本发明属于钙质粉料和含碳粉料的回收利用领域，具体涉及一种采用半焦和生石灰压制复合块料的方法。
背景技术：
近年来原油价格长期维持低位，石油基乙炔的原料成本大幅降低，加之pvc需求低迷，使得电石价格长期承压。2016年部分地区电石出厂价跌破2000元，创历史新低，造成大量的电石企业出现亏损。目前全球95％以上的电石产量和产能都集中在我国，2016年我国有电石厂家220多家，电石产能4500多万吨，产量近2600万吨。因此进行技术改进降低生产成本，帮助电石企业摆脱目前的经营困境，具有重大的经济和社会意义。
目前我国生产电石的原料主要是半焦(也称为兰炭)和生石灰，其成本占到生产成本的40％左右。生产电石的电石炉是固定床反应器，为保证电石炉气能穿过料层排出，所用的半焦和生石灰必须是块料。正常的半焦和生石灰生产过程中都会有20％左右的粉料产生，目前这部分粉料基本都是废弃处理，这既使得生产成本提高又造成了严重的环境污染。因生石灰粉料和半焦粉料间结合力弱，目前电石厂家对原料生产中产生的粉料多是分开处理，其中生石灰粉直接单组分无粘结剂加压成型，所得块料大多用于钢铁和电厂，而半焦粉则多直接用于电厂发电用途。目前文献报道过的粉料复合成型方是湖南维尼纶厂在80年代开发的生石灰粉和焦炭粉复合成型工艺，其工艺方案是将焦炭粉配入消化后的生石灰粉中，然后添加粘结剂混合均匀后进压球机压球，最后使用热烟气在140℃左右将生球碳酸化成碳酸钙熟球。碳酸钙的骨架结构保证了复合块料的冷强度，但是因为碳酸钙的起始分解温度只有800℃，所以在电石炉的料层中该复合块料会析出二氧化碳并粉化，因此该复合块料成型方案不具备生产可行性，最终也未实现工业化应用。含碳粉料中的半焦粉和焦炭粉表面难以被水浸润，和钙质粉料微粒间结合力弱，成型后会严重影响块料的强度。
技术实现要素：
为了解决了现有技术中存在的问题，本发明公开了一种采用半焦和生石灰压制成复合块料的生产方法；不仅能用于半焦和生石灰粉料的复合成型，使用复合粘结剂将半焦和生石灰压制成复合块料粘结，在对其进行压制成块料，对煤粉、焦炭粉等含碳粉料与氢氧化钙、电石渣等钙质粉料的复合成型都有很好的效果，解决现有技术的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种采用半焦和生石灰压制复合块料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将钙质粉料和含碳粉料粉碎，并将粉碎后的钙质粉料和含碳粉料分别干燥，使其水分含量达到15％以下；
步骤2、按照既定质量之比分别称取钙质粉料和含碳粉料，并根据钙质粉料和含碳粉料的总质量及粘结剂的配比要求称取所需添加的粘结剂量；
步骤3、按指定的配比将偶联剂溶于水中配制成偶联剂溶液；
步骤4、将步骤2所取钙质粉料、含碳粉料以及粘结剂在混合器中搅拌混合均匀；混合器搅拌混合物料的过程中同步喷洒步骤3制成的偶联剂溶液；
步骤5、将步骤4所得混合物料加压成型，即可得复合块料产品，称之为生料；
步骤6、将步骤5所得生料转化为熟料。
步骤1中所述钙质粉料包括氢氧化钙、氧化钙、电石渣中的一种或多种，所述含碳粉料包括煤粉、半焦粉和焦炭粉的一种或多种。
步骤2中复合块料中钙质粉料的质量分数为30％～100％，含碳粉料的质量分数不大于70％，钙质粉料和含碳粉料的总质量分数为100％。
步骤2中复合块料所用粉料为氧化钙和半焦粉料，两者质量比为2.9:1。
步骤2中所述粘结剂采用熔点高于1000℃的钙盐或熔点高于1000℃的炭基原料。
步骤3中所采用的偶联剂为羧酸盐表面活性剂、磺酸盐表面活性剂、铵盐表面活性剂、造纸废水类木质素偶联剂、硅烷类偶联剂中的一种或多种。
步骤4中偶联剂的添加量不超过混合物料重量的1％。
步骤4中，粘结剂的添加量为占粉料总质量的1％～20％。
步骤5中成型机对辊的线压力为5t/cm-15t/cm。
步骤6中，对生料采用密闭焙烧将生料转化为熟料；或直接将生料在电石炉炉顶加料器及下料管中实现干燥脱水，然后在电石炉中转化为熟料。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明采用复合粘结剂将半焦和生石灰压制成复合块料的生产方法，不仅能用于半焦和生石灰粉料的复合成型，对煤粉、焦炭粉等含碳粉料与氢氧化钙、电石渣等钙质粉料的复合成型都有很好的效果，具有很好的原料适用性，能有效利用20％的废弃粉料，而且因为复合块料中半焦粉和生石灰粉间有效反应面积大，大大降低了其起始反应温度，故而能进一步降低电石反应的能耗，提高经济效益；本发明压制成型的复合块料中钙质粉料是成型的基体，自身具有较好的成型性能，而含碳粉料起到惰性填充物的作用。加入偶联剂强化液相对含碳粉料表面的润湿效果以及含碳粉料与钙质粉料的结合力，能有效提高块料的强度；本发明采用硅酸钙、磷酸钙、铝酸钙或煤沥青作为粘结剂，所述粘结剂能承受1000℃以上的高温不分解，同时能粘合含碳粉料和钙质粉料提高复合块料的强度。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
本发明为解决粒度小于5mm的氧化钙、氢氧化钙、电石渣和煤粉、半焦粉以及焦炭粉难以利用的问题，提供一种采用半焦和生石灰压制复合块料的方法，采用熔点高于1000℃的粘结剂，所述粘结剂的使用能使有效提高块料的热强度，使之达到电石生产对块料的强度要求。
本发明所制备的复合块料是一种将钙质粉料和含碳粉料按比例均匀混合后压制成型的混合物，其中钙质粉料是成型的基体，自身具有较好的成型性能，而含碳粉料起到惰性填充物的作用；所用钙质粉料包括生产中产生的5mm以下的含钙原料，包括氢氧化钙、氧化钙以及电石渣；所用含碳粉料包括5mm以下的煤粉、半焦粉和焦炭粉。
成型后的复合块料要在电石炉中承受1000℃以上的高温而不发生爆裂，因此必须具有良好的热强度。为提高复合块料热强度，分别引入了偶联剂和粘结剂，其中偶联剂的作用是改变粉料的表面性质，增加含碳粉料与钙质原料间的微观作用力，提高填充物和成型基体的结合强度；粘结剂的作用是在高温条件下形成高强度骨架以增加复合块料的热强度，粘结剂是获得高强度复合块料的关键。
所述粘结剂是熔点高于1000℃的固相物质，而偶联剂是高分子物质溶于水的液相，成型前先将固体粘结剂均匀分散于混合粉料，然后再将配成溶液的偶联剂加入混料中，同时也调节成型原料的水含量。
步骤1、将钙质粉料和含碳粉料粉碎，并将水分含量控制在15％以下；将钙质粉料和含碳粉料粉碎至5mm以下；
步骤2、分别称量钙质粉料和含碳粉料，钙质粉料与含碳粉料质量分数为30％～100％，含碳粉料质量分数不超过70％，两者的质量总和为100％；根据钙质粉料和含碳粉料的总质量及粘结剂配比称取所需添加的粘结剂量，粘结剂添加量为钙质粉料和含碳粉料总质量的3-6％；
步骤3、按比例将偶联剂溶于水中配制成偶联剂溶液；
步骤4、将钙质粉料、含碳粉料以及粘结剂在混合器中搅拌混合均匀；混合器搅拌混合物料的过程中同步喷洒步骤3制成的偶联剂溶液；当混料各部分水分均匀、不存在团结料时结束混料操作，此时得到的混料即可作为后续成型操作原料；在一定范围内粘结剂的加入量越多对强度提高越有利，但考虑到经济因素，合适的添加量为占粉料总质量的1％～20％；
步骤5、将所得混合物料加压成型，即可得复合块料产品，称之为生料；工业对辊成型机的辊上线压力应控制在5t/cm～15t/cm之间，优选的成型压力为12t/cm，复合块料的形状优选为3cm～8cm的枕性或扁球型。
步骤6、对步骤5所得生料进行后续处理，使其转化为熟料；生料有两种后续处理方案，一种是通过密闭焙烧与冷却操作将生料转化为电石炉的备用块料，即熟料；加热速率为不大于30℃/min，优选的升温速率为15℃/min，升温的终温在900℃±50℃，冷却速率和加热速率接近。块料冷却后应尽量隔绝空气，否则熟块料会从空气中吸水而粉化，另一种方案是直接将生料作为电石炉原料，生料在进入电石炉前的炉顶加料器及下料管中实现干燥脱水，然后投入电石炉后完成向熟料的转化。
所述钙质粉料包括氢氧化钙、氧化钙、电石渣中的一种或多种，所述含碳粉料包括煤粉、半焦粉和焦炭粉的一种或多种；
复合块料中钙质粉料的质量分数可控制在30％～100％的范围内，相应的含碳粉料的质量分数不超过70％，优选的配比为氧化钙和半焦粉料的质量比为2.9:1。
所述偶联剂包括羧酸盐、磺酸盐及铵盐类表面活性剂、造纸废水类木质素偶联剂、硅烷类偶联剂中的一种或多种；当碳质原料比例低于10％时可以选择不使用偶联剂。偶联剂的添加量一般控制在1％以下，优选的量为0.1％～0.3％，对煤粉和半焦差别较大；当碳质原料在成型混料中的质量比例低于10％时可不使用偶联剂。
所述粘结剂包括熔点高于1000℃的钙盐或熔点高于1000℃的碳基原料。
所述粘结剂包括硅酸钙、铝酸钙、磷酸钙、硫酸钙、高岭土、皂土中的一种或多种，碳基原料包括中温煤沥青、石油焦、废弃润滑脂中的一种或多种；粘结剂的添加量为占粉料总质量的1％～20％，本发明优选的，添加量为3％～6％。
实施例1
将质量分数0.05％的苯磺酸钠溶液做偶联剂，以硫酸钙粉料为粘结剂；在混合容器中分别加入粒径为1mm以下的氢氧化钙粉料200g和粒径为1mm以下的半焦粉84g，两者初步混合后在混料中加入28g的硫酸钙粉料继续搅拌混合，最后在混料中加入8g的苯磺酸钠溶液并混合均匀，直到混料中没有团结块状；将20g混合均匀的粉料装入成型模具，在20mpa的压力下成型并保压1min，退模后即得成型生料，将所得生料分为若干份，参照工业型煤的冷强度检测方法检测所得生料的冷强度；选择部分生料放入氧化铝坩埚中在马弗炉中密闭加热，加热温度为800±15℃，升温速率为900℃/h，在800℃恒温30min后关闭马弗炉加热自然冷却至常温，即得熟料；采用万能强度测试仪检测，压力加载速度选择10mm/min，所得块料的平均冷强度达到了5000牛/球，900℃热处理后的平均热强度达到了1400n/球；选择若干生料放入氧化铝坩埚内在高温电炉中加热到1650℃，保温45min后自然冷却，所得块料外形依然完整，平均强度为200n/球，排水实验检测块料的发气量约为200l/kg。
实施例2
使用高岭土粉料作为粘结剂，质量分数0.5％的造纸废水类木质素溶液作为偶联剂溶液。分别称量氧化钙粉料100g、半焦粉250g、高岭土粉料30g，在混合容器中将两种粉料搅拌混合，并将配制好的偶联剂溶液称取20g均匀加入；每次称取20g粉料，在30mpa的压力下使用成型模具成型，成型时保压1min。所得块料的冷热强度检测方法与实施例1相同，所得块料的冷强度均值为3800n/球，热强度均值达到1050n/球。
实施例3
使用中温煤沥青粉料作为粘结剂，质量分数0.05％的苯磺酸钠溶液做偶联剂溶液。分别称量氧化钙粉料80g、陕北长焰煤煤粉250g、中温煤沥青粉料25g，在混合容器中三两种粉料搅拌混合，并将配制好的偶联剂溶液8g均匀加入。每次称取20g粉料，在30mpa的压力下使用成型模具成型，成型时保压1min。所得块料的冷热强度检测方法与实施例1相同，所得块料的冷强度均值为6000n/球，热强度均值达到960n/球。
实施例4
分别称量电石渣粉料200g和半焦粉料20g，使用皂土作为粘结剂，皂土粉料添加量为6g，将三者在容器中混合均匀，因电石渣湿含量较高，本实施例中不添加偶联剂。每次在成型模具中装填20g的混合物料，在20mpa的压力下成型并保压1min。块料的冷热强度检测方法与实施例1相同，块料的冷强度平均为10000n/球，热强度平均为5100n/球。
实施例5，小试试验
来自电石生产现场的氢氧化钙粉料粒径在1.5mm以下，半焦粒径在3mm以下，两种粉料分别称取50kg和18kg，称取分析纯的硫酸钙粉料4kg，将三者放入容器内搅拌均匀。使用来自造纸厂的造纸废液作为偶联剂，缓慢加入容器中与前面的固体物料进一步混合，并放置20min待用。启动0.5t/h的液压对辊成型机,通过调频设备将对辊转速调到8r/min，对辊间的液压压力为18mpa，进料预压螺旋的转速为15r/min，将处理好的物料从加料口倒入，取出料中间段的成型块料按照实施例1的方法检测块料的冷热强度值。其中块料的平均冷度为1400n/球，热强度均值为850n/球。
本发明的保护范围并不局限于上述的实施例，本领域技术人员在本发明所指定范围内做的简单技术指标变换和物料替换都包含在本发明的保护范围之内。