专利名称：一种可用于燃煤型氟中毒防治的民用型煤粘结剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及民用煤粉成型粘结剂领域，并涉及民用型煤环保清洁燃烧技术领域和燃煤型氟中毒防治领域，具体说是一种可用于燃煤型氟中毒防治的民用型煤粘结剂。
背景技术：
煤炭在我国能源结构中占有重要地位，我国能源生产与消费长期以来以煤为主。 特别的，在我国广大的中小城镇和农村地区，煤炭在居民做饭、取暖等生产生活燃料中仍占有很大的比重。据统计，全国现有1亿多个民用炊事燃煤灶。众所周知，如果不经任何技术处理，燃煤释放的SA等污染物不仅容易导致呼吸系统疾病，更会造成酸雨等更大的污染灾害。近年来，随着工业炉窑的技术改造，我国民用燃煤的污染分担率在逐年提高，民用燃煤污染防治已成为我国环境保护的一个重要方面。综合使用的方便度和经济性，型煤在我国民用燃煤领域占有很大的比重。型煤是通过一定的设备和工艺，将粉煤掺入粘合剂加工而成的“人工块煤”。型煤分工业型煤和民用型煤，但无论哪种，生产型煤必须有粘合剂，而且粘合剂的性能优劣，决定着型煤质量的好坏。整体上，工业型煤对粘结剂品质的要求大大高于民用型煤，当然，工业型煤粘结剂的成本也大大高于民用。从实际应用情况看，目前，在我国，民用型煤粘结剂主要是以获取方便、成本极低的粘土为主，而民用型煤基本是以粉煤掺拌粘土并加水制备成的蜂窝煤或“煤泥”为主。这种粘土式粘结剂在使用中有很多弊端一是粘土的采集或多或少会对土地资源造成一定的破坏，如在石家庄地区，50万农户用粘土蜂窝煤取暖和做饭，每年会用掉33万吨黄土 ；二是这种粘土式粘结剂仅有粘结作用，没有任何其它环保功效，没有像很多工业用型煤粘结剂那样对粉煤燃烧具有一定的固硫作用；三是粘土式粘结剂的使用会造成严重的二次氟污染。相比绝大部分粉煤，粘土自身氟含量很高，掺拌这种粘土的型煤燃烧过程中会释放大量氟污染物。这样，高硫煤掺拌高氟土制成的“蜂窝煤”或“煤泥”等型煤就成为我国大气环境的一个重要氟、硫污染源。不仅如此，在我国很多地区，这种简单的粉煤掺拌粘土制成的民用型煤还导致了燃煤型氟中毒的发生与流行，使得燃煤型氟中毒成为我国一种特有的但至今尚未完全解决的地方性疾病。据1999年卫生部统计，全国燃煤污染型氟中毒病区分布于我国东北到西南的14个省、直辖市、自治区的201个病区县，35718个病区村，病区人口 3367. 78万人。其中中国西部地区5省、市氟斑牙患者1321. 52万人，氟骨病患者132.观万人，分别占全国燃煤污染型病区氟斑牙和氟骨症患者总数的79. 27%和90. 59%。而众多研究已证实，在我国云、贵、川等西南地区，用作粉煤粘结剂的拌煤粘土正是造成这些地区燃煤型氟中毒发生与流行的主要氟污染源(雒昆利，李会杰，冯福建，等.云南昭通氟中毒区煤、土和水中氟的含量与分布[J]·煤炭报，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.)。尽管我国自上世纪80年代初便开始推广实施“改炉改灶”的燃煤型氟中毒防治措施，但随后的监测调查结果显示，这一防治措施效果有限。相关研究显示，改炉改灶虽然能使室内空气氟含量降到要求，使病区生活卫生水平有所改善，起到了一定效果，但病区经烘烤后粮食的氟含量不仅仍不能降到国家食品限量卫生标准内，且很多地区烘烤粮食的氟含量仍处于较高水平上，人群中氟的平均摄入量降低不多。全国地方性氟中毒监测组在 《2006年全国燃煤污染型地方性氟中毒重点监测报告》中指出全国地氟病监测县改炉改灶率以平均近10%的速度增长，降氟炉灶总体合格率较高，但大部分监测点玉米和辣椒含氟量都超过国家标准，尤以云南、贵州、四川省的监测点为重(玉米12. 68-49. 50mg/kg，辣椒 202. 33-1879. 56mg/kg)(全国地方性氟中毒监测组.2006年全国燃煤污染型地方性氟中毒重点监测报告[J].中国地方病学杂志，2009 二8 O) :171-174. )0从实际使用效果看，改灶炉只能用于取暖做饭，而无法用于烘烤粮食。这主要是因为，受天气条件限制，在我国西南燃煤型氟中毒区，农户刚收获玉米需快速烘干，而正常使用的改灶炉其温度无法满足快速烘干粮食的需要，并且相比传统敞炉，其使用成本也高。所以，尽管改炉改灶工程已推广实施多年，但在我国西南燃煤型氟中毒区，绝大部分农户都是做饭取暖时使用改灶炉，而烘烤粮食时仍不得不继续使用传统敞炉。因此，我国现已采取的单纯地改良炉灶措施尚不能彻底解决我国的燃煤型氟中毒问题。另外，从原理上改炉改灶只是利用排烟筒将燃煤释放氟、硫等各种污染物从室内排放到室外，来解决传统敞炉使用中造成的室内空气氟、硫污染问题。虽然这能使室内空气氟、硫含量降低到卫生标准范围内，使病区生活卫生水平有所改善，起到了一定效果，但这只是将燃煤释放氟、硫等污染物从室内排放到了室外，并未从根本上减少燃煤对大气环境的污染。综上分析，只有从根本上减少燃煤过程中氟、硫等污染物的释放，才能彻底预防我国因民用燃煤引起的一系列环境和健康问题的发生。显然，针对粘土式粘结剂是我国西南燃煤型氟中毒区一个重要氟污染源的现状，重新寻找经济的，环保的，能够抑制粉煤中氟、 硫等污染物逸出的，不会造成二次氟污染的，并具有良好粘结性的粘结剂来代替传统的拌煤粘土，对彻底解决我国西南地区的燃煤型氟中毒问题，解决民用燃煤造成的大气氟、硫等污染问题都具有十分重要的意义。当前，国内外针对工业用型煤粘结剂的研究较多，而针对民用的低成本粘结剂研究较少。中国专利公开了申请号为 90103986. 1,94118457. 9,99124403. 6,00111080. 2、 200610106951. 2的发明专利，这些发明专利介绍了各种不同的型煤粘结剂，但这些粘结剂主要是针对工业型煤而言，并且只研究了粘结剂对粉煤的同硫效果，并未涉及到对型煤燃烧过程中氟污染物释放的影响。总的来说，国内外尚未见有能同时实现氟、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结剂的相关研究。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种无二次污染，能够同时降低型煤燃烧过程中氟、硫等污染物的释放，并可用于燃煤型氟中毒防治的民用型煤粘结剂。
本发明的目的之二是提供上述粘结剂的制备方法。1、本发明的民用型煤粘结剂，其组分和各组分的重量配比如下(1)石炭纪硅质灰岩33-:35% ；(2)改性中三叠世含硅白云岩60% ；(3)改性三叠纪长石石英砂岩5-7% ；2、一种可用于燃煤型氟中毒防治的民用型煤粘结剂的制备方法，包括以下步骤(1)将石炭纪硅质灰岩、中三叠世含硅白云岩、三叠纪长石石英砂岩粉碎并筛分得粒径小于0. 075mm的细粉备用；(2)称取一定量步骤(1)中制备好的中三叠世含硅白云岩和三叠纪长石石英砂岩分别置于马弗炉或可控温回转窑炉内900°C下活化2小时得到改性中三叠世含硅白云岩、 改性三叠纪长石石英砂岩；(3)将以上步骤制得的石炭纪硅质灰岩、改性中三叠世含硅白云岩和改性三叠纪长石石英砂岩按33-35% 60% 5-7%的重量百分比混合均勻，即得本发明民用型煤粘结剂。本发明的民用型煤粘结剂及其制备方法，具有以下优点(1)本发明民用型煤粘结剂的粘结性较好，可完全取代传统的拌煤粘土。使用本发明粘结剂制成的蜂窝煤、煤饼等型煤的冷热强度均优于传统拌煤粘土制成的型煤；( 本发明的民用型煤粘结剂，其氟含量大大低于传统的拌煤粘土的氟含量，无二次污染，且在使用中能同时大大降低燃煤氟、硫等污染物向空气中的释放，民用炉灶条件下，用本发明民用粘结剂制成型煤的自身固氟率在70%以上，固硫率在80%以上；C3)本发明的民用型煤粘结剂可用于我国燃煤型氟中毒的防治。在燃煤型氟中毒区，相同烘烤条件下，用本发明粘结剂代替传统的拌煤粘土后，可使煤烘烤后玉米的氟含量较使用拌煤粘土时降低80%以上；(4)使用本发明粘结剂制备成的民用型煤燃烧性好，燃烧时不塌炉、不爆裂、烧得旺、烧得透。同时，本发明粘结剂无味、无毒害，使用时也无异味，并且相比传统的拌煤粘土式粘结剂，本发明粘结剂还具有消烟和消除结焦等作用，能大大降低黑烟和粉尘的产生；(5)本发明粘结剂制备所需的各种材料在我国很多地区都有广泛分布，获取容易，成本低廉；(6)本发明型煤制备工艺简单，无需复杂大型设备投资，制备成本也较低；(7)本发明粘结剂为固体粉末状，包装、运输、储存等都很方便，使用方式与传统拌煤粘土基本相同，非常简单、便利；(8)本发明粘结剂适合于各类型粉煤，具有广泛的适应性，容易在我国燃煤型氟中毒地区推广，具有广阔的应用前景。本发明是申请者经多次实地考察和大量样品采集，以及数次科学实验而成，具有科学性和实用性。本发明有利于我国民用燃煤氟、硫等污染的治理，有利于我国燃煤型氟中毒的彻底预防，具有良好的经济效益、巨大的环境效益和广泛的社会效益。
具体实施例方式下面根据实施例具体说明本发明。实施例1在云南省昭通市昭阳区某一蜂窝煤厂对本发明民用型煤粘结剂的实际应用效果进行了实地验证，实验于2010年10月份开展。实验材料有两种一种是蜂窝煤厂利用粘土式粘结剂自产的“传统蜂窝煤”；另一种是利用本发明民用型煤粘结剂制备的“新型蜂窝煤”。本实施例中，“传统蜂窝煤”为粉煤掺拌粘土加水混勻用蜂窝煤机制备而成。具体步骤如下(1)将要制备蜂窝煤的煤炭用粉碎机粉碎；( 称取80kg粉碎后的煤粉，添加20kg粘土，并用搅拌机搅拌均勻，加适量水并进一步混勻后用蜂窝煤机压制出“传统蜂窝煤”。本实施例中，“新型蜂窝煤”按以下步骤制得(1)分别采集石炭纪硅质灰岩约400kg、中三叠世含硅白云岩约1000kg、三叠纪长石石英砂岩约200kg，将这些材料分别先用岩石破碎机破碎，再用磨粉机磨成粉，最后筛分得粒径小于0. 075mm的细粉备用；(2)将步骤⑴制得的中三叠世含硅白云岩、三叠纪长石石英砂岩分别于可控温回转窑炉内900°C下活化2小时得到改性中三叠世含硅白云岩、改性三叠纪长石石英砂岩；(3)称取制备好的石炭纪硅质灰岩33kg，改性中三叠世含硅白云岩60kg，改性三叠纪长石石英砂岩Ag，用搅拌机将这些材料混合均勻，得到一定量的本发明民用型煤粘结剂，并将这些粘结剂装袋运送到蜂窝煤厂；(4)在蜂窝煤厂，称取制备传统蜂窝煤用的煤粉70kg，称取上述制备好的粘结剂 30kg,混合均勻，加适量水，用蜂窝煤机压制成型得到“新型蜂窝煤”。从制备过程看，使用本发明粘结剂制备的型煤的成型性较好。在蜂窝煤厂，选择四位家庭A、B、C、D参与实验。需要说明的是，这四个家庭为蜂窝煤厂职工家庭，他们的房子为蜂窝煤厂的统一职工宿舍，使用蜂窝煤炉房间大小、结构、 密闭性等几乎完全相同，日常使用蜂窝煤厂自产的蜂窝煤取暖做饭。实验开始后，A、B两家庭仍像平时那样使用上述制备好的“传统蜂窝煤”，C、D两家庭使用上述利用本发明粘结剂制备的“新型蜂窝煤”。实验开始后，在每个家庭蜂窝煤炉最旺的时候，按相关实验规范和标准用美国产INTERSCAN-4240型二氧化硫分析仪分别测试每个使用蜂窝煤炉房间浓度。 实验过程中分别采集每个家庭使用蜂窝煤和蜂窝煤燃后渣样品，并用手持式快速热电偶分多次测试每户蜂窝煤炉的最高温度。所有采集的实验样品全部送北京中国科学院地理科学与资源研究所，测试各蜂窝煤和蜂窝煤渣样品的氟含量和各蜂窝煤样品的灰分。整个实验中，样品的测定原理和方法如下采用高温燃烧水解一一氟离子选择电极法测定上述采集样品的氟含量(冯福建， 刘晓平，虞江萍，等.环境样品中氟的测定[J].卫生研究，2004，33 (3) =288-291.)；依据国家质量监督检验检疫总局发布的《煤的工业分析方法(GB/T 212-2001)》中的“缓慢灰化法”测定采集蜂窝煤样品的灰分；采用国家质量监督检验检疫总局发布的《煤中全硫的测定方法(GB/T 214-2007))) 中的“库仑滴定法”，用鹤壁恒博仪器有限公司产汉显一500测硫仪测定上述蜂窝煤的全硫含量；燃煤的固氟率按公式(1)计算公式⑴
权利要求
1.一种可用于燃煤型氟中毒防治的民用型煤粘结剂，其特征在于由以下重量百分比原料制备而得33-35%的石炭纪硅质灰岩，60%的改性中三叠世含硅白云岩和5-7%的改性三叠纪长石石英砂岩；所述的石炭纪硅质灰岩粒径小于0. 075mm。
2.根据权利要求1所述的民用型煤粘结剂，其特征在于改性中三叠世含硅白云岩、改性三叠纪长石石英砂岩为粒径小于0. 075mm的中三叠世含硅白云岩和三叠纪长石石英砂岩分别在马弗炉或可控温回转窑炉内900°C下活化2小时所得。
3.如权利要求1所述的民用型煤粘结剂，其特这在于按以下步骤制备(1)将石炭纪硅质灰岩、中三叠世含硅白云岩、三叠纪长石石英砂岩粉碎并筛分得粒径小于0. 075mm的细粉备用；(2)称取一定量步骤(1)中制备好的中三叠世含硅白云岩和三叠纪长石石英砂岩分别置于马弗炉或可控温回转窑炉内900°C下活化2小时得到改性中三叠世含硅白云岩、改性三叠纪长石石英砂岩；(3)将以上步骤制得的石炭纪硅质灰岩、改性中三叠世含硅白云岩和改性三叠纪长石石英砂岩按权利要求1中所述的重量百分比混合均勻，即得本发明民用型煤粘结剂。
4.根据权利要求1、2所述的民用型煤粘结剂的应用，其特征在于粘结剂与煤粉的重量配比为 25-30%: 70-75% ο
全文摘要
本发明提供了一种民用型煤粘结剂及其制备方法，该种粘结剂以质量比计，包括33-35％的石炭纪硅质灰岩，60％的改性中三叠世含硅白云岩，5-7％的改性三叠纪长石石英砂岩，其中改性材料为在一定温度下活化所得。本发明粘结剂制备工艺简单，所需原材料在我国很多地区都有广泛分布，获取容易，成本低廉。本发明粘结剂无二次污染，适用于任何煤种，且兼具燃煤固氟剂、固硫剂功效，用本发明粘结剂制成的民用型煤可燃性好，燃烧中氟、硫等污染物逸出率极低，环境效益良好。特别的，在燃煤型氟中毒区，当用本发明粘结剂制成的民用型煤烘烤粮食时，可大大降低燃煤对烘烤粮食的氟污染，有利于从氟污染源头彻底解决我国的燃煤型氟中毒问题，社会效益明显。
文档编号C10L5/12GK102206524SQ20111010197
公开日2011年10月5日 申请日期2011年4月22日 优先权日2011年4月22日
发明者李会杰, 赵凡, 赵才武, 陈国庆, 雒昆利 申请人:中国科学院地理科学与资源研究所