污泥型煤添加剂的研究

第32卷第1期山.西化工Vol.32 No.12012年2月SHANXI CHEMICAL INDUSTRYFeb.2012科研与开发，污泥型煤添加剂的研究，李毓婷，郭彦霞，程芳琴(山西大学资源与环境工程研究所,山西 太原030006)摘要:污泥具有一定的热值和黏结性。以污泥与粉煤为原料,采用膨润土与硅酸钠为热固剂,有机硅与聚乙烯醇为防水剂，制备工艺性能优良的型煤。实验考察了污泥量、热固剂与防水剂的种类及添加比例。结果表明,型煤的灰分和挥发分随污泥量的增加而升高,发热量降低;热固剂与防水剂的添加使型煤的热压强度与防水性明显提高;各因素优化的工艺参数为污泥质量分数20%、膨润土热固剂质量分数6%、有机硅防水剂质量分数1. 8%时,型煤抗压强度1.4 MPa,热稳定性92% ,发热量20.24 kJ/g,浸水复干强度1. 4 MPa。测试值均符合山西省型煤地方标准DB14/133-2005<太原市锅炉用洁净型煤》的各项指标要求。关键词:型煤;污泥;添加剂;工艺性能中图分类号:X703 ;TQ536文献标识码:A文章编号:1004-7050(2012)01-0004-04引言成型后的污泥型煤存在冷、热强度低,防水防潮性能随着污水处理量的增加,污泥的排放量日益增差等问题,容易导致型煤在运输和储存中发生破碎多。2009年,我国每天产生湿污泥近10万t。到和遇水分散,因此使污泥型煤的工业应用受到限制。2010年底,我国每天产生湿污泥达到17.5万t。污本文以粉煤和污泥作为主要原料,常温条件下泥的大量排放不仅占用了大量的土地，而且污染了加压成型,考察污泥用量、添加剂种类与比例等对污泥型煤工艺性能的影响,以便开发高强、防水、易燃土壤、水体和大气(13] ,严重威胁生态环境。由于污泥中含有30% ~40%的可燃物质,干燥等性能优良的污泥型煤,提高污泥的资源化用量。后可产生15 kJ/g~21 kJ/g的热能，而且污泥有一1实验部分定的黏结性能,因此将污泥与粉煤复配可制成污泥.1 实验材料型煤'41。张大康等[5]利用高含水率污泥10%与煤1.1.1原料来源泥和原煤混配,制成中空或不规则污泥型煤;董平粉煤:以山西阳泉煤为原料，煤粉碎后颗粒粒度等[6]利用干化污泥添加量20% ~ 30%制备型煤,并为3 mm以下。通过正交实验考察了成型压力、干化污泥含水率及干化污泥:取自于山西省太原市杨家堡污水处理添加比例对型煤抗压强度的影响。这些研究虽然部厂的脱水污泥。污泥处理工艺为中温厌氧消化法。污分已进行了中试,但主要集中在污泥脱水与成型条泥经自然干燥1周后粉碎至1 mm以下,备用。件的研究上。由于污泥的黏结性能有限,容易吸水，添加剂:膨润土,硅酸钠,有机硅防水剂,聚乙烯收稿日期:2011-10-19享。添加剂均选用工业试剂。基金项目:国家科技支撑项目(2007BAB24B01 ) ,太原市大学生创新1.1.2创业项1(00115152)。中国煤化工粉焊分析和元素分析见作者简介:李毓婷,女,1990年出生,山西大学在读硕士研究生。研第5页表1HCNMHG究方向:固体废弃物处理。2012年2月李毓婷等,污泥型煤添加剂的研究.5.表1原料分析工业分析/%元素分析( dry)/%低位发热量样品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种类iO2CaOAl2O3Fe2O3P2O,MgOK2OTiO2ZnO质量分数/% 29.42426.2671. 60711. 4738. 0365. 8032. 3891. 9791.243 0. 495.1.2实验仪器取平均值为测定结果。QM-3SP2行星式球磨机,南京南大仪器厂;6)防水性能测试:将试祥放人盛有水的烧杯CTM300型自动控温仪,中国矿业大学张洪研究所中,水没过型煤试样,观察其防水情况。若24h不研制;CT5000A型多用热量测定仪，中国矿业大学散,取出,测浸水强度与浸水复干强度。浸水强度与张洪研究所研制;XY-01型型煤液压抗压强度测定浸水复干强度依据MT/T 749 -2007《工业型煤浸水仪,北京顺义牛栏山顺达制造厂;型煤成型装置,成强度和浸水复干强度的测定方法》。型压力可在2 MPa ~60 MPa调节,自制。1.5 实验方法1.3 型煤的制备1.5.1添加污泥对型煤性能的影响将粉煤与不同添加比例的污泥与添加剂混合，将污泥分别以质量分数0%.8%、12%、16%、然后放人混料机中搅拌均匀。其中,添加固体粉料20%、30%、40%的添加比例与粉煤混合,按照1.3质量10%的水作为型煤膨润剂。将混合物料放人的实验方法制作实验用型煤,按照1.4测定型煤燃自行设计的成型装置内,在30 MPa的压力下压制成点发热量残渣发热量以及烧失率等基本性能,确型,然后在105 C ~110 C的烘箱中干燥1 h。将干定型煤中污泥的最佳添加量。燥后的型煤样品取出,冷却至室温，收集待测。制得1.5.2添加热固剂对 型煤强度的影响的型煤规格为圆柱形(φ45 mm x25 mm),湿球重在1.5.1确定的最佳污泥添加量的条件下,分25 g~ 30 g,干球重20g~25 g。别以膨润土与硅酸钠作为型煤热固剂,添加比例为1.4 型煤性能测试方法型煤质量的0%、2% .4% .6%、8%、10% , 进行型煤1)燃点、发热量的测定:分别依据GB/T 7702.成型实验。按照1.44) 5)测定污泥型煤冷、热强92008《煤质颗粒活性炭试验方法着火点的测定》、度和热稳定性等,确定最佳热固剂及其最佳添加量。GB/T 213-2003《煤的发热量测定方法》。1.5.3 添加防水剂对型煤防水性能的影响2)烧失率的测定:实验前测定型煤样的质量,在1.5.2确定的最佳热固剂添加量的条件下,然后将型煤置于马弗炉内,在900 C下通风燃烧分别以有机硅与聚乙烯醇作为防水添加剂，添加比2 h,冷却至室温,测定残渣质量。烧失率计算公式例为型煤质量的0%、0. 2% .0. 4%、0. 6%、0. 8%、为式(1):1.0%、1. 5%、2. 0%,进行型煤成型实验。按照烧失率=型煤量二残渣量x 100%(1)1.4 6)测污泥型煤防水性能，确定最佳防水剂及其型煤量最佳添加量。3)型煤的灰分、挥发分测定:将型煤样品粉碎1.5.4高强防水污泥型煤配方工业分析至0.2 mm以下,根据CB/T 212-2001《煤的工业分析在1.5.1、1.5.2、1.5. 3确定的最佳污泥型煤各方法》中缓慢灰化法挥发分的测定方法进行测定。添加剂配比条件下,根据实验所选配方,利用工业用4)冷压强度、热稳定性以及落下强度的测定:型煤成型机制备污泥型煤,对污泥型煤进行工业、元分别依据MT/T 748-2007《工业型煤冷压强度测定素分析与性能分析测定。方法》、MT/T 924-2004《工业型煤热稳定性测定方法》与MT/T 925-2004《工业型煤落下强度测定2结果与中国煤化工方法》。2.1污泥添MHCNMHG响5)热压强度测试:取成品试样,在850C加热由实验方法1.5:1得到型煤样品的燃烧性能数30min,取出即测其破碎前所能承受的最大压力。据见第6页表3。●6.山西化工2012年2月表3污泥添加量对型煤样 品燃烧性能的影响中不易分解,高温条件下仍可以起到黏结的作用,使污泥添加质量分数/% 0 8 12 16 20 30 40型煤不易破碎。实验确定污泥添加比例20% ,依据型煤燃点/C实验方法1.5.2改变热固剂添加比例，得到的数据型煤发热量/kJ.g-' 23.04 22.47 21.20 21.14 20.65 20.58 18.96见图2。残渣发热量/kJ.g-9.88 6.88 6.67 5.81 5.60 5.62 5.13型煤烧失率/% 33.36 35.93 38.44 37.95 37.98 38.45 40.311.8+膨润土根据表3可知,1)随着污泥添加量的增加,型1.6--▲硅酸钠成1.4-煤的燃点呈逐渐降低的趋势。这是因为,污泥本身恩1.2含有低燃点的物质，如一些有机物残片自身易于引出1燃,在污泥点燃后可以迅速地引燃周围的煤,进而降0.8低型煤的整体着火温度。2)随污泥添加量的增加,10添加质量分数1%型煤的热值降低,添加量超过30%后,污泥型煤的a)抗压强度发热量低于20 kJ/g,与原煤相比,发热量降低13%1.2。1.02毋膨润土以上;而当添加量超过20%后,型煤灰分和挥发分.0.8-士硅酸钠,等增加显著(见图1) ,不利于型煤洁净燃烧,灰分的型0.6-增加还会增加灰渣处理的负担,因而不能满足型煤当0.4-使用需求。综合考虑型煤各项性能指标,污泥的添* 0.加量不易超过20%。3)随污泥添加量的增加,残0.02渣的热值降低,烧失率升高,型煤燃烬率增加。这是因为,型煤中的污泥首先燃烧后型煤中的孔隙率增b)热压强度I- 膨润土加,为氧气的渗透扩散提供了条件,使燃烧更容易深9思80卜+硅酸钠人型煤内层,改善型煤的燃烧效果。7050-36， 50g 34-●-30尽4025畅3感3020卡国28-202.46810图26-$ 24-0e)热稳定性0812162030409(++膨润土污泥添加质量分数/%退80+硅酸钠号70图1 型煤灰分与挥发分随污泥添加的变化员60污泥添加比例对型煤机械强度的影响见表4。表420% 污泥添加比例制得型煤的性能分析30冷压强落下强热压强热稳定浸水复干型煤性能度/MPa度/% 度/MPa 性/% 强度/MPa添加质量分数1d)落下强度测试值41. 460.15 39.27 无法测定圉2污泥 型煤机械强度随热固剂添加的变化实验过程中发现,添加20%的污泥型煤干燥如图2所示，随着热固剂加入量的增加,污泥型后,抗压强度差,燃烧后极易破碎,无法达到生产使煤的机械强度有增加的趋势,说明2种热固剂都能用的要求。另外,污泥型煤样品放人水中后,20 min增强污泥型煤的机械强度;膨润土的热固效果优于之内全部成散煤状,无防水性能。针对污泥型煤热硅酸钠。添加剂的加入量越大,型煤的性能越好。强度低与防水性能差的问题,本文以污泥添加量但是,随着添加剂加人量的增大,型煤的灰分、挥发20%为基准,进一步研究黏结剂与防水剂对污泥型分增加,中国煤化工还可知,当膨润土煤工艺性能的影响。的添加质HCNMHG压强度可以达到.2.2添加黏结剂对型煤强度的影响0.9 MPa、热稳定性达到80.62%冷压强度1.7 MPa、落膨润土硅酸钠均属于无机物,在型煤燃烧过程下强度86.30%,均可达到山西省型煤地方标准2012年2月.李毓婷等,污泥型煤添加剂的研究DB14/133-2005要求。所以,实验选择添加质量分水中在短时间内泡散;添加质量分数大于0. 8%后,数6%的膨润土作为污泥型煤的热固剂。型煤样渐渐出现碎末游离,浸泡24h后型煤表面有2.3添加防水剂对型煤防水性能的影响裂纹，无法测定其浸水复干强度。有机硅与聚乙烯醇均为良好的防水材料,可在实验测定了忝加质量分数0. 6%、0. 8%、型煤表面形成一层无色透明的薄膜,当雨水吹打其1.0%、1.2%、1.4%、1. 6%、1. 8%、2. 0%有机硅防上或遇潮湿空气时,水滴会自然流淌,可以防止型煤水剂污泥型煤的浸水强度与浸水复干强度,测定数吸水破碎。实验确定污泥添加比例20%、热固剂添据如表6所示。加质量分数6% ,依据实验方法1.5.3改变防水剂表6有机硅防水 剂添加i对污泥型煤防水性的影响添加比例,得到的数据见表5。添加质量分数/%_ 0.0.81.2 1.4 1.6 1.8 2.0表5防水剂添加量 对污泥型煤防水性的影响浸水强度/MPa出现裂纹 出现裂纹出现裂纹0.6 0.8 0.8 0.9添加质量分数/% 0 0.20.40.60.8 1.01.520浸水复干强度/MPa出现裂纹出现裂纹出现裂纹1.0 1.2 1.4 1.4有机硅防水性/min一<30 <75 >120 >120 >120 >120 >120由表6可得,随着有机硅添加量的不断增加,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渐增强,型煤的复千强度逐渐由表5可得,有机硅防水性能明显好于聚乙烯恢复到浸水前的高强度,在添加质量分数为1. 8%醇的防水性能。以有机硅作为防水剂制成的污泥型时,复干强度达到1.4 MPa的型煤标准要求。煤浸人水中时,有少量气泡产生。添加质量分数低2.4高强防水污泥型煤配方工业分析于0.6%的型煤样在2h内出现裂纹,并在24h后根据实验所选配方，污泥型煤各成分的质量配散开;添加质量分数高于0.6%的型煤样在浸泡比为:72.2%煤,20%污泥,6%膨润土,1. 8%防水24 h后不破散,可以保持型煤产品原有形状。利用剂。所制污泥型煤的工业分析、元素分析和性能分聚乙烯醇作为防水剂制成的型煤放人水中后有大量析见表7和表8。气泡产生,添加质量分数低于0.8%的型煤样放入表7型煤样的工业分析和元素分析工业分析/%元素分析(dry)/%低位发热样品w(M.) o(A.) w(Vu) 1o(FC.) w(C.)w(H_) w(O) w(N.) w(S_)量/kJ. g~测试值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机硅和聚乙烯醇作为污泥型煤的防水剂,可以改善型煤冷压 落下 热压热稳定 浸水复干污泥型煤的防水效果,有机硅的防水性能优于聚乙性能强度/MPa 强度/%强度/MPa性/%强度/MPa烯醇的防水性能。1.590.992指标值1.2953)优化的污泥型煤添加剂添加质量分数为污由表7和表8可看出,实验用污泥型煤添加膨泥20%、膨润土6%、有机硅防水剂1.8%时,污泥润土与有机硅后,工业分析元素分析均符合工业型型煤的各项性能指标为冷压强度1.4 MPa热稳定煤标准,低位发热量20. 24 kJ/g,冷压强度1.4 MPa,性92%、浸水复干强度1.4 MPa。热稳定性92%,浸水复干强度1.4MPa,满足型煤使参考文献:用要求。[1] Deng Wenyi, Yan Jianhua. Enmission charateristics ofdioxins，furans and polycyelic aromatic hydrocarbons3结语during fuidized-bed combustion of sewage sludge [ J].1)利用污泥作为型煤的原料，可以改善污泥型Joumal of Environmental Sciences ,2009 ,21(12) :1747-煤的燃烧性能。随污泥添加量的增加,型煤热值有[2]王发珍 ,李天增.城镇污水厂污泥处理技术[J].建设降低的趋势,灰分有升高的趋势。污泥的添加质量科技,2009(7) :58-59. .分数不超过20%为宜。2)以质量分数20%的污泥添加量为基准,研[3] 宁宁,王中国煤化工厂污泥处置及利用途径HCNMH G:18-20.究了添加剂对型煤工艺性能的影响。结果表明,添.[4]申荣艳,骆水明,膝应,等.城市污泥的污染现状及加膨润土和硅酸钠可以提高污泥型煤的机械强度和其土地利用评价[J].土壤,2006 ,38(5) :517-524.热稳定性,膨润土的热固性能优于硅酸钠。利用有(下转第13页)2012年2月.卫彦菊等,某云爆弹装药金属接触腐蚀性研究强的高氯酸溶液,高氯酸溶液与金属作用,使金属出社,2005.[4] 严楠.火工品失效分析概论[J].失效分析与预防，现严重腐蚀。2006,1(1):10-13.2)对药柱进行密封，使之与外界水分隔离,是[5] 刘磊力,李凤生,支春雷,等.镁基储氢材料对AP/AL/有效地降低含AP组分的云爆弹装药对金属腐蚀的HTPB复合固体推进剂性能的影响[J].含能材料,行之有效的方法。2009 ,17(5) :501-504.参考文献: .[6]刘子如, 阴翠梅,孔扬辉,等.高氯酸铵的热分解机理[J].含能材料,000,8(2):75-79.[1]徐涛,黄黎明,房永曦.高聚物黏结炸药与金属的接[7]阴翠梅,刘子如,孔扬辉,等.固体推进剂热分解的高触腐蚀的研究[J].含能材料,2000 ,8(4) :178-180.压DSC特征量[J].含能材料, 1998 ,6(4):173.[2] 任务正,王泽山火炸药理论与实践[ M].北京:中国[8]刘建辉 ,冯朝阳,刘佶儒,等. RDX-AP体系热分解研究北方化学工业总公司编辑出版社,2001:1-37.及相容性初探[J].火工品,2004(6) :8-11.[3]张栋,钟培道.失效分析[M].北京:国防工业出版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 页)[5]张大康,吴建平,田文艳.以污泥为黏合剂的型煤固硫[6]董平,张鑫,矫健.干化污泥型煤抗压强度的实助燃新探[J].节能技术,2007 ,25(6) :569-571.验研究[ J].洁净煤技术,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中国煤化工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