本发明属于煤炭成型领域，具体而言，本发明涉及无机粘结剂和制备混合球团的方法。
背景技术：
中国长焰煤储量巨大、价格低廉，但是其利用存在效率较低、浪费严重等问题。目前，块状长焰煤利用率较高，但是同时产生大量粉末状长焰煤粉，这不仅造成巨大的资源浪费，而且产生了一定的环境污染，因此，粉末状长焰煤的利用迫在眉睫。
传统电石行业主要采用块状煤炭和块状生石灰为原料生产电石，但是该生产方式效率低下，这主要是由于块状煤炭和块状生石灰接触面积小、反应速度慢。然而，粉末状煤炭和粉末状生石灰却能有效克服这一缺点，两者接触面积大，在高温下制备电石的反应快，能有效节约能源。粉末状煤炭和粉末状生石灰制备的球团需要具有良好的冷态强度以保证能顺利进入旋转床，同时其也需要具有良好的热态强度，以保证热解后的球团具有能进入电炉的强度。现有制备上述球团的技术中，主要采用有机粘结剂，加入量较多，成本高，且成型所需的能耗、原料成本高。
因此，现有生产电石的技术有待进一步改进。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种无机粘结剂和制备混合球团的方法。该组成的无机粘结剂原料来源广泛，且价格低廉，避免了采用价格昂贵的有机沥青粘结剂，显著降低了成本。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种无机粘结剂，根据本发明的实施例，所述无机粘结剂包括：100重量份的水玻璃；40-60重量份的骨料；5-10重量份的粉料；以及0.1-2重量份的添加剂。由此，该组成的无机粘结剂原料来源广泛，且价格低廉，避免了采用价格昂贵的有机沥青粘结剂，显著降低了成本。
另外，根据本发明上述实施例的无机粘结剂还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述骨料为选自钒土熟料、黏土熟料和硅质耐火土中的至少之一。由此，可进一步提高无机粘结剂的品质。
在本发明的一些实施例中，所述粉料为选自钒土粉、生黏土和硅藻土中的至少之一。由此，可进一步提高无机粘结剂的品质。
在本发明的一些实施例中，所述添加剂为选自选自氯化石蜡、镁砂和氟硅酸钠中的至少之一。由此，可进一步提高无机粘结剂的品质。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种采用上述无机粘结剂制备混合球团的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)将长焰煤粉与消石灰粉和粘结剂进行混合，以便得到混合物料；
(2)将所述混合物料进行成型和静置处理，以便得到混合球团，
其中，所述粘结剂为上述所述的无机粘结剂。
根据本发明实施例的制备混合球团的方法通过将长焰煤粉与消石灰粉和粘结剂混合、成型和静置制得混合球团，整个工艺简单，能耗较低，且粘结剂采用的是上述包括水玻璃、骨料、粉料和添加剂的无机粘结剂，避免了采用价格昂贵的有机沥青类粘结剂，有利于降低制备混合球团的成本，且通过上述制备方法得到的混合球团的冷态抗压强度达700n以上，1000摄氏度热解后的抗压强度达500n以上，具有良好的耐高温性能。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述长焰煤粉和所述消石灰粉的混合质量比为0.9：(1.3～1.32)，所述粘结剂的加入量为所述长焰煤粉和所述消石灰粉总质量的6％-15％。由此，有利于提高混合球团的品质。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，将所述长焰煤粉与所述消石灰粉和所述粘结剂进行混合10～15min。由此，可进一步提高混合球团的品质。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述成型处理的压力为15～19mpa。由此，可进一步提高混合球团的品质。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述静置处理的时间为1-2天。由此，可进一步提高混合球团的品质。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的制备混合球团的方法。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明公开了一种无机粘结剂，根据本发明的实施例，上述无机粘结剂包括：100重量份的水玻璃，40-60重量份的骨料，5-10重量份的粉料及0.1-2重量份的添加剂。具体的，先将骨料、粉料和添加剂混合并搅拌均匀，然后加入水玻璃，再次均匀搅拌直至没有结块为止，得到无机粘结剂。发明人发现，硅酸盐水玻璃是一种活性粘结剂，它能与碱土金属氧化物混合，混合后发生反应形成坚固的整体且具有良好的耐火和耐高温性能，添加剂在无机粘结剂中主要起到促进水玻璃和骨料、粉料之间的交联和固化的作用。该无机粘结剂原料来源广泛，且价格低廉，避免了采用价格昂贵的有机沥青粘结剂，显著降低了成本，并且采用该粘结剂得到的混合球团的冷态抗压强度高达700n以上，1000摄氏度热解后的抗压强度高达500n以上，具有良好的耐高温性能。水玻璃作为无机粘结剂的主体，如果其与骨料、粉料和添加剂的质量比过低，则会导致无机粘结剂的粘结效果较差；而如果其与骨料、粉料和添加剂的质量比过高，则会导致无机粘结剂制备的混合球团耐高温性能较弱。由此，采用本发明提出的无机粘结剂的配比可显著提高混合球团的品质。
根据本发明的一个实施例，骨料的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，骨料可以为选自钒土熟料、黏土熟料和硅质耐火土中的至少之一。发明人发现，采用该类骨料可显著优于其他类型提高无机粘结剂的品质，同时上述骨料来源广泛，价格低廉。
根据本发明的再一个实施例，粉料的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，粉料可以为选自钒土粉、生黏土和硅藻土中的至少之一。发明人发现，采用该类粉料可显著优于其他类型提高无机粘结剂的品质，同时上述粉料来源广泛，价格低廉。
根据本发明的又一个实施例，添加剂的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，添加剂可以为选自选自氯化石蜡、镁砂和氟硅酸钠中的至少之一。发明人发现，采用该类添加剂可显著优于其他类型提高无机粘结剂的品质，同时上述添加剂来源广泛，价格低廉。
在本发明的再一个发明，本发明提出了一种采用上述无机粘结剂制备混合球团的方法，根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：
s100：将长焰煤粉与消石灰粉和粘结剂进行混合
该步骤中，将长焰煤粉与消石灰粉和粘结剂进行混合，以便得到混合物料，其中所述粘结剂为上述的无机粘结剂。具体的，将上述无机粘结剂与长焰煤粉和消石灰粉混合搅拌均匀，直至无机粘结剂与长焰煤粉和消石灰粉充分接触，如此，有利于提高混合球团的品质。发明人发现，通过采用上述含有水玻璃、骨料、粉料和添加剂组成的无机粘结剂，不仅可以显著降低球团制备成本，而且得到的混合球团的冷态抗压强度高达700n以上，1000摄氏度热解后的抗压强度高达500n以上，具有良好的耐高温性能。
根据本发明的一个实施例，长焰煤粉和消石灰粉的混合质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，长焰煤粉和消石灰粉的混合质量比可以为0.9：(1.3～1.32)。发明人发现，如果长焰煤粉和消石灰粉的质量比过低，则混合料中c与ca比值过低，导致混合球团进入电炉制备电石产量过低；如果长焰煤粉和消石灰粉的质量比过高，则混合物料熔点变高，混合球团进入电炉制备电石需要更高的温度环境，导致能耗增大，成本增加。由此，采用本发明提出的长焰煤粉与消石灰粉的混合质量比可显著优于其他提高混合球团的品质，进而提高制备电石的生产效率，同时降低能耗。
根据本发明的再一个实施例，粘结剂的加入量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，粘结剂的加入量可以为长焰煤粉和消石灰粉总质量的6％-15％。发明人发现，如果粘结剂的加入量过多，虽然保证了混合球团的强度，但是过多会导致混合球团制备成本升高；如果粘结剂的加入量过少，则会导致混合球团的粘结性不够，强度较弱，不能满足混合球团进入电炉的要求。由此，采用本发明提出的粘结剂的加入量可以显著提高混合球团的品质，同时节约原料成本。
根据本发明的又一个实施例，长焰煤粉与消石灰粉和粘结剂的混合时间并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，可以将长焰煤粉与消石灰粉和粘结剂进行混合10～15min。发明人发现，采用该混合条件可显著优于条件使得长焰煤粉与消石灰粉和粘结剂混合充分，同时节约能耗。
s200：将混合物料进行成型和静置处理
该步骤中，将混合物料进行成型和静置处理，以便得到混合球团。具体的，将上述混合物料供给至对辊压球机中进行成型处理，得到成型球团，并将所得成型球团放于空气中静置，得到混合球团。发明人发现，将混合物料经成型和静置处理后，可显著提高所得混合球团的品质。
根据本发明的一个实施例，成型处理的压力并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，成型处理的压力可以为15～19mpa。发明人发现，若成型处理的压力过低，混合物料之间接触不牢固，导致混合球团强度低；而若成型处理的压力过高，则混合球团表面易产生裂纹，同时对机器的损耗较大。由此，采用本发明提出的成型处理的压力可以显著提高混合球团的品质。
根据本发明的再一个实施例，静置处理的时间并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，静置处理的时间可以为1-2天。发明人发现，静置处理可以让粘结剂中骨料、粉料和添加剂之间在室温下继续反应，如果静置时间过短，粘结剂反应未完成，易造成混合球团强度较差；若静置时间过长，粘结剂相互之间的固化反应早已结束，会导致制备球团流程变长、效率变低。由此，采用本发明提出的静置处理的时间可显著提高混合球团的品质，同时得到较高的生产效率。
根据本发明实施例的制备混合球团的方法通过将长焰煤粉与消石灰粉和粘结剂混合、成型和静置制得混合球团，整个工艺简单，能耗较低，且粘结剂采用的是上述包括水玻璃、骨料、粉料和添加剂的无机粘结剂，避免了采用价格昂贵的有机沥青类粘结剂，有利于降低制备混合球团的成本，且通过上述制备方法得到的混合球团的冷态抗压强度达700n以上，1000摄氏度热解后的抗压强度达500n以上，具有良好的耐高温性能。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例中所使用原料规格如下：
钒土熟料，工业级，100目，1000-2000摄氏度；
钒土粉，工业级，100目，大于600摄氏度；
黏土熟料，工业级，100目；
硅藻土，工业级，200目，fe2o3小于99wt％；
硅质耐火土，工业级，100目，1000-2000摄氏度；
氯化石蜡，主要指氯化石蜡52和氯化石蜡70。
实施例1
首先将钒土熟料、钒土粉和氯化石蜡混合并搅拌均匀，随后加入水玻璃，均匀搅拌直至没有结块为止，得到粘结剂。其中，水玻璃与钒土熟料、钒土粉和氯化石蜡的混合质量比为100：40：5：0.5。然后将上述制备的粘结剂与长焰煤粉、消石灰粉混合搅拌15分钟，得到混合物料。其中，长焰煤粉和消石灰粉的混合质量比为0.9：1.3，粘结剂的加入量为长焰煤粉和消石灰粉总质量的10wt％，接着将上述混合物料放入压力为15mpa的对辊压球机中进行成型处理，最后将成型所得的球团放于空气中静置1天时间，得到混合球团。所得的混合球团的冷态抗压强度为800n，在1000摄氏度下热解后混合球团的平均抗压强度为540n。
实施例2
首先将黏土熟料、生黏土和镁砂混合并搅拌均匀，随后加入水玻璃，均匀搅拌直至没有结块为止，得到粘结剂。其中，水玻璃与黏土熟料、生黏土和镁砂的混合质量比为100：50：8：1。然后将上述制备的粘结剂与长焰煤粉、消石灰粉混合搅拌15分钟，得到混合物料。其中，长焰煤粉和消石灰粉的混合质量比为0.9：1.32，粘结剂的加入量为长焰煤粉和消石灰粉总质量的15wt％，接着将上述混合物料放入压力为17mpa的对辊压球机中进行成型处理，最后将成型所得的球团放于空气中静置2天时间，得到混合球团。所得的混合球团的冷态抗压强度为780n，在1000摄氏度下热解后混合球团的平均抗压强度为560n。
实施例3
首先将硅质耐火土、硅藻土和氟硅酸钠混合并搅拌均匀，随后加入水玻璃，均匀搅拌直至没有结块为止，得到粘结剂。其中，水玻璃与硅质耐火土、硅藻土和氟硅酸钠的混合质量比为100：60：10：2。然后将上述制备的粘结剂与长焰煤粉、消石灰粉混合搅拌10分钟，得到混合物料。其中，长焰煤粉和消石灰粉的混合质量比为0.9：1.31，粘结剂的加入量为长焰煤粉和消石灰粉总质量的8wt％，接着将上述混合物料放入压力为19mpa的对辊压球机中进行成型处理，最后将成型所得的球团放于空气中静置1.5天时间，得到混合球团。所得的混合球团的冷态抗压强度为850n，在1000摄氏度下热解后混合球团的平均抗压强度为535n。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。