專利名稱：生產(chǎn)煤灰顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在，如熱電廠，產(chǎn)生的煤灰作為有用的資源進(jìn)行的再使用。
1990年日本的煤熱電廠估計(jì)產(chǎn)生有5,000,000噸煤灰，對它的利用已研究多年。但是，只利用了極小部分，如制煤灰水泥，大部分經(jīng)處理用于開墾海岸。由于要處理的量太大以致人們害怕對海洋環(huán)境形成污染，每個(gè)發(fā)電廠都面臨著棄置煤灰的困難。
在此情況下，日本待批專利公開232957/1984提出了一個(gè)方法，包括用水蒸氣處理煤灰進(jìn)行固化，然后研磨得到顆粒。該方法雖簡單，但所得的顆粒強(qiáng)度低。此外，顆粒的形狀不規(guī)則，有尖銳的邊緣。將它們用于掩埋地下管道，如電纜時(shí)，會(huì)有可能讓管道產(chǎn)生擦痕的問題。
此外，已報(bào)道一種方法，其中將水和水泥加入煤灰中，進(jìn)行機(jī)械制粒得到煤灰顆粒，它可用作細(xì)骨料(Tadashi Yamamoto，Gypsum& Lime，222，62-68(1989)，Tadashi Yamamoto等，Raw Materi-als for Construction，1(1)，2-9(1991))。但是，該方法需要造粒機(jī)，且生產(chǎn)率也有問題。
本發(fā)明者為了進(jìn)一步促進(jìn)煤灰的利用，對造粒方法作了大量的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，用簡單的混和機(jī)或攪拌機(jī)來混合煤灰、某種特定的水溶性聚合物和水可以容易地使煤灰顆?；?。本發(fā)明在該發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生。即，本發(fā)明提供了生產(chǎn)煤灰顆粒的方法，包括使100份(重量)、0.001-1份(重量)基于總的重復(fù)單元有2-80％(摩爾)有羧基的重復(fù)單元的水溶性聚合物和40-100份(重量)水混合制粒。
下面本發(fā)明將結(jié)合較好技術(shù)方案進(jìn)行闡述。本發(fā)明煤灰顆粒是球形顆粒，它的顆粒強(qiáng)度一般至少為1.5kg/顆粒，較好的是2-10kg/顆粒，比重一般是1.0-2.0g/cm3，水吸附量一般為20％以上，堆密度一般為0.5-1g/cm3，平均粒徑為0.1-30毫米，它通過使水和極少量水溶性聚合物與煤灰混合制顆粒。
用于本發(fā)明的煤灰是從粉煤燃燒鍋爐的煙道氣中收集的。煤熱電廠產(chǎn)生的煤灰一般并不考慮原料煤的種類或產(chǎn)地，雖然煤灰組成或多或少依賴于原煤，但是，作為結(jié)構(gòu)組份，它一般包括50-70％(重量)SiO2、10-40％(重量)Al2O3和諸如Fe2O3、CaO和MgO的其它組份。
本發(fā)明使用了特定的水溶性聚合物，因而可以用混和機(jī)或攪拌機(jī)混合產(chǎn)生煤灰顆粒。進(jìn)一步的是，加入特定的水溶性聚合物可以防止含水煤灰粘附到混和機(jī)或攪拌機(jī)上。
本發(fā)明中使用的的特定的水溶性聚合物是陰離子型水溶性聚合物，100毫升中至少溶解1克，基于總的重復(fù)單元有2-80％(摩爾)，較好的是5-60％(摩爾)有羧酸基團(tuán)的重復(fù)單元。這類羧酸基團(tuán)可以游離酸或鹽的形式存在。作為這類水溶性聚合物，可用合成聚合物、半合成聚合物或天然聚合物，它們的分子量一般至少為1,000,000，較好的至少為5,000,000。
合成水溶性聚合物可為，例如含衍生自丙烯酸或它的鹽的重復(fù)單元的丙烯酰胺型聚合物、含衍生自甲基丙烯酸或它的鹽的重復(fù)單元的甲基丙烯酰胺型聚合物、乙酸乙烯酯與馬來酸或它的鹽的共聚物、或丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺與衣康酸或它的鹽的共聚物。含衍生自丙烯酸或它的鹽的丙烯酰胺型聚合物可以是，例如，聚丙烯酰胺的部分水解物，以及通過丙烯酰胺與丙烯酸或它的鹽共聚得到的物質(zhì)。含衍生自甲基丙烯酸或它的鹽的甲基丙烯酰胺型聚合物可以是，例如，聚甲基丙烯酰胺的部分水解物，以及通過甲基丙烯酰胺與甲基丙烯酸或它的鹽共聚得到的物質(zhì)。作為天然或半合成的水溶性聚合物可提及的是例如瓜耳膠、洋槐豆膠或這類中性多糖的改性產(chǎn)物。
鹽的類型包括，例如，諸如鉀或鈉的堿金屬鹽、諸如鈣或鎂的堿土金屬鹽、銨鹽、諸如C{1-18}的烷基胺或烷基醇胺的胺類鹽和它們的一個(gè)以上的混合物。較好的鹽是堿金屬鹽。
本發(fā)明中水溶性聚合物的量根據(jù)煤灰組合物的不同而變，對此沒有特定的限制，但是，對于100份(重量)煤灰一般占0.001-1份(重量)，較好的是0.01-0.5份(重量)。水溶性聚合物可以水溶液形式使用。但是，較好的是使用粉末形式，特別是平均粒徑大多數(shù)為0.4mm的粉末，因這類粉末可容易地與煤灰混合均勻。
為了讓形成的顆粒在較長時(shí)間里保持顆粒的形狀并保持較高的強(qiáng)度，較好的是加入無機(jī)固化劑。可提及的無機(jī)固化劑是生石灰和水硬水泥。較好的是水硬水泥。特別是，水硬水泥可以是例如波特蘭水泥，諸如一般的波特蘭水泥、高早硬波特蘭水泥或中等發(fā)熱量的波特蘭水泥；波特蘭水泥的混合物，諸如高爐礦渣水泥、硅酸鹽水泥或煤灰水泥；或是特別的水泥，諸如氧化鋁水泥、高早硬水泥或噴射水泥。此外，水硬水泥和生石灰可混合使用。無機(jī)固化劑的用量對于100份(重量)煤灰，一般為0.2-40份(重量)，較好的是1-30份(重量)。
本發(fā)明的煤灰顆粒可通過將煤灰和水溶性聚合物混和，同時(shí)向混和物中加水的制粒方法或?qū)⑺苄跃酆衔锛尤胗盟疂駶櫟拿夯抑械闹屏７椒ㄖ频?。對加入無機(jī)固化劑的方法無特定的限制。無機(jī)固化劑可首先與煤灰和水溶性聚合物混合，或?qū)⑺拥接盟疂駶櫟拿夯抑小?br> 水加入的量足以提供濕度，從而在攪拌水、煤灰和水溶性聚合物時(shí)發(fā)生制粒，水的加入量根據(jù)煤灰組成或煤灰的燒失量或根據(jù)是否加入無機(jī)固化劑來定，但它的加入量一般占每100份煤灰(重量)的40-100份(重量)，較好的是50-80份(重量)。
起始混合物包括煤灰、水溶性聚合物、水和，需要時(shí)的無機(jī)固化劑，將它們混合至少20秒，較好的是40秒到5分鐘制粒。較好的是將得到的顆粒過篩，需要時(shí)在使用前固化。對于在空氣中的固化，一般進(jìn)行至少7天，較好的是至少14天。為了縮短固化時(shí)間，可將諸如高早硬波特蘭水泥用無機(jī)固化劑，并在空氣中固化1天，然后在70-80℃下進(jìn)行蒸汽熟化24小時(shí)，并在空氣中再熟化24小時(shí)。
可用水含量和攪拌條件調(diào)節(jié)所得煤灰顆粒的粒徑。例如，若水含量很大，粒徑則趨大，若水含量小，顆粒趨細(xì)。為了混和和造粒，可用常規(guī)的流化床造粒機(jī)或滾筒式造粒機(jī)。較好的是使用混和機(jī)或攪拌機(jī)，從而在旋轉(zhuǎn)時(shí)混和物質(zhì)。例如，可用諸如灰漿攪拌機(jī)、(hobert混合器或雙螺桿擠出混和機(jī)。在連續(xù)的大規(guī)模工廠(房)生產(chǎn)時(shí)適用雙螺桿槳式混和機(jī)。
本發(fā)明現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述。但是，應(yīng)當(dāng)明白本發(fā)明不為這些特定的實(shí)施例所限定。
實(shí)施例1用容量為20升的hobert混和機(jī)混和3.38kg與表1相同的煤灰、375克作為無機(jī)固化劑的一般波特蘭水泥和6克20％(摩爾)部分水解的聚丙烯酰胺(平均粒徑0.15mm，分子量12,000,000)作為陰離子水溶性聚合物，在加入2.25kg水的同時(shí)進(jìn)一步攪拌混和物，從而混和物逐漸形成顆粒。攪拌60秒后，取出混和物，在空氣中固化(20℃，80％相對濕度)14天。再在干空氣中熟化24小時(shí)后測量煤灰顆粒的平均粒徑和諸如強(qiáng)度、比重和水吸附性的物理性質(zhì)。這樣所得的煤灰顆粒是球形的，它的物理性質(zhì)如表2所示。平均粒徑根據(jù)JIS A1204“method for testing the particle size of earth”，用JIS Z8801“標(biāo)準(zhǔn)篩”測出粒徑的平均分布，并算出平均粒徑。強(qiáng)度取出能通過2.00mm開口的標(biāo)準(zhǔn)篩并保留在1.70mm開口的篩上的10個(gè)顆粒，用柱壓試驗(yàn)儀測試強(qiáng)度，從而得到10個(gè)顆粒的平均值。將試驗(yàn)重復(fù)10次，取其平均值作為顆粒的強(qiáng)度。比重和水吸附性試驗(yàn)根據(jù)JIS A1134“methods for testing the specific gravity andthe water absorptivity of light weight aggregates for structures”進(jìn)行試驗(yàn)。
實(shí)施例2和3除了如表1中列出的煤灰A變?yōu)槊夯褺(實(shí)施例2)或煤灰C(實(shí)施例3)外，用實(shí)施例1的相同方法制得煤灰，并用實(shí)施例的方法測得物理性質(zhì)。結(jié)果如表2所示。
實(shí)施例4混和3.38g煤灰A、375克水泥和2.25kg水，然后加入實(shí)施例1中使用的6克水溶性聚合物，進(jìn)一步攪拌混和物，從而使之逐漸成粒。攪拌60秒后，混和物用實(shí)施例1的相同方法制粒。用實(shí)施例1的相同方法測量物理性質(zhì)。結(jié)果如表2所示。
實(shí)施例5將包括375克水泥和6克實(shí)施例1使用的水溶性聚合物的混和物加到包括3.38kg煤灰A和2.25kg水的混和物中，用實(shí)施例1的相同方法將混和物攪拌60秒。然后用實(shí)施例1的相同方法固化混和物。按實(shí)施例1的相同方法測量物理性質(zhì)，結(jié)果如表2所示。
實(shí)施例6除了用3.75kg煤灰C且不用水泥外，按實(shí)施例1的相同方法制得煤灰顆粒，并測得物理性質(zhì)。結(jié)果如表2所示。
實(shí)施例7除了將6克丙烯酰胺/丙烯酸鈉＝40/60(摩爾比)(平均粒徑0.32mm，分子量10,000,000)作為水溶性聚合物外，按實(shí)施例1的方法進(jìn)行改進(jìn)試驗(yàn)。結(jié)果如表2所示。
比較實(shí)施例1除了不用水溶性聚合物外，其它根據(jù)實(shí)施例1的相同方法進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果無顆粒形成，整個(gè)混和物被固化。取出固化塊，按實(shí)施例1的相同方法固化。然后將它粉碎，用實(shí)施例1的相同方法測量物理性質(zhì)。結(jié)果如表3所示。
比較實(shí)施例2除了不用水泥或水溶性聚合物外，其它根據(jù)實(shí)施例1的相同方法混合3.75kg煤灰C和2.25kg水，結(jié)果無顆粒形成，整個(gè)混和物被固化。取出固化塊，按實(shí)施例1的相同方法固化。然后將它粉碎，用實(shí)施例1的相同方法測量物理性質(zhì)。結(jié)果如表3所示。
比較實(shí)施例3除了將聚丙烯酰胺(平均粒徑0.20mm，分子量12,500,000)作為水溶性聚合物外，其它根據(jù)實(shí)施例1的相同方法進(jìn)行改進(jìn)試驗(yàn)，結(jié)果無顆粒形成，整個(gè)混合物被固化。取出固化塊，按實(shí)施例1的相同方法固化。然后將它粉碎，用實(shí)施例1的相同方法測量物理性質(zhì)。結(jié)果如表3所示。
比較實(shí)施例4除了用6克聚丙烯酸鈉(平均粒徑0.18mm，分子量60,000,000)作為水溶性聚合物外，其它根據(jù)實(shí)施例1的相同方法進(jìn)行改進(jìn)試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。
比較實(shí)施例5除了用6克藻朊酸鈉H(Kimitsu Kagaku K.K.制造)作為水溶性聚合物外，其它根據(jù)實(shí)施例1的相同方法制得煤灰顆粒，并用實(shí)施例1的相同方法測量物理性質(zhì)。結(jié)果如表3所示。
表1
表2
表中*為g/cm3
表3
根據(jù)本發(fā)明，可以用混和機(jī)或攪拌機(jī)將過去常常作為廢物棄去的煤灰作為起始物制成煤灰的球形顆粒。進(jìn)一步的是，本發(fā)明的煤灰顆粒有高強(qiáng)度和干沙樣的流動(dòng)性。因此，它可用作沙的替代物，如不僅可作為掩埋地下管道用沙的替代物，而且也可作為各種沙的替代物。此外，本發(fā)明所得的煤灰顆粒的比重比一般的沙小，一般為球形。因此，它們最適于作為建筑材料，特別用作噴砂漿。此外，顆粒有大孔且水吸附量高，這樣它們賦予建筑材料的優(yōu)秀特性，如用作細(xì)料時(shí)的輕質(zhì)混凝土或砂漿。此外，它也可作為地基的材料或與瀝青混合的材料。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)煤灰顆粒的方法，包括使100份(重量)、0.001-1份(重量)基于總的重復(fù)單元有2-80％(摩爾)有羧基的重復(fù)單元的水溶性聚合物和40-100份(重量)水混和造粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中水溶性聚合物有基于總的重復(fù)單元5-60％(摩爾)有羧基的重復(fù)單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中水溶性聚合物的混合量為占每100份煤灰(重量)的0.01-0.5份(重量)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中水的加入量為占每100份煤灰(重量)的50-80份(重量)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中煤灰和水溶性聚合物首先混合，然后加入水，并混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中呈粉末形式的水溶性聚合物與煤灰混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中水溶性聚合物粉末的粒徑最多為0.4mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中水溶性聚合物是含衍生自丙烯酸或它的鹽的重復(fù)單元的丙烯酰胺型聚合物或含衍生自甲基丙烯酸或它的鹽的重復(fù)單元的甲基丙烯酰胺型聚合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中水溶性聚合物是丙烯酰胺與丙烯酸或它的鹽的共聚物或甲基丙烯酰胺與甲基丙烯酸或它的鹽的共聚物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中水溶性聚合物是聚丙烯酰胺的部分水解物或聚甲基丙烯酰胺的部分水解物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中水溶性聚合物是中性多糖的改性產(chǎn)物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中無機(jī)固化劑的加入量為占100份(重量)煤灰的0.2-40份(重量)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中無機(jī)固化劑的加入量為占100份(重量)煤灰的1-30份(重量)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中首先將煤灰、水溶性聚合物和無機(jī)固化劑混和，然后加入水并混和。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中無機(jī)固化劑是水凝水泥。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中無機(jī)固化劑是生石灰。
全文摘要
一種生產(chǎn)煤灰顆粒的方法，包括使100份(重量)、0.001-1份(重量)基于總的重復(fù)單元有2-80％(摩爾)有羧基的重復(fù)單元的水溶性聚合物和40-100份(重量)水混和造粒。
文檔編號C04B18/02GK1136539SQ9610152
公開日1996年11月27日 申請日期1996年1月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月9日
發(fā)明者森賢治 申請人:三菱化學(xué)株式會(huì)社