蘭炭末制備冶金型焦的粘結劑初步研究

蔣緒　侯黨社　孫磊　楊磊

摘要：文章以小于6 mm的廢棄蘭炭末為原料加粘結劑制備冶金型焦，分別研究了添加無機和有機粘結劑對成品的影響，并通過復配，得出了一種性能優良的復合粘結劑，制備出的型焦冷態、熱態抗壓強度分別為7.26 Mpa和4.04 Mpa，成品還具有優良的防水功能。

關鍵詞：蘭炭末；型焦；粘結劑

0引言

蘭炭是我國晉陜蒙寧地區的侏羅紀煤經中（低）溫干餾工藝生產的具有低灰、低硫、低磷、高固定碳、高電阻及高化學活性的固體炭質材料，廣泛應用于電石、鐵合金、氣化、高爐噴吹等工業領域。近年來，蘭炭產量由80年代初的不足100萬噸，增加至近年的500多萬噸，預計一段時期內仍將保持遞增之勢。在蘭炭的生產、儲存、運輸過程中，會產生粒度小于6 mm蘭炭末，這部分材料不僅利用經濟效益低，而且大量堆積或直接燃燒更會造成粉塵、霧霾等更嚴重的環境污染，對這部分材料的有效利用具有重要的現實意義。

焦粉成型能力極差，常溫幾乎不能成型，必須選擇性能良好的粘結劑與之充分混合。廢棄焦粉成型技術是在機械力的作用下發揮粘結劑的粘合力，使焦粉粒子與粘合劑形成緊密接觸，經混合、控料、壓密、成型、干燥、共炭化，在焦粉顆粒表面以及顆粒縫隙內形成大量的凝膠體和各種形態的晶體結構，形成較大體積的型焦。型焦除了應具備其在儲運和應用過程中所要求的機械強度外，如果需要遠距離運輸或長期儲存，產品還必須具備一定的耐水性能。因此，開發一種優良的粘結劑是型焦工業的關鍵。文章從粒度小于6 mm的蘭炭末出發，選擇不同種類的粘結劑，分析其粘結效果和對成品的影響，并合理復配，優化其粘結性能，得出最佳粘結劑配方。

1實驗部分

1.1原料

實驗所用的蘭炭末由陜西某蘭炭企業提供，工業分析如表1所示。

1.2試劑儀器

試劑：石灰、石膏、膨潤土、水玻璃、聚乙烯醇、淀粉、焦油渣。按要求分別配置1 mol/L水玻璃和10%聚乙烯醇溶液。儀器：電熱恒溫鼓風干燥箱（HG-9070A），電子天平（YP3001），電子萬用爐，WDW-300D電子萬能試驗機和自制磨具。

1.3實驗方法

將蘭炭末和一定比例的粘結劑充分混合，攪拌均勻后加入自制磨具，再在電子萬能試驗機上用50 MPa壓力壓制成型，脫模后干燥得成品。成品型焦呈圓柱形，直徑25 mm，高約23mm，均重為20 g。

1.4測試方法

式樣的工業分析按照國標GBT212-2008進行；式樣的抗壓強度分為冷態抗壓強度和熱態抗壓強度。冷態抗壓強度：將試樣放在WDW-300D電子萬能試驗機載物臺上，然后緩緩施加壓力，直到型焦發生破裂，記錄瞬時壓力；熱態抗壓強度：將成品放入裝滿沙子的坩堝內，在電子萬用爐中以850℃下保溫2 h，取出冷卻至室溫后進行上述測試。式樣的耐水性用在水中浸泡24 h后再干燥的式樣的冷態抗壓強度表征。

2結果與討論

2.1單一粘結劑選擇

在20 g蘭炭粉末中，分別加入8%（質量比）不同種類的粘結劑，結果如表2所示。

由表2可知，使用不同的粘結劑，成品冷熱強度和耐水性差異巨大。使用膨潤土、生石灰、石膏等無機類粘結劑時成品有著優秀的冷熱強度，但材料灰分會明顯增加，而且產品耐水性差；使用淀粉、聚乙烯醇、煤焦油等有機類粘結劑時，冷態強度較高，最高可達9.62 MPa，耐水性能較好，且不會增加額外的灰分，但是經高溫加熱后粘結劑分解，材料強度損失嚴重。

2.2復合粘結劑選擇

根據不同粘結劑對蘭炭末的粘結效果，用不同質量分數對粘結劑進行復配，增強材料強度。實驗方案及結果如表3所不。

從表3可知，兩種粘結劑組合成的復合粘結劑可以綜合二者的優點，顯著提升成品的綜合性能。配方4中，采用8%聚乙烯醇和7%水玻璃配合時，成品冷熱強度均較好，強度分別為7.26 Mpa和4.04 Mpa，經耐水實驗后強度損失不大，僅降至5.246 Mpa，且不會增加過多的灰分，所以選復合粘結劑為8%聚乙烯醇和7%水玻璃時，成品效果最佳。

3結語

不同的粘結劑對成品的冷態、熱態強度影響明顯，為了兼顧粘結劑的優點，提升成品綜合性能，對粘結劑進行了復配，使用8%聚乙烯醇和7%水玻璃時，成品效果最佳。