國在焦粉型焦粘結劑方面做了大量研究，并取得了一定的成績。但現(xiàn)有技術或多或少存在著這樣或那樣的不足如燃燒性能不佳、防潮抗水性差、熱態(tài)強度低、固硫率低、 加工困難、成本過高，污染嚴重、原料來源不廣、焦粉型焦成型工藝復雜。型焦技術能否廣泛應用的關鍵是粘結劑的選擇。理想粘結劑應使型焦除了具備其 在運輸、儲存及高溫燃燒過程中所要求的機械強度外，還必須具備一定的耐水性能。因此， 開發(fā)一種具有高強度和一定耐水性能的型焦粘結劑有十分重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種焦粉型焦粘結劑及基于該粘結 劑的型焦制備方法，該種型焦粘結劑采用合理的配方，不但粘結性更強，能在焦粒表面均勻 分布，潤濕焦粒表面，而且可以改變焦質，無二次污染，利用該焦粘結劑制備方法制備出的 型焦機械強度高、具備一定的耐水性能。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來解決的這種焦粉型焦粘結劑，按照重量百分比，包括以下組分聚乙烯醇PVA 15 45 % ；水玻璃20 60%;膨潤土15 45%。基于以上所述的焦粉型焦粘結劑，本發(fā)明還提供一種型焦制備方法，包括以下步 驟1)將原料焦粉粉碎加工成粒度小于3mm的焦粉；2)按照重量份，在每9份所述焦粉中加入1份焦粉型焦粘結劑；3)攪拌10 15分鐘出料；4)室溫下放置15 20分鐘，放入成型機加壓成型，壓制成圓柱形；5)室溫放置2 8小時后，于120°C干燥。進一步的，上述步驟1)所述粒度小于3mm的焦粉中，以質量百分比計，粒度為1 3mm的煤粉占50%，粒度小于Imm的焦粉占50%。進一步的，上述步驟2)中，加入焦粉型焦粘結劑時，首先在所述焦粉中加入膨潤 土混合均勻后，再加入水玻璃混合均勻，最后加入聚乙烯醇混合均勻。進一步的，上述步驟4)中，所述成型機是NYL-2000型，成型機的成型壓力為 90MPa，型焦大小為 18mmX Φ 20mm。本發(fā)明的型焦粘結劑中加入的各組分以及各組分之間的配合作用具有以下有益 效果本發(fā)明加入的膨潤土主要成份是蒙脫石，屬單斜晶系，其單位晶胞系由兩層硅氧 Si-O四面體中間夾一層鋁氧Al-(0 · 0H)八面體組成的2:1型層狀硅酸鹽蒙脫石的分子結 構使它具有較高的比表面積和比表面能。本發(fā)明加入的水玻璃與許多硅酸鹽物質在一定條 件下相互作用可形成高粘度、耐磨擦、堅硬的物質。因此，水玻璃在膨潤土粘結劑中的添加 不但可以提高型焦的強度，還能從一定程度上提高型焦的防水性能。本發(fā)明加入的聚乙烯 醇可以借氫鍵吸附在多聚硅酸分子上，能改變水玻璃固化后的凝膠結構，使膠粒細化，配位 數(shù)增大，粘結頸變粗，從而在一定程度上提高粘結強度。另外，其中含有大量高選擇性基團 的水溶性高分子表面活性劑，在干燥溫度下，高分子會拆開，引起膨潤土中蒙脫石表面電性的變化，使蒙脫石重新取向，相互鍵合，形成較穩(wěn)定的粒間氫鍵和分子鍵體系，組成新的憎 水性官能團，從而提高了型焦的耐水性。綜上所述，與現(xiàn)有各種型焦粘結劑相比，本發(fā)明的粘結劑組分常見，配制工藝比較 簡單，成本低，使用方便，無任何二次污染。用本發(fā)明粘結劑制成的型焦，不僅具有冷強度 高，防水性好，成本低，灰分增加量低的優(yōu)點，而且具有較高的熱強度，原料來源廣的特點。
具體實施例方式本發(fā)明的焦粉型焦粘結劑按照重量百分比，包括的組分為聚乙烯醇PVA :15 45%，水玻璃20 60%，膨潤土 15 45%。本發(fā)明的型焦粘結劑中加入的各組分以及各組分之間的配合作用具有以下效 果膨潤土主要成份是蒙脫石，屬單斜晶系，其單位晶胞系由兩層硅氧Si-O四面體中 間夾一層鋁氧Al-(0 · 0H)八面體組成的2:1型層狀硅酸鹽蒙脫石的分子結構使它具有較 高的比表面積和比表面能。鋁基團和硅氧基團使蒙脫石具有優(yōu)良的化學惰性、配位性、穩(wěn)定 性。層際負電荷及羥基基團賦于蒙脫石分散性、粘滯性和吸附性。在蒙脫石層間及羥基基 團上可與某些陽離子、極性分子、有機分子發(fā)生吸附、橋聯(lián)、絡合等反應。在有水的條件下， 由于水化及吸附陽離子的作用，蒙脫石層間結合力會減弱呈高度分散狀態(tài)，使膨潤土流動 性好，粘結能力強。水玻璃與許多硅酸鹽物質在一定條件下相互作用可形成高粘度、耐磨擦、堅硬的 物質。說明添加水玻璃之后，型焦的耐水性有所增加。這主要是因為水玻璃與膨潤土中的 蒙脫石在干燥過程中也會促進硅氧聚陰離子的聚合，從而進一步提高型焦的耐水性。但是， 水玻璃具有較強的吸濕性，過量的水玻璃將導致型焦耐水性下降。水玻璃在膨潤土粘結劑 中的添加不但可以提高型焦的強度，還能從一定程度上提高型焦的防水性能。水玻璃與蒙脫石在120°C時會生成堅硬固化物，此固化物屬于超分子化合物。超分 子化合物由多個分子通過分子間作用而形成的復雜但有組織的體系，盡管單個這種分子的 作用很微弱，但在一定條件下(如在大分子體系中)可產(chǎn)生累加效應，使分子間總的作用效 果大為增加。蒙脫石為層狀硅酸鹽大分子，它在與水玻璃作用時具備了這一性質。因此，水 玻璃與膨潤土作型焦粘結劑時，焦粉加壓成型之后在120°C下干燥，這樣可以大大提高型焦 的抗壓強度。聚乙烯醇與水玻璃和膨潤土的共同作用機理為聚乙烯醇可以借氫鍵吸附在多聚 硅酸分子上，能改變水玻璃固化后的凝膠結構，使膠粒細化，配位數(shù)增大，粘結頸變粗，從而 在一定程度上提高粘結強度。另外，其中含有大量高選擇性基團的水溶性高分子表面活性 劑，在干燥溫度下，高分子會拆開，引起膨潤土中蒙脫石表面電性的變化，使蒙脫石重新取 向，相互鍵合，形成較穩(wěn)定的粒間氫鍵和分子鍵體系，組成新的憎水性官能團，從而提高了 型焦的耐水性。下面結合實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述實施例1(A)型焦粘結劑按照重量百分比，分別稱取30 %的聚乙烯醇，40 %的水玻璃、30 %的膨潤土。
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(B)型焦的制備(按照重量份計)(1)將陜北榆林神木焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉，要求粒度為1 3mm的焦粉 占50%，粒度小于Imm的焦粉占50% ；稱取90份焦粉；(2)在上述焦粉中先加入3份膨潤土混合均勻；(3)再加入4份水玻璃混合均勻；(4)然后加入3份聚乙烯醇混合均勻；(5)攪拌10 15分鐘出料；(6)室溫下放置15 20分鐘，放入NYL-2000型成型機中加壓成型，壓制成圓柱形 型焦；成型機的成型壓力為90MPa，型焦大小為18mmX Φ 20mm ；(7)將型焦在室溫放置2 8小時后，于120°C干燥，得到最后型焦成品。測定型 焦的質量，其結果見表1。實施例2(A)型焦粘結劑按照重量百分比，分別稱取35 %的聚乙烯醇，40 %的水玻璃、25 %的膨潤土。(B)型焦的制備(按照質量份計)(1)將陜北榆林神木焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉，要求粒度為1 3mm的焦粉 占50%，粒度小于Imm的焦粉占50% ；稱取90份焦粉；(2)在上述焦粉中先加入2. 5份膨潤土混合均勻；
(3)再加入4份水玻璃混合均勻；(4)然后加入3. 5份聚乙烯醇混合均勻；(5)攪拌10 15分鐘出料；(6)室溫下放置15 20分鐘，放入NYL-2000型成型機加壓成型，壓制成圓柱形型 焦；成型機的成型壓力為90MPa，型焦大小為18mmX Φ 20mm ；(7)將型焦在室溫放置2 8小時后，于120°C干燥，得到最后型焦成品。測定型 焦的質量，其結果見表1。實施例3(A)型焦粘結劑按照重量百分比，分別稱取30 %的聚乙烯醇，35 %的水玻璃、35 %的膨潤土。(B)型焦的制備(按照質量份計)(1)將陜北榆林神木焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉，要求粒度為1 3mm的焦粉 占50%，粒度小于Imm的焦粉占50% ；稱取90份焦粉；(2)在上述焦粉中先加入3. 5份膨潤土混合均勻；(3)再加入3. 5份水玻璃混合均勻；(4)然后加入3份聚乙烯醇混合均勻；(5)攪拌10 15分鐘出料；(6)室溫下放置15 20分鐘，放入NYL-2000型成型機中加壓成型，壓制成圓柱形 型焦；成型機的成型壓力為90MPa，型焦大小為18mmX Φ 20mm ；(7)將型焦在室溫放置2 8小時后，于120°C干燥，得到最后型焦成品。測定型 焦的質量，其結果見表1。
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實施例4(A)型焦粘結劑按照重量百分比，分別稱取30 %的聚乙烯醇，40 %的水玻璃、30 %的膨潤土。(B)型焦的制備(按照質量份計)(1)將山西孝義焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉，要求粒度為1 3mm的焦粉占 50%，粒度小于Imm的焦粉占50% ；稱取90份焦粉；(2)在上述焦粉中先加入3份膨潤土混合均勻；(3)再加入4份水玻璃混合均勻；(4)然后加入3份聚乙烯醇混合均勻；(5)攪拌10 15分鐘出料；(6)室溫下放置15 20分鐘，放入NYL-2000型成型機中加壓成型，壓制成圓柱形 型焦；成型機的成型壓力為90MPa，型焦大小為18mmX Φ 20mm ；(7)將型焦在室溫放置2 8小時后，于120°C干燥，得到最后型焦成品。測定型 焦的質量，其結果見表1。實施例5(A)型焦粘結劑按照重量百分比，分別稱取35 %的聚乙烯醇，40 %的水玻璃、25 %的膨潤土。(B)型焦的制備(按照質量份計)(1)將山西孝義焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉(要求粒度為1 3mm的焦粉占 質量百分比的50%，粒度小于Imm的焦粉占質量百分比的50% )，稱取90份焦粉；(2)在上述焦粉中先加入2. 5份膨潤土混合均勻；(3)再加入4份水玻璃混合均勻；(4)然后加入3. 5份聚乙烯醇混合均勻；(5)攪拌10 15分鐘出料；(6)室溫下放置15 20分鐘，放入NYL-2000型成型機中加壓成型，壓制成圓柱形 型焦；成型機的成型壓力為90MPa，型焦大小為18mmX Φ 20mm ；(7)將型焦在室溫放置2 8小時后，于120°C干燥，得到最后型焦成品。測定型 焦的質量，其結果見表1。實施例6(A)型焦粘結劑按照重量百分比，分別稱取30%的聚乙烯醇，35%的水玻璃、35%的膨潤土。(B)型焦的制備(按照質量份計)(1)將山西孝義焦粉加工成粒度小于3mm的焦粉(要求粒度為1 3mm的焦粉占 質量百分比的50%，粒度小于Imm的焦粉占質量百分比的50% )，稱取90份焦粉；(2)在上述焦粉中先加入3. 5份膨潤土混合均勻；(3)再加入3. 5份水玻璃混合均勻；(4)然后加入3份聚乙烯醇混合均勻；(5)攪拌10 15分鐘出料；(6)室溫下放置15 20分鐘，放入NYL-2000型成型機中加壓成型，壓制成圓柱形型焦；成型機的成型壓力為90MPa，型焦大小為18mmX Φ 20mm ；(7)將型焦在室溫放置2 8小時后，于120°C干燥，得到最后型焦成品。測定型 焦的質量，其結果見表1。表1型焦焦樣、粘結劑配比和質量測定
權利要求
一種焦粉型焦粘結劑，其特征在于，按照重量百分比，包括以下組分聚乙烯醇15～45％；水玻璃 20～60％；膨潤土 15～45％。
2.一種基于權利要求1所述焦粉型焦粘結劑的型焦制備方法，其特征在于，包括以下 步驟1)將原料焦粉粉碎加工成粒度小于3mm的焦粉；2)按照重量份，在每9份所述焦粉中加入1份焦粉型焦粘結劑；3)攪拌10 15分鐘出料；4)室溫下放置15 20分鐘，放入成型機加壓成型，壓制成圓柱形；5)室溫放置2 8小時后，于120°C干燥。
3.根據(jù)權利要求2所述的型焦制備方法，其特征在于，所述粒度小于3mm的焦粉中，以 質量百分比計，粒度為1 3mm的焦粉占50%，粒度小于Imm的焦粉占50%。
4.根據(jù)權利要求2所述的型焦制備方法，其特征在于，步驟2)中，加入焦粉型焦粘結劑 時，首先在所述焦粉中加入膨潤土混合均勻后，再加入水玻璃混合均勻，最后加入聚乙烯醇 混合均勻。
5.根據(jù)權利要求2所述的型焦制備方法，其特征在于，步驟4)中，所述成型機是 NYL-2000型，成型機的成型壓力為90MPa，型焦大小為18mmX Φ 20mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種焦粉型焦粘結劑及基于該粘結劑的型焦制備方法，該種焦粉型焦粘結劑按照重量百分比，包括的組分為聚乙烯醇PVA15～45％，水玻璃20～60％，膨潤土15～45％。該焦制備方法為1)將原料焦粉粉碎加工成粒度小于3mm的焦粉；2)按照重量份，在每9份所述焦粉中加入1份焦粉型焦粘結劑；3)攪拌10～15分鐘出料；4)室溫下放置15～20分鐘，放入成型機加壓成型，壓制成圓柱形；5)室溫放置2～8小時后，于120℃干燥。與現(xiàn)有各種型焦粘結劑相比，本發(fā)明的粘結劑組分常見，配制工藝比較簡單，成本低，使用方便，無任何二次污染。用本發(fā)明粘結劑制成的型焦，不僅具有冷強度高，防水性好，成本低，灰分增加量低的優(yōu)點，而且具有較高的熱強度，原料來源廣的特點。
文檔編號C10L5/10GK101984027SQ20101052226
公開日2011年3月9日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權日2010年10月27日
發(fā)明者仝建波, 劉淑玲, 杜經(jīng)武, 楊軍勝, 程芳玲 申請人:陜西科技大學