專利名稱：一種可用于燃煤型氟中毒防治的民用型煤粘結(jié)劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及民用煤粉成型粘結(jié)劑領(lǐng)域，并涉及民用型煤環(huán)保清潔燃燒技術(shù)領(lǐng)域和燃煤型氟中毒防治領(lǐng)域，具體說是一種可用于燃煤型氟中毒防治的民用型煤粘結(jié)劑。
背景技術(shù)：
煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占有重要地位，我國能源生產(chǎn)與消費長期以來以煤為主。 特別的，在我國廣大的中小城鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)，煤炭在居民做飯、取暖等生產(chǎn)生活燃料中仍占有很大的比重。據(jù)統(tǒng)計，全國現(xiàn)有1億多個民用炊事燃煤灶。眾所周知，如果不經(jīng)任何技術(shù)處理，燃煤釋放的SA等污染物不僅容易導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)疾病，更會造成酸雨等更大的污染災(zāi)害。近年來，隨著工業(yè)爐窯的技術(shù)改造，我國民用燃煤的污染分擔(dān)率在逐年提高，民用燃煤污染防治已成為我國環(huán)境保護(hù)的一個重要方面。綜合使用的方便度和經(jīng)濟(jì)性，型煤在我國民用燃煤領(lǐng)域占有很大的比重。型煤是通過一定的設(shè)備和工藝，將粉煤摻入粘合劑加工而成的“人工塊煤”。型煤分工業(yè)型煤和民用型煤，但無論哪種，生產(chǎn)型煤必須有粘合劑，而且粘合劑的性能優(yōu)劣，決定著型煤質(zhì)量的好壞。整體上，工業(yè)型煤對粘結(jié)劑品質(zhì)的要求大大高于民用型煤，當(dāng)然，工業(yè)型煤粘結(jié)劑的成本也大大高于民用。從實際應(yīng)用情況看，目前，在我國，民用型煤粘結(jié)劑主要是以獲取方便、成本極低的粘土為主，而民用型煤基本是以粉煤摻拌粘土并加水制備成的蜂窩煤或“煤泥”為主。這種粘土式粘結(jié)劑在使用中有很多弊端一是粘土的采集或多或少會對土地資源造成一定的破壞，如在石家莊地區(qū)，50萬農(nóng)戶用粘土蜂窩煤取暖和做飯，每年會用掉33萬噸黃土 ；二是這種粘土式粘結(jié)劑僅有粘結(jié)作用，沒有任何其它環(huán)保功效，沒有像很多工業(yè)用型煤粘結(jié)劑那樣對粉煤燃燒具有一定的固硫作用；三是粘土式粘結(jié)劑的使用會造成嚴(yán)重的二次氟污染。相比絕大部分粉煤，粘土自身氟含量很高，摻拌這種粘土的型煤燃燒過程中會釋放大量氟污染物。這樣，高硫煤摻拌高氟土制成的“蜂窩煤”或“煤泥”等型煤就成為我國大氣環(huán)境的一個重要氟、硫污染源。不僅如此，在我國很多地區(qū)，這種簡單的粉煤摻拌粘土制成的民用型煤還導(dǎo)致了燃煤型氟中毒的發(fā)生與流行，使得燃煤型氟中毒成為我國一種特有的但至今尚未完全解決的地方性疾病。據(jù)1999年衛(wèi)生部統(tǒng)計，全國燃煤污染型氟中毒病區(qū)分布于我國東北到西南的14個省、直轄市、自治區(qū)的201個病區(qū)縣，35718個病區(qū)村，病區(qū)人口 3367. 78萬人。其中中國西部地區(qū)5省、市氟斑牙患者1321. 52萬人，氟骨病患者132.觀萬人，分別占全國燃煤污染型病區(qū)氟斑牙和氟骨癥患者總數(shù)的79. 27%和90. 59%。而眾多研究已證實，在我國云、貴、川等西南地區(qū)，用作粉煤粘結(jié)劑的拌煤粘土正是造成這些地區(qū)燃煤型氟中毒發(fā)生與流行的主要氟污染源(雒昆利，李會杰，馮福建，等.云南昭通氟中毒區(qū)煤、土和水中氟的含量與分布[J]·煤炭報，2007,32 ) =363-368 ；DAI Shi-feng，LI ffei-wei, TANG Yue-gang,et al. The sources, pathway,and preventive measures for fluorosisin Zhijin County, Guizhou, China[J]. Applied Geochemistry,2007, 22 :1017-102 ；DAI Shi-feng,REN De-yi,MA Shi-min. The cause of endemic fluorosis in western Guizhou Province, Southwest China[J]. Fuel, 2004,83 :2095_2098.)。盡管我國自上世紀(jì)80年代初便開始推廣實施“改爐改灶”的燃煤型氟中毒防治措施，但隨后的監(jiān)測調(diào)查結(jié)果顯示，這一防治措施效果有限。相關(guān)研究顯示，改爐改灶雖然能使室內(nèi)空氣氟含量降到要求，使病區(qū)生活衛(wèi)生水平有所改善，起到了一定效果，但病區(qū)經(jīng)烘烤后糧食的氟含量不僅仍不能降到國家食品限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，且很多地區(qū)烘烤糧食的氟含量仍處于較高水平上，人群中氟的平均攝入量降低不多。全國地方性氟中毒監(jiān)測組在 《2006年全國燃煤污染型地方性氟中毒重點監(jiān)測報告》中指出全國地氟病監(jiān)測縣改爐改灶率以平均近10%的速度增長，降氟爐灶總體合格率較高，但大部分監(jiān)測點玉米和辣椒含氟量都超過國家標(biāo)準(zhǔn)，尤以云南、貴州、四川省的監(jiān)測點為重(玉米12. 68-49. 50mg/kg，辣椒 202. 33-1879. 56mg/kg)(全國地方性氟中毒監(jiān)測組.2006年全國燃煤污染型地方性氟中毒重點監(jiān)測報告[J].中國地方病學(xué)雜志，2009 二8 O) :171-174. )0從實際使用效果看，改灶爐只能用于取暖做飯，而無法用于烘烤糧食。這主要是因為，受天氣條件限制，在我國西南燃煤型氟中毒區(qū)，農(nóng)戶剛收獲玉米需快速烘干，而正常使用的改灶爐其溫度無法滿足快速烘干糧食的需要，并且相比傳統(tǒng)敞爐，其使用成本也高。所以，盡管改爐改灶工程已推廣實施多年，但在我國西南燃煤型氟中毒區(qū)，絕大部分農(nóng)戶都是做飯取暖時使用改灶爐，而烘烤糧食時仍不得不繼續(xù)使用傳統(tǒng)敞爐。因此，我國現(xiàn)已采取的單純地改良爐灶措施尚不能徹底解決我國的燃煤型氟中毒問題。另外，從原理上改爐改灶只是利用排煙筒將燃煤釋放氟、硫等各種污染物從室內(nèi)排放到室外，來解決傳統(tǒng)敞爐使用中造成的室內(nèi)空氣氟、硫污染問題。雖然這能使室內(nèi)空氣氟、硫含量降低到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，使病區(qū)生活衛(wèi)生水平有所改善，起到了一定效果，但這只是將燃煤釋放氟、硫等污染物從室內(nèi)排放到了室外，并未從根本上減少燃煤對大氣環(huán)境的污染。綜上分析，只有從根本上減少燃煤過程中氟、硫等污染物的釋放，才能徹底預(yù)防我國因民用燃煤引起的一系列環(huán)境和健康問題的發(fā)生。顯然，針對粘土式粘結(jié)劑是我國西南燃煤型氟中毒區(qū)一個重要氟污染源的現(xiàn)狀，重新尋找經(jīng)濟(jì)的，環(huán)保的，能夠抑制粉煤中氟、 硫等污染物逸出的，不會造成二次氟污染的，并具有良好粘結(jié)性的粘結(jié)劑來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的拌煤粘土，對徹底解決我國西南地區(qū)的燃煤型氟中毒問題，解決民用燃煤造成的大氣氟、硫等污染問題都具有十分重要的意義。當(dāng)前，國內(nèi)外針對工業(yè)用型煤粘結(jié)劑的研究較多，而針對民用的低成本粘結(jié)劑研究較少。中國專利公開了申請?zhí)枮?90103986. 1,94118457. 9,99124403. 6,00111080. 2、 200610106951. 2的發(fā)明專利，這些發(fā)明專利介紹了各種不同的型煤粘結(jié)劑，但這些粘結(jié)劑主要是針對工業(yè)型煤而言，并且只研究了粘結(jié)劑對粉煤的同硫效果，并未涉及到對型煤燃燒過程中氟污染物釋放的影響。總的來說，國內(nèi)外尚未見有能同時實現(xiàn)氟、硫污染物的固除并可用于燃煤型氟中毒防治方面的民用型煤粘結(jié)劑的相關(guān)研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種無二次污染，能夠同時降低型煤燃燒過程中氟、硫等污染物的釋放，并可用于燃煤型氟中毒防治的民用型煤粘結(jié)劑。
本發(fā)明的目的之二是提供上述粘結(jié)劑的制備方法。1、本發(fā)明的民用型煤粘結(jié)劑，其組分和各組分的重量配比如下(1)石炭紀(jì)硅質(zhì)灰?guī)r33-:35% ；(2)改性中三疊世含硅白云巖60% ；(3)改性三疊紀(jì)長石石英砂巖5-7% ；2、一種可用于燃煤型氟中毒防治的民用型煤粘結(jié)劑的制備方法，包括以下步驟(1)將石炭紀(jì)硅質(zhì)灰?guī)r、中三疊世含硅白云巖、三疊紀(jì)長石石英砂巖粉碎并篩分得粒徑小于0. 075mm的細(xì)粉備用；(2)稱取一定量步驟(1)中制備好的中三疊世含硅白云巖和三疊紀(jì)長石石英砂巖分別置于馬弗爐或可控溫回轉(zhuǎn)窯爐內(nèi)900°C下活化2小時得到改性中三疊世含硅白云巖、 改性三疊紀(jì)長石石英砂巖；(3)將以上步驟制得的石炭紀(jì)硅質(zhì)灰?guī)r、改性中三疊世含硅白云巖和改性三疊紀(jì)長石石英砂巖按33-35% 60% 5-7%的重量百分比混合均勻，即得本發(fā)明民用型煤粘結(jié)劑。本發(fā)明的民用型煤粘結(jié)劑及其制備方法，具有以下優(yōu)點(1)本發(fā)明民用型煤粘結(jié)劑的粘結(jié)性較好，可完全取代傳統(tǒng)的拌煤粘土。使用本發(fā)明粘結(jié)劑制成的蜂窩煤、煤餅等型煤的冷熱強(qiáng)度均優(yōu)于傳統(tǒng)拌煤粘土制成的型煤；( 本發(fā)明的民用型煤粘結(jié)劑，其氟含量大大低于傳統(tǒng)的拌煤粘土的氟含量，無二次污染，且在使用中能同時大大降低燃煤氟、硫等污染物向空氣中的釋放，民用爐灶條件下，用本發(fā)明民用粘結(jié)劑制成型煤的自身固氟率在70%以上，固硫率在80%以上；C3)本發(fā)明的民用型煤粘結(jié)劑可用于我國燃煤型氟中毒的防治。在燃煤型氟中毒區(qū)，相同烘烤條件下，用本發(fā)明粘結(jié)劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的拌煤粘土后，可使煤烘烤后玉米的氟含量較使用拌煤粘土?xí)r降低80%以上；(4)使用本發(fā)明粘結(jié)劑制備成的民用型煤燃燒性好，燃燒時不塌爐、不爆裂、燒得旺、燒得透。同時，本發(fā)明粘結(jié)劑無味、無毒害，使用時也無異味，并且相比傳統(tǒng)的拌煤粘土式粘結(jié)劑，本發(fā)明粘結(jié)劑還具有消煙和消除結(jié)焦等作用，能大大降低黑煙和粉塵的產(chǎn)生；(5)本發(fā)明粘結(jié)劑制備所需的各種材料在我國很多地區(qū)都有廣泛分布，獲取容易，成本低廉；(6)本發(fā)明型煤制備工藝簡單，無需復(fù)雜大型設(shè)備投資，制備成本也較低；(7)本發(fā)明粘結(jié)劑為固體粉末狀，包裝、運(yùn)輸、儲存等都很方便，使用方式與傳統(tǒng)拌煤粘土基本相同，非常簡單、便利；(8)本發(fā)明粘結(jié)劑適合于各類型粉煤，具有廣泛的適應(yīng)性，容易在我國燃煤型氟中毒地區(qū)推廣，具有廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明是申請者經(jīng)多次實地考察和大量樣品采集，以及數(shù)次科學(xué)實驗而成，具有科學(xué)性和實用性。本發(fā)明有利于我國民用燃煤氟、硫等污染的治理，有利于我國燃煤型氟中毒的徹底預(yù)防，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、巨大的環(huán)境效益和廣泛的社會效益。
具體實施例方式下面根據(jù)實施例具體說明本發(fā)明。實施例1在云南省昭通市昭陽區(qū)某一蜂窩煤廠對本發(fā)明民用型煤粘結(jié)劑的實際應(yīng)用效果進(jìn)行了實地驗證，實驗于2010年10月份開展。實驗材料有兩種一種是蜂窩煤廠利用粘土式粘結(jié)劑自產(chǎn)的“傳統(tǒng)蜂窩煤”；另一種是利用本發(fā)明民用型煤粘結(jié)劑制備的“新型蜂窩煤”。本實施例中，“傳統(tǒng)蜂窩煤”為粉煤摻拌粘土加水混勻用蜂窩煤機(jī)制備而成。具體步驟如下(1)將要制備蜂窩煤的煤炭用粉碎機(jī)粉碎；( 稱取80kg粉碎后的煤粉，添加20kg粘土，并用攪拌機(jī)攪拌均勻，加適量水并進(jìn)一步混勻后用蜂窩煤機(jī)壓制出“傳統(tǒng)蜂窩煤”。本實施例中，“新型蜂窩煤”按以下步驟制得(1)分別采集石炭紀(jì)硅質(zhì)灰?guī)r約400kg、中三疊世含硅白云巖約1000kg、三疊紀(jì)長石石英砂巖約200kg，將這些材料分別先用巖石破碎機(jī)破碎，再用磨粉機(jī)磨成粉，最后篩分得粒徑小于0. 075mm的細(xì)粉備用；(2)將步驟⑴制得的中三疊世含硅白云巖、三疊紀(jì)長石石英砂巖分別于可控溫回轉(zhuǎn)窯爐內(nèi)900°C下活化2小時得到改性中三疊世含硅白云巖、改性三疊紀(jì)長石石英砂巖；(3)稱取制備好的石炭紀(jì)硅質(zhì)灰?guī)r33kg，改性中三疊世含硅白云巖60kg，改性三疊紀(jì)長石石英砂巖Ag，用攪拌機(jī)將這些材料混合均勻，得到一定量的本發(fā)明民用型煤粘結(jié)劑，并將這些粘結(jié)劑裝袋運(yùn)送到蜂窩煤廠；(4)在蜂窩煤廠，稱取制備傳統(tǒng)蜂窩煤用的煤粉70kg，稱取上述制備好的粘結(jié)劑 30kg,混合均勻，加適量水，用蜂窩煤機(jī)壓制成型得到“新型蜂窩煤”。從制備過程看，使用本發(fā)明粘結(jié)劑制備的型煤的成型性較好。在蜂窩煤廠，選擇四位家庭A、B、C、D參與實驗。需要說明的是，這四個家庭為蜂窩煤廠職工家庭，他們的房子為蜂窩煤廠的統(tǒng)一職工宿舍，使用蜂窩煤爐房間大小、結(jié)構(gòu)、 密閉性等幾乎完全相同，日常使用蜂窩煤廠自產(chǎn)的蜂窩煤取暖做飯。實驗開始后，A、B兩家庭仍像平時那樣使用上述制備好的“傳統(tǒng)蜂窩煤”，C、D兩家庭使用上述利用本發(fā)明粘結(jié)劑制備的“新型蜂窩煤”。實驗開始后，在每個家庭蜂窩煤爐最旺的時候，按相關(guān)實驗規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)用美國產(chǎn)INTERSCAN-4240型二氧化硫分析儀分別測試每個使用蜂窩煤爐房間濃度。 實驗過程中分別采集每個家庭使用蜂窩煤和蜂窩煤燃后渣樣品，并用手持式快速熱電偶分多次測試每戶蜂窩煤爐的最高溫度。所有采集的實驗樣品全部送北京中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，測試各蜂窩煤和蜂窩煤渣樣品的氟含量和各蜂窩煤樣品的灰分。整個實驗中，樣品的測定原理和方法如下采用高溫燃燒水解一一氟離子選擇電極法測定上述采集樣品的氟含量(馮福建， 劉曉平，虞江萍，等.環(huán)境樣品中氟的測定[J].衛(wèi)生研究，2004，33 (3) =288-291.)；依據(jù)國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布的《煤的工業(yè)分析方法(GB/T 212-2001)》中的“緩慢灰化法”測定采集蜂窩煤樣品的灰分；采用國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布的《煤中全硫的測定方法(GB/T 214-2007))) 中的“庫侖滴定法”，用鶴壁恒博儀器有限公司產(chǎn)漢顯一500測硫儀測定上述蜂窩煤的全硫含量；燃煤的固氟率按公式(1)計算公式⑴
權(quán)利要求
1.一種可用于燃煤型氟中毒防治的民用型煤粘結(jié)劑，其特征在于由以下重量百分比原料制備而得33-35%的石炭紀(jì)硅質(zhì)灰?guī)r，60%的改性中三疊世含硅白云巖和5-7%的改性三疊紀(jì)長石石英砂巖；所述的石炭紀(jì)硅質(zhì)灰?guī)r粒徑小于0. 075mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的民用型煤粘結(jié)劑，其特征在于改性中三疊世含硅白云巖、改性三疊紀(jì)長石石英砂巖為粒徑小于0. 075mm的中三疊世含硅白云巖和三疊紀(jì)長石石英砂巖分別在馬弗爐或可控溫回轉(zhuǎn)窯爐內(nèi)900°C下活化2小時所得。
3.如權(quán)利要求1所述的民用型煤粘結(jié)劑，其特這在于按以下步驟制備(1)將石炭紀(jì)硅質(zhì)灰?guī)r、中三疊世含硅白云巖、三疊紀(jì)長石石英砂巖粉碎并篩分得粒徑小于0. 075mm的細(xì)粉備用；(2)稱取一定量步驟(1)中制備好的中三疊世含硅白云巖和三疊紀(jì)長石石英砂巖分別置于馬弗爐或可控溫回轉(zhuǎn)窯爐內(nèi)900°C下活化2小時得到改性中三疊世含硅白云巖、改性三疊紀(jì)長石石英砂巖；(3)將以上步驟制得的石炭紀(jì)硅質(zhì)灰?guī)r、改性中三疊世含硅白云巖和改性三疊紀(jì)長石石英砂巖按權(quán)利要求1中所述的重量百分比混合均勻，即得本發(fā)明民用型煤粘結(jié)劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的民用型煤粘結(jié)劑的應(yīng)用，其特征在于粘結(jié)劑與煤粉的重量配比為 25-30%: 70-75% ο
全文摘要
本發(fā)明提供了一種民用型煤粘結(jié)劑及其制備方法，該種粘結(jié)劑以質(zhì)量比計，包括33-35％的石炭紀(jì)硅質(zhì)灰?guī)r，60％的改性中三疊世含硅白云巖，5-7％的改性三疊紀(jì)長石石英砂巖，其中改性材料為在一定溫度下活化所得。本發(fā)明粘結(jié)劑制備工藝簡單，所需原材料在我國很多地區(qū)都有廣泛分布，獲取容易，成本低廉。本發(fā)明粘結(jié)劑無二次污染，適用于任何煤種，且兼具燃煤固氟劑、固硫劑功效，用本發(fā)明粘結(jié)劑制成的民用型煤可燃性好，燃燒中氟、硫等污染物逸出率極低，環(huán)境效益良好。特別的，在燃煤型氟中毒區(qū)，當(dāng)用本發(fā)明粘結(jié)劑制成的民用型煤烘烤糧食時，可大大降低燃煤對烘烤糧食的氟污染，有利于從氟污染源頭徹底解決我國的燃煤型氟中毒問題，社會效益明顯。
文檔編號C10L5/12GK102206524SQ20111010197
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者李會杰, 趙凡, 趙才武, 陳國慶, 雒昆利 申請人:中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所