CN109054685A - 焦粉粘合剂，适用于密闭电石炉生产的焦球及其制备方法，密闭电石炉电石生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种焦粉粘合剂，由玉米淀粉，密闭电极糊，石油焦，煤焦油，增碳剂按一定比例组成。本发明还公开了用该焦粉粘合剂制备焦球的方法，包括以下步骤：a、将焦粉和焦粉粘合剂按比例投料；b、加湿加温至控制指标；c、压制成型；d、烘干。本发明还公开了一种密闭电石炉电石生产方法，其特征在于掺用本发明的焦球，掺用量占上炉碳材总质量的50～60％。本发明的优点是：1)制备的焦球对加工原料的固定碳、挥发分、灰分的影响很小或没有影响，且所得焦球的粒度、冷强度、热强度、抗水性都能够完全满足电石生产的需要，实现电石生产中焦球总质量占上炉碳材总质量的50％以上的高掺用比例；2)焦球压制工艺简单，制球成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种电石生产工艺，尤其是一种电石生产中焦粉的回收利用方法。
背景技术
电石生产的主体设备为电石炉，密闭电石炉是指电石生产的电化学反应在密闭的容器中进行，外部的空气不能进入反应器内，电石的生产过程是将焦炭与石灰石按一定比例加入炉内，通过三相电极通电产生电热后反应生成碳化钙产品。
焦炭是电石生产的重要原料，在炉料中用作还原剂，焦炭的粒度对电石生产影响很大，粒度一般以15～40mm为宜。但在焦炭运输、储存和使用过程中，会出现粉化，形成一定量的焦炭粉末，简称焦粉。焦粉的粒度通常小于5mm，其质量一般占总量的10～20％。由于焦粉的粒度、强度、硬度等方面都达不到电石生产工艺的要求，因而只能用作电煤或作其它民用，甚或丢弃，这不仅没有充分体现其固有价值，还会造成环境污染。在能源急剧紧张的今天，更是严重的资源浪费。如果能把这些焦粉制成焦球重新用于电石生产，无疑可节约成本，节约资源。
电石生产对原料焦炭的各项理化性质有非常严格的要求，此前有不少企业为提高筛下物的利用价值，尝试将焦粉和粘合剂混合压球后再利用，目前已有再生焦球可用于黄磷生产的成功报到，但都因为焦球指标达不到电石生产要求，特别是热态下的热稳定性和抗压强度无法满足电石生产工艺的要求，对电石生产影响太大，或掺用比例太低没有实际经济价值而放弃。
发明内容
为实现焦粉压球后可用于电石生产，近年来，我们一直在如何突破焦粉压球技术瓶颈方面进行考察、研发、跟踪、实验、生产，终于成功开发出焦粉压球专用粘合剂。
本发明所采用的技术方案是：焦粉粘合剂，由以下质量百分比含量的各组分组成：玉米淀粉56～64％，密闭电极糊18～22％，石油焦8～12％，煤焦油4～6％，增碳剂4～6％。
发明人认为，焦粉造球再利用的最大技术瓶颈在于目前没有一种粘合剂既能保证所需焦球尺寸下的足够的粘合强度，而同时又能够使焦球具备符合电石生产工艺所需要的热稳定性、固定碳、适宜的挥发分、足够的热强度、冷强度和抗水性。简单的讲，使用任何粘合剂都会对焦粉的固定碳、挥发分、灰分造成不利影响，但是如果不加入足够的粘合剂又无法保证足够的粘合强度，从而对焦球的热强度、冷强度和抗水性造成不利影响。这使得这项研究进入困境。
早期发明人对此做了很多研究，包括在无机粘合剂、高分子粘合剂、树脂类粘合剂的基础上进行改进，但最终都以失败告终，主要原因是新组分的加入导致粘合剂固有的粘合性显著降低。最终发明人确定以玉米淀粉为主体成分，并发现配合一定比例的密闭电极糊、石油焦、煤焦油、增碳剂，既能够保证粘合剂的粘合性能不受到明显影响，又能够维持焦球的热稳定性、固定碳，稳定挥发分和提高热强度。实验证明，产物焦球虽尚不能完全替代焦炭，但已实现焦球总质量占上炉碳材总质量的50％以上的高掺用比例下不会对电石生产造成影响，这已经是本领域的极大技术进步。
经实验证明，使用本发明的焦粉粘合剂压制的焦球可达到如下技术指标：
1、粒度：15～40mm；
2、固定碳：在加工原料焦粉的基础上下降0.5～1％；
3、挥发分：在加工原料焦粉的基础上上升0.5～1％；
4、灰分：相对于加工原料焦粉不会增加；
5、水分：＜1.5％；
6、冷强度：＞150kg；
7、热强度(900度恒温1小时后的抗压强度)：＞15kg且不烧失、不破损；
8、抗水性：在水中浸泡10小时不散；
可见，使用本发明的焦粉粘合剂制备的焦球对加工原料的固定碳、挥发分、灰分的影响很小或没有影响，且所得焦球的粒度、冷强度、热强度、抗水性都能够完全满足电石生产的需要。
更佳的，本发明的焦粉粘合剂可由以下质量百分比含量的各组分组成：玉米淀粉60％，密闭电极糊20％，石油焦10％，煤焦油5％，增碳剂5％。
此外，本发明还提供了一种适用于密闭电石炉生产的焦球的制备方法，包括以下步骤：
A、将焦粉和权利要求1所述的焦粉粘合剂按比例投料，得到混合料；
B、将混合料进行充分搅拌并加湿加温至控制指标，得到待压物料；
C、将待压物料用压球机压制成型，得到成型料；
D、烘干成型料，得到焦球。
在背景技术中申请人已做说明，所述焦粉指的焦炭在使用过程中粉化形成的粒度小于5mm的焦炭粉末，容易理解的，所述使用过程指的是焦炭使用过程中任何能够导致焦炭粉化的情况，包括焦炭的生产过程、运输过程、焦炭送入电石炉使用前的筛下物、烘干过程产生的除尘灰等。
作为本发明的进一步改进，步骤A中焦粉与焦粉粘合剂按照质量比100:3～3.5的比例进行投料。焦粉和焦粉粘合剂的使用比例是一个重要工艺参数，粘合剂添加过少将导致焦球的粘结效果、冷强度、热强度和抗水性达不到工艺要求；而使用过多的粘合剂将导致焦球固定碳含量下降，挥发分上升。因此应当在保证焦球的粘结效果的前提下尽量使用少的焦粉粘合剂，这一点是本领域技术人员能够理解的，通过常规实验即可确定粘合剂使用比例。为使技术人员包括非本领域技术人员也能够清楚理解和实施，发明人提供了经过实验确定的上述焦粉粘合剂使用比例。
作为本发明的进一步改进，步骤B中按照混合料与水质量比为100:15～20的比例加水进行加湿处理。加水的目的是为了在压制过程中便于成型与脱模：加水过多或过少均会对成型、脱模有很大的影响。
作为本发明的进一步改进，步骤B中待压物料温度为65～80℃，实验证明，压球温度对最终焦球性能有较大的影响，其原因可能是由于本发明的焦粉粘合剂原料中含有密闭电极糊与玉米淀粉，加温处理至该温度给定在电极糊的软化点的区间，同时65～80℃区间是玉米淀粉改性最佳温度范围。
作为本发明的进一步改进，步骤C中的压制压强为0.3～0.5MPa。
作为本发明的进一步改进，步骤D中所得焦球的水分质量百分比含量＜1.5％。
作为本发明的进一步改进，步骤D中所得焦球的粒度为15～40mm。
采用本发明的方法制备得到的焦球即为适用于密闭电石炉生产的焦球。
本发明还提供了一种密闭电石炉电石生产方法，所述密闭电石炉电石生产方法中用作还原剂的上炉碳材包括本发明的适用于密闭电石炉生产的焦球，所述适用于密闭电石炉生产的焦球总质量占上炉碳材总质量的50～60％。即本发明可实现焦球总质量占上炉碳材总质量的50～60％的比例进行添加使用，且不导致电石生产因此受到影响。
本发明的有益效果是：1)使用本发明的焦粉粘合剂制备的焦球对加工原料的固定碳、挥发分、灰分的影响很小或没有影响，且所得焦球的粒度、冷强度、热强度、抗水性都能够完全满足电石生产的需要，实现密闭电石炉电石生产中焦球总质量占上炉碳材总质量的50％以上的高掺用比例下不会因此对电石生产过程造成影响；2)焦球压制工艺简单，制球成本低。
附图说明
图1是密闭电石炉在炉内漏水检修时扒出来的焦球，焦球形状完好无损，其中有部分粒状物为燃烧后的焦炭。
图2是实施例一制得的焦球在马弗炉内恒温900度一小时后的抗压强度。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例一：
按照以下方法制备焦球：
(1)将焦粉和焦粉粘合剂按照100:3的比例投料，得到混合料；所述焦粉性质：灰分12.4％，挥发分3.6％，固定碳84％，平均粒度3.7mm；所述焦粉粘合剂由以下组分组成：玉米淀粉60％，密闭电极糊20％，石油焦10％，煤焦油5％，增碳剂5％。
(2)使用立式搅拌机将混合料进行充分搅拌，边搅拌边向混合料中加水以对混合料进行加湿处理，混合料与水质量比为100:16，然后将加湿后的物料升温至80℃，得到待压物料。
(3)将待压物料用压球机压制成型，压制压强为0.4MPa，得到成型料，所述成型料的粒度约为34mm。
(4)采用工业炉尾热气对成型料进行烘干至含水量为1.0％，得到焦球。对焦球的固定碳，挥发分，灰分等性质进行检测，检测结果见表1。
(5)通过密闭电石炉(40500KVA)上端管道将上炉炭材加入炉内，所述上炉炭材由以下组分组成：焦炭(灰分12.4％，挥发分3.6％，固定碳84％，平均粒度26mm)45％，步骤(4)制备得到的焦球55％；在密闭的电炉中加热至2000℃，依下式反应生成电石：GaO+3C→CaC2+CO；熔化了的碳化钙从炉底取出后，经冷却、破碎后得到电石产品。连续生产一月，对电石生产情况进行统计，结果见表2。
实施例二：
按照以下方法制备焦球：
(1)将焦粉和焦粉粘合剂按照100:3.3的比例投料，得到混合料；所述焦粉性质：灰分12.4％，挥发分3.6％，固定碳84％，平均粒度3.7mm；所述焦粉粘合剂由以下组分组成：玉米淀粉64％，密闭电极糊18％，石油焦9％，煤焦油4％，增碳剂5％。
(2)使用立式搅拌机将混合料进行充分搅拌，边搅拌边向混合料中加水以对混合料进行加湿处理，混合料与水质量比为100:20，然后将加湿后的物料升温至65℃，得到待压物料。
(3)将待压物料用压球机压制成型，压制压强为0.5MPa，得到成型料，所述成型料的粒度约为40mm。
(4)采用工业炉尾热气对成型料进行烘干至含水量为1.5％，得到焦球。对焦球的固定碳，挥发分，灰分等性质进行检测，检测结果见表1。
(5)通过密闭电石炉(40500KVA)上端管道将上炉炭材加入炉内，所述上炉炭材由以下组分组成：焦炭(灰分12.4％，挥发分3.6％，固定碳84％，平均粒度26mm)50％，步骤(4)制备得到的焦球50％；在密闭的电炉中加热至2000℃，依下式反应生成电石：GaO+3C→CaC2+CO；熔化了的碳化钙从炉底取出后，经冷却、破碎后得到电石产品。连续生产一月，对电石生产情况进行统计，结果见表2。
实施例三：
按照以下方法制备焦球：
(2)将焦粉和焦粉粘合剂按照100:3.5的比例投料，得到混合料；所述焦粉性质：灰分12.4％，挥发分3.6％，固定碳84％，平均粒度3.7mm；所述焦粉粘合剂由以下组分组成：玉米淀粉56％，密闭电极糊22％，石油焦10％，煤焦油6％，增碳剂6％。
(2)使用立式搅拌机将混合料进行充分搅拌，边搅拌边向混合料中加水以对混合料进行加湿处理，混合料与水质量比为100:15，然后将加湿后的物料升温至70℃，得到待压物料。
(3)将待压物料用压球机压制成型，压制压强为0.3MPa，得到成型料，所述成型料的粒度约为18mm。
(4)采用工业炉尾热气对成型料进行烘干至含水量为1.5％，得到焦球。对焦球的固定碳，挥发分，灰分等性质进行检测，检测结果见表1。
(5)通过密闭电石炉(40500KVA)上端管道将上炉炭材加入炉内，所述上炉炭材由以下组分组成：焦炭(灰分12.4％，挥发分3.6％，固定碳84％，平均粒度26mm)48％，步骤(4)制备得到的焦球52％；在密闭的电炉中加热至2000℃，依下式反应生成电石：GaO+3C→CaC2+CO；熔化了的碳化钙从炉底取出后，经冷却、破碎后得到电石产品。连续生产一月，对电石生产情况进行统计，结果见表2。
对比例一：
采用与实施例一相同的工艺和设备生产电石，区别在于上炉炭材全部使用焦炭(灰分12.4％，挥发分3.6％，固定碳84％，平均粒度26mm)，连续生产一月，对电石生产情况进行统计，结果见表2。
成本及经济效益：
1、压球成本：420元/吨。其中：增值税发票54.4元/吨、专用焦粉粘合剂220元/吨、设备5年折旧33元/吨；人工费用30元/吨；生产费用15元/吨；修理费用20元/吨；利润47.6元/吨。
2、方案收益：假设焦炭售价为600元/吨，焦粉外售价格150元/吨。由于焦粉水分＞15％，而焦球的水分＜1.5％，焦炭筛下物平均达到15％，焦球筛下物几乎为零，因此实际价差可视为600*1.28-150＝618元/吨，减去焦球生产成本420元/吨，业主每吨收益198元，若一年压球120000吨(若内部焦粉量不够，可外购焦粉压球。焦球掺用量可达到上炉碳材量的50～60％)，全年创收2376万元。若再把烘干窑除尘灰用上则效益更加可观。表1：焦球性质检测表
| 固定碳 | 挥发分 | 灰分 | 冷强度/kg | 热强度/kg | 抗水性/h不散 | |
| 实施例一 | 83.4％ | 4.1％ | 12.5％ | 312 | 26.7 | 16 |
| 实施例二 | 83.1％ | 4.5％ | 12.4％ | 284 | 24.8 | 13 |
| 实施例三 | 83.3％ | 4.2％ | 12.5％ | 324 | 25.6 | 16 |
表2：电石生产情况
| 标后产量 | 标后电单耗 | 设备运转率 | |
| 实施例一 | 6814.45 | 3120 | 98.45％ |
| 实施例二 | 6731.66 | 3187 | 98.26％ |
| 实施例三 | 6781.59 | 3115 | 97.53％ |
| 对比例一 | 6846.32 | 3057 | 98.53％ |
Claims (10)
1.焦粉粘合剂，由以下质量百分比含量的各组分组成：玉米淀粉56～64％，密闭电极糊18～22％，石油焦8～12％，煤焦油4～6％，增碳剂4～6％。
2.根据权利要求1所述的焦粉粘合剂，由以下质量百分比含量的各组分组成：玉米淀粉60％，密闭电极糊20％，石油焦10％，煤焦油5％，增碳剂5％。
3.适用于密闭电石炉生产的焦球的制备方法，包括以下步骤：
A、将焦粉和权利要求1所述的焦粉粘合剂按质量比100:3～3.5的比例投料，得到混合料；
B、将混合料进行充分搅拌并加湿加温至控制指标，得到待压物料；
C、将待压物料用压球机压制成型，得到成型料；
D、烘干成型料，得到焦球。
4.根据权利要求3所述的适用于密闭电石炉生产的焦球的制备方法，其特征在于：步骤B中按照混合料与水质量比为100:15～20的比例加水进行加湿处理。
5.根据权利要求3所述的适用于密闭电石炉生产的焦球的制备方法，其特征在于：步骤B中待压物料温度为65～80℃。
6.根据权利要求3所述的适用于密闭电石炉生产的焦球的制备方法，其特征在于：步骤C中的压制压强为0.3～0.5MPa。
7.根据权利要求3所述的适用于密闭电石炉生产的焦球的制备方法，其特征在于：步骤D中所得焦球的水分质量百分比含量＜1.5％。
8.根据权利要求3所述的适用于密闭电石炉生产的焦球的制备方法，其特征在于：步骤D中所得焦球的粒度为15～40mm。
9.由权利要求3～8所述的方法制备得到的适用于密闭电石炉生产的焦球。
10.密闭电石炉电石生产方法，其特征在于：所述密闭电石炉电石生产方法中用作还原剂的碳材包括权利要求9所述的适用于密闭电石炉生产的焦球，所述适用于密闭电石炉生产的焦球总质量占碳材总质量的50～60％。
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