焦炭粉是冶金、電石及化工生產企業的焦炭在破碎、運輸和使用過程時必然產生的副產物,因為其體積粒度小,不符合生產工藝的要求被大量地廉價處理,甚至直接被廢棄。目前焦炭粉的價格是焦炭的1/3左右,焦炭粉只能低價值的利用。因此,使用這些焦炭粉通過加入粘結劑冷固成型制備型焦,代替焦炭用于生產,具有重要的意義,使用廢棄的焦炭粉,這不僅節約了能源,降低了生產成本,而且也解決了廢棄的焦炭粉對環境造成嚴重的粉塵污染。 本研究以焦炭粉為原料,工業糖蜜為粘結劑,通過添加分散劑與增強劑,研究所制備的型焦強度,并考察成型壓力與成型水分兩方面的工藝參數,確定佳條件下制備具有高強度的型焦。分析了焦炭粉冷壓成型工藝設計及經濟效益,推斷以本研究研制的粘結劑工業上的可行性。
研究發現,以有機物為主的分散劑可以提高工業糖蜜的流動性,并降低工業糖蜜的使用量,以無機物為主的增強劑可以保證球團中高溫段的強度。通過添加分散劑和增強劑,實現以工業糖蜜為粘結劑的焦炭粉球團成球率提高,球團強度增加。在工業糖蜜添加量為10%,水分為12%,成型壓力為35MPa成型條件下,未添加分散劑時,濕球落下強度為1.0次·(1m)-1,干球強度為2.0次·(2m)-1,300℃強度為0,一旦添加1.0g·(100g焦炭粉)-1的分散劑,濕球強度達到3.0次·(1m)-1,干球強度達到10次·(2m)-1,300℃球團強度達到4.6次·(2m)-1；以上成型條件不變,添加1.0g·(100g焦炭粉)-1的分散劑,300℃、500℃和950℃球團強度都為0,而添加1.0g·(100g焦炭粉)-1的增強劑,300℃球團強度達到4.6次·(2m)-1,500℃球團強度達到3.4次·(2m)-1,950℃球團強度達到3.8次·(2m)-1。研究可知,粘結劑的佳匹配用量為工業糖蜜：分散劑：增強劑=10：1：1。 在同等條件下對比其他常用作焦炭粉粘結劑的無機、有機物質,工業糖蜜效果佳,且通過考察成型壓力和成型水分對焦炭粉冷固成型效果的影響,型焦的適宜成型壓力為35MPa,適宜成型水分為12%。 粘結劑的熱重分析可知,經過1100℃的燃燒后粘結劑僅有5%左右的雜質剩余,說明以工業糖蜜為主的焦炭粉冷固成型粘結劑不會在型焦中增加太多的灰分。FT-IR紅外光譜結果表明,添加了分散劑與增強劑的粘結劑比工業糖蜜的芳環的稠和度高,實現了芳環的稠和聚合,降低了稠和分子的芳香性。 采用工業糖蜜：分散劑增強劑=10：1：1為粘結劑,35MPa的成型壓力,12%的成型水分,可以制備出抗壓強度為910N,300℃、500℃和950℃的球團跌落指數分別為98.23%、97.22%和89.67%,200-950℃球團不會出現潰散崩裂,跌落指數為91.84%。
工廠需根據本身實際情況選擇適宜的壓球工藝與設備,焦炭粉冷固成型代替焦炭可以取得良好的經濟效益,以中輕依蘭集團有限公司小黃磷車間為例,每年可增加經濟效益772.065萬元。 本研究制成的型焦成型工藝簡單,可以在室溫下形成,產品質量好,干燥溫度低且時間短,能源消耗低,粘結劑廉價的原料,有這么多的優點,有著寬闊的應用前景。
