污泥型煤添加劑的研究

第32卷第1期山.西化工Vol.32 No.12012年2月SHANXI CHEMICAL INDUSTRYFeb.2012科研與開(kāi)發(fā)，污泥型煤添加劑的研究，李毓婷，郭彥霞，程芳琴(山西大學(xué)資源與環(huán)境工程研究所,山西 太原030006)摘要:污泥具有一定的熱值和黏結性。以污泥與粉煤為原料,采用膨潤土與硅酸鈉為熱固劑,有機硅與聚乙烯醇為防水劑，制備工藝性能優(yōu)良的型煤。實(shí)驗考察了污泥量、熱固劑與防水劑的種類(lèi)及添加比例。結果表明,型煤的灰分和揮發(fā)分隨污泥量的增加而升高,發(fā)熱量降低;熱固劑與防水劑的添加使型煤的熱壓強度與防水性明顯提高;各因素優(yōu)化的工藝參數為污泥質(zhì)量分數20%、膨潤土熱固劑質(zhì)量分數6%、有機硅防水劑質(zhì)量分數1. 8%時(shí),型煤抗壓強度1.4 MPa,熱穩定性92% ,發(fā)熱量20.24 kJ/g,浸水復干強度1. 4 MPa。測試值均符合山西省型煤地方標準DB14/133-2005<太原市鍋爐用潔凈型煤》的各項指標要求。關(guān)鍵詞:型煤;污泥;添加劑;工藝性能中圖分類(lèi)號:X703 ;TQ536文獻標識碼:A文章編號:1004-7050(2012)01-0004-04引言成型后的污泥型煤存在冷、熱強度低,防水防潮性能隨著(zhù)污水處理量的增加,污泥的排放量日益增差等問(wèn)題,容易導致型煤在運輸和儲存中發(fā)生破碎多。2009年,我國每天產(chǎn)生濕污泥近10萬(wàn)t。到和遇水分散,因此使污泥型煤的工業(yè)應用受到限制。2010年底,我國每天產(chǎn)生濕污泥達到17.5萬(wàn)t。污本文以粉煤和污泥作為主要原料,常溫條件下泥的大量排放不僅占用了大量的土地，而且污染了加壓成型,考察污泥用量、添加劑種類(lèi)與比例等對污泥型煤工藝性能的影響,以便開(kāi)發(fā)高強、防水、易燃土壤、水體和大氣(13] ,嚴重威脅生態(tài)環(huán)境。由于污泥中含有30% ~40%的可燃物質(zhì),干燥等性能優(yōu)良的污泥型煤,提高污泥的資源化用量。后可產(chǎn)生15 kJ/g~21 kJ/g的熱能，而且污泥有一1實(shí)驗部分定的黏結性能,因此將污泥與粉煤復配可制成污泥.1 實(shí)驗材料型煤'41。張大康等[5]利用高含水率污泥10%與煤1.1.1原料來(lái)源泥和原煤混配,制成中空或不規則污泥型煤;董平粉煤:以山西陽(yáng)泉煤為原料，煤粉碎后顆粒粒度等[6]利用干化污泥添加量20% ~ 30%制備型煤,并為3 mm以下。通過(guò)正交實(shí)驗考察了成型壓力、干化污泥含水率及干化污泥:取自于山西省太原市楊家堡污水處理添加比例對型煤抗壓強度的影響。這些研究雖然部廠(chǎng)的脫水污泥。污泥處理工藝為中溫厭氧消化法。污分已進(jìn)行了中試,但主要集中在污泥脫水與成型條泥經(jīng)自然干燥1周后粉碎至1 mm以下,備用。件的研究上。由于污泥的黏結性能有限,容易吸水，添加劑:膨潤土,硅酸鈉,有機硅防水劑,聚乙烯收稿日期:2011-10-19享。添加劑均選用工業(yè)試劑?；痦椖?國家科技支撐項目(2007BAB24B01 ) ,太原市大學(xué)生創(chuàng )新1.1.2創(chuàng )業(yè)項1(00115152)。中國煤化工粉焊分析和元素分析見(jiàn)作者簡(jiǎn)介:李毓婷,女,1990年出生,山西大學(xué)在讀碩士研究生。研第5頁(yè)表1HCNMHG究方向:固體廢棄物處理。2012年2月李毓婷等,污泥型煤添加劑的研究.5.表1原料分析工業(yè)分析/%元素分析( dry)/%低位發(fā)熱量樣品w(M_)_ w(Aw) w(Var)__ w(FC.) w(C.) w(Hg)_ w(O) w(N_) w(SJ)/kJ. g-'粉煤1. 9026. 6210. 8063. 7662.232. 564.780.930.9823.04干化污泥4.4636.95 52. 705.8942.533.0111.220.831.0016. 10表2于化污泥的元素分析元素種類(lèi)iO2CaOAl2O3Fe2O3P2O,MgOK2OTiO2ZnO質(zhì)量分數/% 29.42426.2671. 60711. 4738. 0365. 8032. 3891. 9791.243 0. 495.1.2實(shí)驗儀器取平均值為測定結果。QM-3SP2行星式球磨機,南京南大儀器廠(chǎng);6)防水性能測試:將試祥放人盛有水的燒杯CTM300型自動(dòng)控溫儀,中國礦業(yè)大學(xué)張洪研究所中,水沒(méi)過(guò)型煤試樣,觀(guān)察其防水情況。若24h不研制;CT5000A型多用熱量測定儀，中國礦業(yè)大學(xué)散,取出,測浸水強度與浸水復干強度。浸水強度與張洪研究所研制;XY-01型型煤液壓抗壓強度測定浸水復干強度依據MT/T 749 -2007《工業(yè)型煤浸水儀,北京順義牛欄山順達制造廠(chǎng);型煤成型裝置,成強度和浸水復干強度的測定方法》。型壓力可在2 MPa ~60 MPa調節,自制。1.5 實(shí)驗方法1.3 型煤的制備1.5.1添加污泥對型煤性能的影響將粉煤與不同添加比例的污泥與添加劑混合，將污泥分別以質(zhì)量分數0%.8%、12%、16%、然后放人混料機中攪拌均勻。其中,添加固體粉料20%、30%、40%的添加比例與粉煤混合,按照1.3質(zhì)量10%的水作為型煤膨潤劑。將混合物料放人的實(shí)驗方法制作實(shí)驗用型煤,按照1.4測定型煤燃自行設計的成型裝置內,在30 MPa的壓力下壓制成點(diǎn)發(fā)熱量殘渣發(fā)熱量以及燒失率等基本性能,確型,然后在105 C ~110 C的烘箱中干燥1 h。將干定型煤中污泥的最佳添加量。燥后的型煤樣品取出,冷卻至室溫，收集待測。制得1.5.2添加熱固劑對 型煤強度的影響的型煤規格為圓柱形(φ45 mm x25 mm),濕球重在1.5.1確定的最佳污泥添加量的條件下,分25 g~ 30 g,干球重20g~25 g。別以膨潤土與硅酸鈉作為型煤熱固劑,添加比例為1.4 型煤性能測試方法型煤質(zhì)量的0%、2% .4% .6%、8%、10% , 進(jìn)行型煤1)燃點(diǎn)、發(fā)熱量的測定:分別依據GB/T 7702.成型實(shí)驗。按照1.44) 5)測定污泥型煤冷、熱強92008《煤質(zhì)顆?；钚蕴吭囼灧椒ㄖ?zhù)火點(diǎn)的測定》、度和熱穩定性等,確定最佳熱固劑及其最佳添加量。GB/T 213-2003《煤的發(fā)熱量測定方法》。1.5.3 添加防水劑對型煤防水性能的影響2)燒失率的測定:實(shí)驗前測定型煤樣的質(zhì)量,在1.5.2確定的最佳熱固劑添加量的條件下,然后將型煤置于馬弗爐內,在900 C下通風(fēng)燃燒分別以有機硅與聚乙烯醇作為防水添加劑，添加比2 h,冷卻至室溫,測定殘渣質(zhì)量。燒失率計算公式例為型煤質(zhì)量的0%、0. 2% .0. 4%、0. 6%、0. 8%、為式(1):1.0%、1. 5%、2. 0%,進(jìn)行型煤成型實(shí)驗。按照燒失率=型煤量二殘渣量x 100%(1)1.4 6)測污泥型煤防水性能，確定最佳防水劑及其型煤量最佳添加量。3)型煤的灰分、揮發(fā)分測定:將型煤樣品粉碎1.5.4高強防水污泥型煤配方工業(yè)分析至0.2 mm以下,根據CB/T 212-2001《煤的工業(yè)分析在1.5.1、1.5.2、1.5. 3確定的最佳污泥型煤各方法》中緩慢灰化法揮發(fā)分的測定方法進(jìn)行測定。添加劑配比條件下,根據實(shí)驗所選配方,利用工業(yè)用4)冷壓強度、熱穩定性以及落下強度的測定:型煤成型機制備污泥型煤,對污泥型煤進(jìn)行工業(yè)、元分別依據MT/T 748-2007《工業(yè)型煤冷壓強度測定素分析與性能分析測定。方法》、MT/T 924-2004《工業(yè)型煤熱穩定性測定方法》與MT/T 925-2004《工業(yè)型煤落下強度測定2結果與中國煤化工方法》。2.1污泥添MHCNMHG響5)熱壓強度測試:取成品試樣,在850C加熱由實(shí)驗方法1.5:1得到型煤樣品的燃燒性能數30min,取出即測其破碎前所能承受的最大壓力。據見(jiàn)第6頁(yè)表3?！?.山西化工2012年2月表3污泥添加量對型煤樣 品燃燒性能的影響中不易分解,高溫條件下仍可以起到黏結的作用,使污泥添加質(zhì)量分數/% 0 8 12 16 20 30 40型煤不易破碎。實(shí)驗確定污泥添加比例20% ,依據型煤燃點(diǎn)/C實(shí)驗方法1.5.2改變熱固劑添加比例，得到的數據型煤發(fā)熱量/kJ.g-' 23.04 22.47 21.20 21.14 20.65 20.58 18.96見(jiàn)圖2。殘渣發(fā)熱量/kJ.g-9.88 6.88 6.67 5.81 5.60 5.62 5.13型煤燒失率/% 33.36 35.93 38.44 37.95 37.98 38.45 40.311.8+膨潤土根據表3可知,1)隨著(zhù)污泥添加量的增加,型1.6--▲硅酸鈉成1.4-煤的燃點(diǎn)呈逐漸降低的趨勢。這是因為,污泥本身恩1.2含有低燃點(diǎn)的物質(zhì)，如一些有機物殘片自身易于引出1燃,在污泥點(diǎn)燃后可以迅速地引燃周?chē)拿?進(jìn)而降0.8低型煤的整體著(zhù)火溫度。2)隨污泥添加量的增加,10添加質(zhì)量分數1%型煤的熱值降低,添加量超過(guò)30%后,污泥型煤的a)抗壓強度發(fā)熱量低于20 kJ/g,與原煤相比,發(fā)熱量降低13%1.2。1.02毋膨潤土以上;而當添加量超過(guò)20%后,型煤灰分和揮發(fā)分.0.8-士硅酸鈉,等增加顯著(zhù)(見(jiàn)圖1) ,不利于型煤潔凈燃燒,灰分的型0.6-增加還會(huì )增加灰渣處理的負擔,因而不能滿(mǎn)足型煤當0.4-使用需求。綜合考慮型煤各項性能指標,污泥的添* 0.加量不易超過(guò)20%。3)隨污泥添加量的增加,殘0.02渣的熱值降低,燒失率升高,型煤燃燼率增加。這是因為,型煤中的污泥首先燃燒后型煤中的孔隙率增b)熱壓強度I- 膨潤土加,為氧氣的滲透擴散提供了條件,使燃燒更容易深9思80卜+硅酸鈉人型煤內層,改善型煤的燃燒效果。7050-36， 50g 34-●-30盡4025暢3感3020卡國28-202.46810圖26-$ 24-0e)熱穩定性0812162030409(++膨潤土污泥添加質(zhì)量分數/%退80+硅酸鈉號70圖1 型煤灰分與揮發(fā)分隨污泥添加的變化員60污泥添加比例對型煤機械強度的影響見(jiàn)表4。表420% 污泥添加比例制得型煤的性能分析30冷壓強落下強熱壓強熱穩定浸水復干型煤性能度/MPa度/% 度/MPa 性/% 強度/MPa添加質(zhì)量分數1d)落下強度測試值41. 460.15 39.27 無(wú)法測定圉2污泥 型煤機械強度隨熱固劑添加的變化實(shí)驗過(guò)程中發(fā)現,添加20%的污泥型煤干燥如圖2所示，隨著(zhù)熱固劑加入量的增加,污泥型后,抗壓強度差,燃燒后極易破碎,無(wú)法達到生產(chǎn)使煤的機械強度有增加的趨勢,說(shuō)明2種熱固劑都能用的要求。另外,污泥型煤樣品放人水中后,20 min增強污泥型煤的機械強度;膨潤土的熱固效果優(yōu)于之內全部成散煤狀,無(wú)防水性能。針對污泥型煤熱硅酸鈉。添加劑的加入量越大,型煤的性能越好。強度低與防水性能差的問(wèn)題,本文以污泥添加量但是,隨著(zhù)添加劑加人量的增大,型煤的灰分、揮發(fā)20%為基準,進(jìn)一步研究黏結劑與防水劑對污泥型分增加,中國煤化工還可知,當膨潤土煤工藝性能的影響。的添加質(zhì)HCNMHG壓強度可以達到.2.2添加黏結劑對型煤強度的影響0.9 MPa、熱穩定性達到80.62%冷壓強度1.7 MPa、落膨潤土硅酸鈉均屬于無(wú)機物,在型煤燃燒過(guò)程下強度86.30%,均可達到山西省型煤地方標準2012年2月.李毓婷等,污泥型煤添加劑的研究DB14/133-2005要求。所以,實(shí)驗選擇添加質(zhì)量分水中在短時(shí)間內泡散;添加質(zhì)量分數大于0. 8%后,數6%的膨潤土作為污泥型煤的熱固劑。型煤樣漸漸出現碎末游離,浸泡24h后型煤表面有2.3添加防水劑對型煤防水性能的影響裂紋，無(wú)法測定其浸水復干強度。有機硅與聚乙烯醇均為良好的防水材料,可在實(shí)驗測定了忝加質(zhì)量分數0. 6%、0. 8%、型煤表面形成一層無(wú)色透明的薄膜,當雨水吹打其1.0%、1.2%、1.4%、1. 6%、1. 8%、2. 0%有機硅防上或遇潮濕空氣時(shí),水滴會(huì )自然流淌,可以防止型煤水劑污泥型煤的浸水強度與浸水復干強度,測定數吸水破碎。實(shí)驗確定污泥添加比例20%、熱固劑添?yè)绫?所示。加質(zhì)量分數6% ,依據實(shí)驗方法1.5.3改變防水劑表6有機硅防水 劑添加i對污泥型煤防水性的影響添加比例,得到的數據見(jiàn)表5。添加質(zhì)量分數/%_ 0.0.81.2 1.4 1.6 1.8 2.0表5防水劑添加量 對污泥型煤防水性的影響浸水強度/MPa出現裂紋 出現裂紋出現裂紋0.6 0.8 0.8 0.9添加質(zhì)量分數/% 0 0.20.40.60.8 1.01.520浸水復干強度/MPa出現裂紋出現裂紋出現裂紋1.0 1.2 1.4 1.4有機硅防水性/min一<30 <75 >120 >120 >120 >120 >120由表6可得,隨著(zhù)有機硅添加量的不斷增加,污聚乙烯醇防水性/min一一一一<30 <45 <120 <120泥型煤的防水性能逐漸增強,型煤的復千強度逐漸由表5可得,有機硅防水性能明顯好于聚乙烯恢復到浸水前的高強度,在添加質(zhì)量分數為1. 8%醇的防水性能。以有機硅作為防水劑制成的污泥型時(shí),復干強度達到1.4 MPa的型煤標準要求。煤浸人水中時(shí),有少量氣泡產(chǎn)生。添加質(zhì)量分數低2.4高強防水污泥型煤配方工業(yè)分析于0.6%的型煤樣在2h內出現裂紋,并在24h后根據實(shí)驗所選配方，污泥型煤各成分的質(zhì)量配散開(kāi);添加質(zhì)量分數高于0.6%的型煤樣在浸泡比為:72.2%煤,20%污泥,6%膨潤土,1. 8%防水24 h后不破散,可以保持型煤產(chǎn)品原有形狀。利用劑。所制污泥型煤的工業(yè)分析、元素分析和性能分聚乙烯醇作為防水劑制成的型煤放人水中后有大量析見(jiàn)表7和表8。氣泡產(chǎn)生,添加質(zhì)量分數低于0.8%的型煤樣放入表7型煤樣的工業(yè)分析和元素分析工業(yè)分析/%元素分析(dry)/%低位發(fā)熱樣品w(M.) o(A.) w(Vu) 1o(FC.) w(C.)w(H_) w(O) w(N.) w(S_)量/kJ. g~測試值2.5936.09 35. 9339.2950.25 2. 996.38_0. 800.9020.24表8干化污泥型煤的性能分析機硅和聚乙烯醇作為污泥型煤的防水劑,可以改善型煤冷壓 落下 熱壓熱穩定 浸水復干污泥型煤的防水效果,有機硅的防水性能優(yōu)于聚乙性能強度/MPa 強度/%強度/MPa性/%強度/MPa烯醇的防水性能。1.590.992指標值1.2953)優(yōu)化的污泥型煤添加劑添加質(zhì)量分數為污由表7和表8可看出,實(shí)驗用污泥型煤添加膨泥20%、膨潤土6%、有機硅防水劑1.8%時(shí),污泥潤土與有機硅后,工業(yè)分析元素分析均符合工業(yè)型型煤的各項性能指標為冷壓強度1.4 MPa熱穩定煤標準,低位發(fā)熱量20. 24 kJ/g,冷壓強度1.4 MPa,性92%、浸水復干強度1.4 MPa。熱穩定性92%,浸水復干強度1.4MPa,滿(mǎn)足型煤使參考文獻:用要求。[1] Deng Wenyi, Yan Jianhua. Enmission charateristics ofdioxins，furans and polycyelic aromatic hydrocarbons3結語(yǔ)during fuidized-bed combustion of sewage sludge [ J].1)利用污泥作為型煤的原料，可以改善污泥型Joumal of Environmental Sciences ,2009 ,21(12) :1747-煤的燃燒性能。隨污泥添加量的增加,型煤熱值有[2]王發(fā)珍 ,李天增.城鎮污水廠(chǎng)污泥處理技術(shù)[J].建設降低的趨勢,灰分有升高的趨勢。污泥的添加質(zhì)量科技,2009(7) :58-59. .分數不超過(guò)20%為宜。2)以質(zhì)量分數20%的污泥添加量為基準,研[3] 寧寧,王中國煤化工廠(chǎng)污泥處置及利用途徑HCNMH G:18-20.究了添加劑對型煤工藝性能的影響。結果表明,添.[4]申榮艷,駱水明,膝應,等.城市污泥的污染現狀及加膨潤土和硅酸鈉可以提高污泥型煤的機械強度和其土地利用評價(jià)[J].土壤,2006 ,38(5) :517-524.熱穩定性,膨潤土的熱固性能優(yōu)于硅酸鈉。利用有(下轉第13頁(yè))2012年2月.衛彥菊等,某云爆彈裝藥金屬接觸腐蝕性研究強的高氯酸溶液,高氯酸溶液與金屬作用,使金屬出社,2005.[4] 嚴楠.火工品失效分析概論[J].失效分析與預防，現嚴重腐蝕。2006,1(1):10-13.2)對藥柱進(jìn)行密封，使之與外界水分隔離,是[5] 劉磊力,李鳳生,支春雷,等.鎂基儲氫材料對AP/AL/有效地降低含AP組分的云爆彈裝藥對金屬腐蝕的HTPB復合固體推進(jìn)劑性能的影響[J].含能材料,行之有效的方法。2009 ,17(5) :501-504.參考文獻: .[6]劉子如, 陰翠梅,孔揚輝,等.高氯酸銨的熱分解機理[J].含能材料,000,8(2):75-79.[1]徐濤,黃黎明,房永曦.高聚物黏結炸藥與金屬的接[7]陰翠梅,劉子如,孔揚輝,等.固體推進(jìn)劑熱分解的高觸腐蝕的研究[J].含能材料,2000 ,8(4) :178-180.壓DSC特征量[J].含能材料, 1998 ,6(4):173.[2] 任務(wù)正,王澤山火炸藥理論與實(shí)踐[ M].北京:中國[8]劉建輝 ,馮朝陽(yáng),劉佶儒,等. RDX-AP體系熱分解研究北方化學(xué)工業(yè)總公司編輯出版社,2001:1-37.及相容性初探[J].火工品,2004(6) :8-11.[3]張棟,鐘培道.失效分析[M].北京:國防工業(yè)出版Study on the contact corrosion of contacted metal of the FAE chargeWei Yan-ju, Lv Chun-ling, Zhou De-cai(School of Chemnical Engineering and Environment, North University of China, Taiyuan Shanxi 030051 , China)Abstract : In order to explore the reason of corrosion of contacted metal of new FAE charge , metallic contact corrosion tests of three newkinds of typical FAE charges was done and the inner compatibility of diferent components within charge was studied. The resuls indi-cated that in the standard experimental conditions, the contacted metal plate showed an obvious corrosive perforated phenomenon underthe function of FAE charges，which contained AP component, due to the strong redox reaction between perchloric acid solution andnetal. The corrosive effect could be reduced efectively by anti-corrosion treatment on the metal surface and sealing the charge grain.And sealing the charge grain which made it fully isolated from outside water possessed a great operability and was the most eficientways to reduce corrosion.Key words : inorganic chemistry; FAE charge; metal corrosion; ammunition failure(上接第7 頁(yè))[5]張大康,吳建平,田文艷.以污泥為黏合劑的型煤固硫[6]董平,張?chǎng)?矯健.干化污泥型煤抗壓強度的實(shí)助燃新探[J].節能技術(shù),2007 ,25(6) :569-571.驗研究[ J].潔凈煤技術(shù),2010,16(2) :26-29.Research of additive of the sludgy coalLI Yu-ting, GUO Yan-xia, CHENG Fang-qin(Institute of Resources and Environment Engineering, Shanxi University, Taiyuan Shanxi 03006, China)Abstract:Activated sludge posesses a calorifice value and cohesiveness. The high-propeties briquette was prepared by sewage sludgeand coal as raw material, bentonite and sodium silicate as thermosetting agents, organic silicon and polyvinyI alcohol as waterproof 8-gent. The efect of the proportions of sludge, themosetting agents and waterproofing agents on the technological properties of briquettewas inspected. The results showed that ash and volatile of briquette was increased and the calorific value was reduced with the increas-ing of amount of sludge. The technological properties of briquette were improved by the adding of additives. The optimization values oftechological parameter were that the proporion of sludge was 20%，, the proportin 0中國煤化工w 6% and theproportion of silicone waterproofing agent was 1. 8% . The compressive strength of briqEbility was 92%，caloriic value was 20. 24 kJ/g and the water immersion afer dry strength was 1.4 MPa:YHCNM H Goud meet the index requirements of local standards DB14/133-2005 in Shanxi Province.Key words:briquette; sludge; additives ; technological properties