蘭炭末制備冶金型焦的粘結(jié)劑初步研究

蔣緒　侯黨社　孫磊　楊磊

摘要：文章以小于6 mm的廢棄蘭炭末為原料加粘結(jié)劑制備冶金型焦，分別研究了添加無機和有機粘結(jié)劑對成品的影響，并通過復配，得出了一種性能優(yōu)良的復合粘結(jié)劑，制備出的型焦冷態(tài)、熱態(tài)抗壓強度分別為7.26 Mpa和4.04 Mpa，成品還具有優(yōu)良的防水功能。

關(guān)鍵詞：蘭炭末；型焦；粘結(jié)劑

0引言

蘭炭是我國晉陜蒙寧地區(qū)的侏羅紀煤經(jīng)中（低）溫干餾工藝生產(chǎn)的具有低灰、低硫、低磷、高固定碳、高電阻及高化學活性的固體炭質(zhì)材料，廣泛應用于電石、鐵合金、氣化、高爐噴吹等工業(yè)領域。近年來，蘭炭產(chǎn)量由80年代初的不足100萬噸，增加至近年的500多萬噸，預計一段時期內(nèi)仍將保持遞增之勢。在蘭炭的生產(chǎn)、儲存、運輸過程中，會產(chǎn)生粒度小于6 mm蘭炭末，這部分材料不僅利用經(jīng)濟效益低，而且大量堆積或直接燃燒更會造成粉塵、霧霾等更嚴重的環(huán)境污染，對這部分材料的有效利用具有重要的現(xiàn)實意義。

焦粉成型能力極差，常溫幾乎不能成型，必須選擇性能良好的粘結(jié)劑與之充分混合。廢棄焦粉成型技術(shù)是在機械力的作用下發(fā)揮粘結(jié)劑的粘合力，使焦粉粒子與粘合劑形成緊密接觸，經(jīng)混合、控料、壓密、成型、干燥、共炭化，在焦粉顆粒表面以及顆?？p隙內(nèi)形成大量的凝膠體和各種形態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)，形成較大體積的型焦。型焦除了應具備其在儲運和應用過程中所要求的機械強度外，如果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)一種優(yōu)良的粘結(jié)劑是型焦工業(yè)的關(guān)鍵。文章從粒度小于6 mm的蘭炭末出發(fā)，選擇不同種類的粘結(jié)劑，分析其粘結(jié)效果和對成品的影響，并合理復配，優(yōu)化其粘結(jié)性能，得出最佳粘結(jié)劑配方。

1實驗部分

1.1原料

實驗所用的蘭炭末由陜西某蘭炭企業(yè)提供，工業(yè)分析如表1所示。

1.2試劑儀器

試劑：石灰、石膏、膨潤土、水玻璃、聚乙烯醇、淀粉、焦油渣。按要求分別配置1 mol/L水玻璃和10%聚乙烯醇溶液。儀器：電熱恒溫鼓風干燥箱（HG-9070A），電子天平（YP3001），電子萬用爐，WDW-300D電子萬能試驗機和自制磨具。

1.3實驗方法

將蘭炭末和一定比例的粘結(jié)劑充分混合，攪拌均勻后加入自制磨具，再在電子萬能試驗機上用50 MPa壓力壓制成型，脫模后干燥得成品。成品型焦呈圓柱形，直徑25 mm，高約23mm，均重為20 g。

1.4測試方法

式樣的工業(yè)分析按照國標GBT212-2008進行；式樣的抗壓強度分為冷態(tài)抗壓強度和熱態(tài)抗壓強度。冷態(tài)抗壓強度：將試樣放在WDW-300D電子萬能試驗機載物臺上，然后緩緩施加壓力，直到型焦發(fā)生破裂，記錄瞬時壓力；熱態(tài)抗壓強度：將成品放入裝滿沙子的坩堝內(nèi)，在電子萬用爐中以850℃下保溫2 h，取出冷卻至室溫后進行上述測試。式樣的耐水性用在水中浸泡24 h后再干燥的式樣的冷態(tài)抗壓強度表征。

2結(jié)果與討論

2.1單一粘結(jié)劑選擇

在20 g蘭炭粉末中，分別加入8%（質(zhì)量比）不同種類的粘結(jié)劑，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，使用不同的粘結(jié)劑，成品冷熱強度和耐水性差異巨大。使用膨潤土、生石灰、石膏等無機類粘結(jié)劑時成品有著優(yōu)秀的冷熱強度，但材料灰分會明顯增加，而且產(chǎn)品耐水性差；使用淀粉、聚乙烯醇、煤焦油等有機類粘結(jié)劑時，冷態(tài)強度較高，最高可達9.62 MPa，耐水性能較好，且不會增加額外的灰分，但是經(jīng)高溫加熱后粘結(jié)劑分解，材料強度損失嚴重。

2.2復合粘結(jié)劑選擇

根據(jù)不同粘結(jié)劑對蘭炭末的粘結(jié)效果，用不同質(zhì)量分數(shù)對粘結(jié)劑進行復配，增強材料強度。實驗方案及結(jié)果如表3所不。

從表3可知，兩種粘結(jié)劑組合成的復合粘結(jié)劑可以綜合二者的優(yōu)點，顯著提升成品的綜合性能。配方4中，采用8%聚乙烯醇和7%水玻璃配合時，成品冷熱強度均較好，強度分別為7.26 Mpa和4.04 Mpa，經(jīng)耐水實驗后強度損失不大，僅降至5.246 Mpa，且不會增加過多的灰分，所以選復合粘結(jié)劑為8%聚乙烯醇和7%水玻璃時，成品效果最佳。

3結(jié)語

不同的粘結(jié)劑對成品的冷態(tài)、熱態(tài)強度影響明顯，為了兼顧粘結(jié)劑的優(yōu)點，提升成品綜合性能，對粘結(jié)劑進行了復配，使用8%聚乙烯醇和7%水玻璃時，成品效果最佳。