一种碳化电石原料团块及其制备方法与流程

本技术涉及化工材料的，更具体地说，涉及一种碳化电石原料团块及其制备方法。

背景技术：

1、传统的电石行业主要采用块状煤和块状生石灰为原料生产电石，但是，由于上述两种反应物的接触面积小，反应速度较慢。同时，在块状煤和块状生石灰的转运过程中，又会产生大量的粉尘，对生产环境造成严重的污染，也造成了资源的极大浪费。

2、蓄热式电石生产工艺直接采用煤粉和生石灰粉作为制备电石的原料，通过向煤粉和生石灰粉的混合物中加入粘结剂成型，并送入电石炉中进行冶炼。在该工艺中，由于煤粉和生石灰粉相比块状原料的接触面积要大，两者又紧密接触，使得反应过程速度加快，生产效率得到了很大的提高，克服了传统工艺的缺点，在节能减排、环境保护、降低生产成本上有非常突出的优势。

3、在蓄热式电石生产工艺中，最关键的环节是粉料成型。对于黏性煤，在黏性煤和生石灰粉混匀并成型后得到生块，由于生块在煤热解温度下能够形成具有粘性的胶质体，冷却后的团块强度得到很大提高，能够满足生产过程中的倒运。而对于无粘结性或者弱粘性煤和生石灰粉混匀并成型后得到生块，生块在煤热解过程中形成的液态产物很少，不能起到粘结固体颗粒或者浸润固体颗粒的作用，因此，煤粉和生石灰粉所制备出的团块在热解后强度很低。

4、为了克服上述困难，有研究者在电石的生产工艺中，向无粘结性煤或者弱粘性煤和生石灰粉混合物中添加腐植酸钠、沥青、膨润土等粘结剂，然而混合成型后的生块经过热解后所得的团块强度仍然很差，不能满足生产要求。

5、其中，腐植酸钠作为一种有机-无机复合的粘结剂在冶金、化工领域得到了广泛的应用。有研究者采用腐植酸钠作为无粘结性煤或弱粘性煤和生石灰成型的粘结剂。将腐植酸钠按照5-15％的重量比添加至无粘结性煤或弱粘性煤和生石灰的干粉中进行成型。由于电石成型原料中几乎不含水分，腐植酸钠中的-cooh和-oh不能发生脱氢反应，从而无法在矿物颗粒表面发生化学吸附，粘结性能不能得到充分发挥，故采用对辊压球机所制备的生块强度较低。并且，由于腐植酸钠在200-300℃左右就开始发生分解、挥发、燃烧等反应，在热解温度(700-900℃)到达之前就已经燃烧完全，彻底失去其粘结性能，故热解后所得的团块强度进一步降低。

6、其中，沥青作为型煤、型焦制备过程中常用的有机粘结剂，被广泛应用。有研究者采用沥青或者将沥青改性后作为无粘结性煤或弱粘性煤和生石灰成型的粘结剂。采用具有良好粘结性能的沥青或者改性沥青，将沥青按照5-15％的重量比添加至无粘结性煤或弱粘性煤和生石灰的干粉中进行成型。对于部分无粘结性煤或弱粘性煤，在添加具有粘结性能的沥青后得到强度满足要求的生块，且由于沥青能够在热解过程中产生具有粘结性能的胶质体，使得生块发生热解后仍然保持一定的强度，能够满足生产要求。但是，并不是所有的沥青对无粘结性煤或弱粘性煤都具有良好的冷、热态的粘结效果。究其原因，一方面某些低温沥青在室温下是具有一定粘性的颗粒，甚至块状，难于磨细和分散在其他粉料中，在添加这类沥青或改性沥青后得到的生块，强度改善效果并不明显；另一方面，某些沥青在热解中产生的具有粘结性能的胶质体的量仍然很少，故生块强度和热解后所得的团块强度仍然不能满足生产要求。此外，采用沥青或者改性后的沥青，生产成本显著提高，不利于工业化推广。

7、其中，膨润土作为冶金行业常见的粘结剂，得到了广泛的应用。有研究者采用膨润土作为无粘结性煤(粘结指数为0)或弱粘性煤(粘结指数为5-20)和生石灰成型的粘结剂。由于电石的生产过程中要求不能有水存在，因此，电石原料成型之前都需经过烘干。将膨润土按照5-15％的重量比添加至无粘结性煤或弱粘性煤和生石灰的干粉中进行成型。由于电石成型原料中几乎不含水分，膨润土不能充分吸收水分并发生润胀，无法形成纤维结构而产生粘结性能，故采用对辊压球机所制备的生块强度和热解后所得的团块强度均非常低。

8、因此，需要寻找一种新的成型方法使得成型团块的强度能够满足蓄热式电石生产工艺生产要求。

技术实现思路

1、为了提高电石原料团块的强度，本技术提供一种碳化电石原料团块及其制备方法。本技术将电石成型原料消化后再与煤粉对辊成型，并进行碳化和热解，制得的碳化电石原料团块具有碳酸钙骨架，从而具有更高的强度。

2、第一方面，本技术提供一种碳化电石原料团块的制备方法，采用如下的技术方案：

3、一种碳化电石原料团块的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：利用蒸馏水对生石灰消化，蒸馏水淋浇完毕后将所得物料密闭陈化；再将陈化所得消石灰与煤粉混合进行对辊成型，制得生块；利用二氧化碳气体将所述生块进行碳化，再进行热解，即得碳化电石原料团块；

4、所述蒸馏水和所述生石灰的重量比为1:(1.5-3.5)；

5、所述消石灰和所述煤粉的重量比为(1-3):1。

6、相关技术中，针对提高电石原料成型强度，大部分方法都是通过添加粘结剂。常见的粘结剂有无机粘结剂、有机粘结剂或有机-无机复合粘结剂，由于电石的生产过程要求不能有水存在，因此该过程是在极低水分的环境下进行的。

7、对于无机粘结剂(例如：膨润土)，由于处于极低水分的环境条件，故其无法充分润胀，而无法形成纤维结构，从而不能充分发挥其粘结性能。

8、对于有机粘结剂(例如：沥青或改性后的沥青)，一方面，部分沥青在室温下已经团聚成块，难以细磨和分散；另一方面，虽然沥青在热解过程中能够形成具有粘结性能的胶质体，但是生成胶质体的量仍然很少，不能够保证热解后所得的团块满足生产要求。然而，若进一步提高有机粘结剂的添加量，则会导致生产成本进一步提高，不利于工业化推广。

9、对于有机-无机复合粘结剂(例如：腐植酸钠)，由于处于极低水分的环境条件，故有机-无机复合粘结剂不能发生脱氢反应，有机-无机复合粘结剂的-cooh和-oh无法在矿物颗粒表面发生螯合或者配位作用，无法发生化学吸附，故有机-无机复合粘结剂的粘结性能不能得到充分发挥，表现出的粘结性能降低。

10、本技术通过将电石成型原料碳化固结，从而提高电石原料团块的强度。先利用蒸馏水对电石成型原料生石灰进行消化，获得消石灰(ca(oh)2)；然后将消石灰密闭陈化。再利用陈化后的消石灰与煤混合后进行对辊成型，制得生块。由于消石灰本身可以作为粘结剂，故生块强度相比直接采用生石灰要高。再利用二氧化碳气体将所述生块碳化，再进行热解，即得碳化电石原料团块。由于团块原料中的ca(oh)2能吸收co2气体，并能够和co2反应形成碳酸钙骨架，从而提高热解后获得的碳化电石原料团块的强度。

11、可选地，所述蒸馏水和所述生石灰的重量比为1:(2-3)。

12、在一个具体的实施方案中，所述蒸馏水和生石灰的重量比为1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5。

13、在一些具体的实施方案中，所述蒸馏水和生石灰的重量比为1:(1.5-2)、1:(1.5-2.5)、1:(1.5-3)、1:(2-2.5)、1:(2-3)、1:(2-3.5)、1:(2.5-3)、1:(2.5-3.5)、1:(3-3.5)。

14、可选地，所述密闭陈化的时间为8-12h。

15、在一个具体的实施方案中，所述密闭陈化的时间为8h、10h、12h。

16、在一些具体的实施方案中，所述密闭陈化的时间为8-10h、10-12h。

17、可选地，所述消石灰和所述煤粉的重量比为(1.32-2.26):1。

18、在一个具体的实施方案中，所述消石灰和所述煤粉的重量比为1:1、1.32:1、1.79:1、2.26:1、3:1。

19、在一些具体的实施方案中，所述消石灰和所述煤粉的重量比为(1-1.32):1、(1-1.79):1、(1-2.26):1、(1.32-1.79):1、(1.32-2.26):1、(1.32-3):1、(1.79-2.26):1、(1.79-3):1、(2.26-3):1。

20、可选地，所述二氧化碳气体的温度为120-150℃。

21、在一个具体的实施方案中，所述二氧化碳气体的温度为120℃、140℃、150℃。

22、在一些具体的实施方案中，所述二氧化碳气体的温度为120-140℃、140-150℃。

23、可选地，所述碳化的时间为6-8h。

24、在一个具体的实施方案中，所述碳化的时间为6h、7h、8h。

25、在一些具体的实施方案中，所述碳化的时间为6-7h、7-8h。

26、可选地，所述热解条件如下：热解温度为850-950℃，热解时间为0.5-1.5h。

27、可选地，所述制备电石的原料为生石灰和煤粉。

28、可选地，所述煤粉为无粘结性煤或弱粘结性煤。

29、第二方面，本技术提供一种利用上述制备方法制得的碳化电石原料团块。

30、综上所述，本技术具有以下有益效果：

31、本技术通过将制备电石的原料消化、成型并碳化固结，从而提高电石原料团块的强度。先利用蒸馏水对成型原料之一生石灰进行消化，获得消石灰(ca(oh)2)；然后将消石灰密闭陈化。再利用陈化后的消石灰与煤混合后进行对辊成型，制得生块。由于消石灰本身可以作为粘结剂，故生块强度相比直接采用生石灰要高。再利用二氧化碳气体将所述生块碳化，热解后制得碳化电石原料团块。由于团块原料中的ca(oh)2能吸收co2气体，并能够和co2反应形成碳酸钙骨架，从而提高热解后获得的碳化电石原料团块的强度。

32、2.本技术的碳化电石原料团块制备方法，可以不添加粘结剂，通过将电石成型原料中的生石灰消化形成具有粘结功能的ca(oh)2，从而提高生块强度。通入的co2又能进一步将形成的ca(oh)2碳化，形成具有碳酸钙的骨架结构，保证热解后获得的碳化电石原料团块的强度，满足蓄热式电石生产工艺对电石原料团块的强度要求。