一种用于电石原料成型的添加剂及其制备方法、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，涉及一种用于电石原料成型的添加剂及其制备方法、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。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，膨润土作为电石的生产工艺中常见的粘结剂，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。

技术实现思路

1、本技术提供一种用于电石原料成型的添加剂及其制备方法、电石原料团块及其制备方法。本技术通过利用采用磨细后的无水氯化钙、碳酸钠和硼砂制得的添加剂在电石原料成型的过程中加入，采用对辊成型，制得生块，热解后制得电石原料团块，利用本技术的添加剂能够有效提高制得的生块和电石原料团块的强度。

2、第一方面，本技术提供一种用于电石原料成型的添加剂，采用如下的技术方案：

3、一种用于电石原料成型的添加剂，其特征在于，所述添加剂包括无水氯化钙、碳酸钠和硼砂；所述无水氯化钙、所述碳酸钠和所述硼砂的重量比为(1-10):(1-10):1；所述无水氯化钙颗粒的粒度≤200目；所述碳酸钠颗粒的粒度≤200目；所述硼砂的粒度≤200目。

4、可选地，所述无水氯化钙、所述碳酸钠和所述硼砂的重量比为(3-7):(3-7):1。

5、在一个具体的实施方案中，所述无水氯化钙、所述碳酸钠和所述硼砂的重量比为1:5:1、3:5:1、5:5:1、7:5:1、10:5:1、7:1:1、7:3:1、7:7:1、7:10:1。

6、第二方面，本技术提供一种添加剂的制备方法，采用如下技术方案：

7、一种添加剂的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：将无水氯化钙、碳酸钠和硼砂混合均匀，即制得所述添加剂。

8、本技术将无水氯化钙、碳酸钠和硼砂三者混匀用于电石原料成型。

9、第三方面，本技术提供一种电石原料团块的制备方法，采用如下技术方案：

10、一种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：将无水氯化钙、碳酸钠和硼砂的混合物添加至电石成型原料中，采用对辊成型，制得生块，热解后制得电石原料团块。

11、可选地，所述添加剂的使用量占所述电石成型原料原料的10-15wt％。

12、在一个具体的实施方案中，所述添加剂的使用量占所述电石成型原料的7wt％、10wt％、12wt％、15wt％、17wt％。

13、在一些具体的实施方案中，所述添加剂的使用量占所述电石成型原料的7-10wt％、7-12wt％、7-15wt％、7-17wt％、10-12wt％、10-15wt％、10-17wt％、12-15wt％、12-17wt％、15-17wt％。

14、可选地，所述电石成型原料使用前需要经过烘干处理。

15、可选地，所述电石成型原料为煤和氧化钙的混合物；

16、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。

17、可选地，所述煤粉为无粘结性煤或弱粘结性煤。

18、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。

19、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。

20、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。

21、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。

22、本技术通过利用无水氯化钙、碳酸钠和硼砂制得的添加剂在电石原料成型的过程中加入，采用对辊成型，制得生块，热解后制得电石原料团块。

23、由于添加剂经过球磨后粒度变细，比表面积增大，加入到煤粉和生石灰的混合物中后，既能优化成型物料的级配效果，又因为增大了物料之间的接触面积，使得压制成型的生块强度得到提高。

24、生块在850-950℃条件下加热0.5-1.5h，由于氯化钙、碳酸钠和硼砂的熔点均低于900℃，在加热过程中能够形成液相并分布到整个团块中，在团块逐渐冷却的过程固结形成骨架，从而提高团块的强度。而其中加入的硼砂，由于硼离子半径很小，活动性良好，能够促进液相固结。

25、第四方面，本技术提供一种利用上述制备方法制得的电石原料团块。

26、综上所述，本技术具有以下有益效果：

27、本技术通过利用采用磨细后的无水氯化钙、碳酸钠和硼砂制得的添加剂在电石原料成型的过程中加入，采用对辊成型，制得生块，热解后制得电石原料团块。

28、采用本技术的添加剂，能够顺利与烘干后的煤粉和生石灰混匀，不存在有机粘结剂难于混匀的问题。由于添加剂经过球磨后粒度变细，比表面积增大，加入到煤粉和生石灰的混合物中后，既能优化成型物料的级配效果，又因为增大了物料之间的接触面积，使得压制成型的生块强度得到提高。

29、生块在850-950℃条件下加热0.5-1.5h，由于氯化钙、碳酸钠和硼砂的熔点均低于900℃，在加热过程中能够形成液相并分布到整个团块中，在团块逐渐冷却的过程固结形成骨架，从而提高团块的强度。而其中加入的硼砂，由于硼离子半径很小，活动性良好，能够促进液相固结。

30、本技术的添加剂中无水氯化钙、碳酸钠和硼砂均为易得常见的添加剂，生产成本较低。