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焦炭粉制备高强度型焦的工艺及机理研究

郑琼香  
【摘要】: 近年来,国际焦炭供求紧张,价格不断攀升,而焦炭在生产、破碎、运输和使用过程中不可避免产生的焦粉,却大量地被廉价处理甚至被废弃。因此,利用焦粉制备型焦,恢复其焦炭的功能,对于提高焦粉的使用价值,保护环境,节约炼焦所需的焦煤和肥煤等优质煤资源具有重要的意义。 本研究以焦粉为原料,煤沥青为粘结剂,通过添加助剂BJ,研究开发了由成型、挥发、炭化焙烧等主要环节组成的新工艺,制备出高强度型焦,研究探讨了焦粉制备型焦的固结机理。 研究发现,助剂BJ对煤沥青具有活化作用,使煤沥青在常温下表现出良好的粘结性能。通过添加助剂BJ,实现了以煤沥青为粘结剂的焦粉常温成型,并获得了质量良好的湿块和干块。在煤沥青用量12%,成型压力35Mpa,成型水分13%,-0.45mm占32.5%,1~0.45mm占16.75%,3~1mm占48.2%,5~3mm占2.55%的焦粉粒度分布的成型条件下,未添加BJ时,湿块落下强度为0,干块强度为10.6次·(2m)-1、5.54Mpa,通过添加2.4ml·(100g焦粉)-1的助剂BJ,湿块落下强度达到50次·(m)-1,干块强度达到44.7次·(2m)-1、11.38Mpa。 基于粘结剂热行为的研究结果,开发了以焦粉为原料、煤沥青为粘结剂的挥发一炭化焙烧热处理工艺。研究表明,与一般工艺中对型块直接进行高温炭化焙烧相比,本工艺基于助剂BJ的作用,先采用空气气氛对型块进行挥发热处理,再采用N2气氛对型块进行炭化焙烧,型焦达到了良好固结的效果,并降低了炭化温度,缩短了炭化时间。成型后的湿块在370℃中先挥发20min,挥发块的强度达到14.07Mpa,再在550℃中炭化焙烧30min,型焦的强度继续提高至21.30Mpa。而成型后的湿块直接在550℃中炭化焙烧30min,型焦的强度仅为12.64Mpa。可见,挥发缩聚是实现型焦充分固结的一个关键技术环节。 采用本工艺可制备出抗压强度21Mpa、反应性和反应后强度分别为30.31%和30.88%的高强度型焦产品,其强度与普通冶金焦和DKS工艺的型焦产品相当。 本型焦工艺产品性能好,在常温下成型,热处理温度低,热处理时间短,工艺流程简单,混捏前不需对原料预热,可省略干燥流程,能耗小,成本低,具有许多优势,其应用前景广阔。 型焦的固结机理研究表明:在挥发炭化过程中,助剂BJ促进煤沥青进行一系列的分解、聚合、缩合反应,在焦粉颗粒表面形成硬化膜,并在焦粉颗粒间形成粘结剂“碳链桥”,从而将焦粉颗粒牢固地粘结起来,形成具有一定强度的宏观均质的焦块。型焦的固结作用机理可由C+CxA+C→C-Cn-C+CmA表示。


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