焦炭粉是冶金、电石及化工生产企业的焦炭在破碎、运输和使用过程时必然产生的副产物,因为其体积粒度小,不符合生产工艺的要求被大量地廉价处理,甚至直接被废弃。目前焦炭粉的价格是焦炭的1/3左右,焦炭粉只能低价值的利用。因此,使用这些焦炭粉通过加入粘结剂冷固成型制备型焦,代替焦炭用于生产,具有重要的意义,使用废弃的焦炭粉,这不仅节约了能源,降低了生产成本,而且也解决了废弃的焦炭粉对环境造成严重的粉尘污染。 本研究以焦炭粉为原料,工业糖蜜为粘结剂,通过添加分散剂与增强剂,研究所制备的型焦强度,并考察成型压力与成型水分两方面的工艺参数,确定佳条件下制备具有高强度的型焦。分析了焦炭粉冷压成型工艺设计及经济效益,推断以本研究研制的粘结剂工业上的可行性。
研究发现,以有机物为主的分散剂可以提高工业糖蜜的流动性,并降低工业糖蜜的使用量,以无机物为主的增强剂可以保证球团中高温段的强度。通过添加分散剂和增强剂,实现以工业糖蜜为粘结剂的焦炭粉球团成球率提高,球团强度增加。在工业糖蜜添加量为10%,水分为12%,成型压力为35MPa成型条件下,未添加分散剂时,湿球落下强度为1.0次·(1m)-1,干球强度为2.0次·(2m)-1,300℃强度为0,一旦添加1.0g·(100g焦炭粉)-1的分散剂,湿球强度达到3.0次·(1m)-1,干球强度达到10次·(2m)-1,300℃球团强度达到4.6次·(2m)-1；以上成型条件不变,添加1.0g·(100g焦炭粉)-1的分散剂,300℃、500℃和950℃球团强度都为0,而添加1.0g·(100g焦炭粉)-1的增强剂,300℃球团强度达到4.6次·(2m)-1,500℃球团强度达到3.4次·(2m)-1,950℃球团强度达到3.8次·(2m)-1。研究可知,粘结剂的佳匹配用量为工业糖蜜：分散剂：增强剂=10：1：1。 在同等条件下对比其他常用作焦炭粉粘结剂的无机、有机物质,工业糖蜜效果佳,且通过考察成型压力和成型水分对焦炭粉冷固成型效果的影响,型焦的适宜成型压力为35MPa,适宜成型水分为12%。 粘结剂的热重分析可知,经过1100℃的燃烧后粘结剂仅有5%左右的杂质剩余,说明以工业糖蜜为主的焦炭粉冷固成型粘结剂不会在型焦中增加太多的灰分。FT-IR红外光谱结果表明,添加了分散剂与增强剂的粘结剂比工业糖蜜的芳环的稠和度高,实现了芳环的稠和聚合,降低了稠和分子的芳香性。 采用工业糖蜜：分散剂增强剂=10：1：1为粘结剂,35MPa的成型压力,12%的成型水分,可以制备出抗压强度为910N,300℃、500℃和950℃的球团跌落指数分别为98.23%、97.22%和89.67%,200-950℃球团不会出现溃散崩裂,跌落指数为91.84%。
工厂需根据本身实际情况选择适宜的压球工艺与设备,焦炭粉冷固成型代替焦炭可以取得良好的经济效益,以中轻依兰集团有限公司小黄磷车间为例,每年可增加经济效益772.065万元。 本研究制成的型焦成型工艺简单,可以在室温下形成,产品质量好,干燥温度低且时间短,能源消耗低,粘结剂廉价的原料,有这么多的优点,有着宽阔的应用前景。
