專利名稱：一種用物理方法制備水泥減水劑的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用物理方法制備水泥減水劑的裝置，尤其是一種先利用金屬管道摩擦使粉煤灰顆粒荷電，然后在靜電場中將其分離，然后利用旋流器收集高純度的脫碳灰即水泥減水劑的裝置。
背景技術(shù)：
水泥混凝土是世界上用量最大的建筑材料，但水泥混凝土存在自重大，強度低，脆性大的弱點。隨著建筑業(yè)的高速發(fā)展，對其性能提出了更新更高的要求。在水泥中添加外加劑是提高混凝土強度，改善其各種性能的有效、簡便、經(jīng)濟(jì)的方法。常用的且用量最大的外加劑是水泥減水劑，目前使用最多的減水劑如改性木質(zhì)素類減水劑，萘磺酸鹽甲醛縮合物高效減水劑，聚氯胺磺酸鹽甲醛縮合物高效減水劑，低燒失量的脫碳灰水泥減水劑等。所述的低燒失量脫碳灰水泥減水劑，是對粉煤灰進(jìn)行分選后得到的粉煤灰再經(jīng)脫碳工藝后而得，是一種能有效提高水泥混凝土質(zhì)量，降低成本的外加劑，常用于生產(chǎn)建材、化肥、提取金屬等。我國是世界上少數(shù)幾個以煤炭為主要能源的國家之一，1998年在我國能源消費構(gòu)成中，煤炭占72. 9%。到2010年我國一次能源消費構(gòu)成中煤炭占60%左右，由此可見，我國以煤炭為主的能源生產(chǎn)和消費格局在長時間內(nèi)不會改變。消費量巨大的燃煤產(chǎn)生的環(huán)境問題日益突出，1998年我國排放SO2S 2090萬噸，煙塵1452萬噸；1999年排放SO2為1857 萬噸，煙塵1159萬噸，其中75%以上與燃煤污染有關(guān)。隨著大型火力發(fā)電廠的增加，我國粉煤灰排放量已由1979年的2675. 2萬噸，猛增到2000年的I. 6億噸，所述的粉煤灰是煤粉燃燒后排放出的一種火山灰質(zhì)材料，又名飛灰、煙灰。目前我國粉煤灰的平均年排放量約為I. 8億噸。現(xiàn)在全國火力發(fā)電廠總貯存粉煤灰量已超過22億噸，貯灰場占用土地與良田約44萬畝，但是我國粉煤灰的利用率一直只在30%左右徘徊。由此可見，大量廢棄的粉煤灰得不到利用，不僅污染水質(zhì)和空氣，破壞環(huán)境，同時還侵占了不少耕地，影響氣候，破壞生態(tài)。因此把粉煤灰作為一種資源來加以認(rèn)識和充分利用，是關(guān)系到可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略急需解決的問題。對粉煤灰進(jìn)行摩擦電選機分選后可得到三種產(chǎn)品脫碳灰、中灰和煤粒。低燒失量的脫碳灰有很多用途，可以作水泥混和料來生產(chǎn)各種粉煤灰水泥。這種減水劑對于提高水泥質(zhì)量，降低水泥成本和大量消耗粉煤灰都是很有好處的。同時，這種低燒失量的脫碳灰還可用于具有很高實用價值和經(jīng)濟(jì)價值的粉煤灰減水劑，即水泥減水劑；而分選粉煤灰得到的煤粉可作低質(zhì)燃料出售或供鍋爐回?zé)捎谄涓叨榷嗫拙W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，還可以加工成活性碳， 進(jìn)一步開拓其利用途徑我國粉煤灰分選技術(shù)研究起始于70年代末，形成干法和濕法兩大系列。濕法分選技術(shù)在分選漂珠、選鐵和選碳等方面取得了一定的進(jìn)展，但是，鑒于濕法工藝流程復(fù)雜，必須依靠干燥設(shè)備，以及產(chǎn)生廢水而污染環(huán)境，因而相比較之下干法處理粉煤灰技術(shù)比濕法分選技術(shù)更具有優(yōu)越性；干法分選技術(shù)則在改善粉煤灰細(xì)度、燒失量等品質(zhì)方面顯示出其優(yōu)越性。而采用電選法處理粉煤灰可以有效地降低其碳含量，并生產(chǎn)出具有工業(yè)應(yīng)用價值的脫碳灰。粉煤灰等級劃分的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB1596-91)中燒失量(LOI)是最重要的參數(shù)之一 I級粉煤灰L0I < 5% ;11級粉煤灰L0I < 8% ;111級粉煤灰L0I < 15%。粉煤灰等級越高，脫煤灰燒失量LOI越低，脫煤灰的產(chǎn)量就越高。CN2745653Y中公開的靜電顆粒帶電分選裝置，該分選裝置安裝一個圓筒狀的帶電內(nèi)輥筒，它與中心軸支撐連接，在帶電輥筒外包圍兩個半圓形的外罩筒，外罩筒與帶電輥筒之間形成帶電室，在外罩筒下部，順序與外罩筒下板及絕緣連接基座連接，在兩個外罩筒下部中間，形成有出料口，在外罩筒上方，連接有外罩筒上板，外罩筒上板之間為物料均布器， 物料均布器上端開口處，裝有協(xié)流管，在協(xié)流管中間，安裝有帶電柵極，帶電柵極分別與帶電裝置連接。工作時，物料從物料均布器進(jìn)入，從協(xié)流管打入氣流，帶電物料順序經(jīng)帶電室、 出料口進(jìn)入分選機進(jìn)行物料分選。該裝置雖然功效高、成本低，但是不適合類似于粉煤灰這種粉料的分選，且分選過程沒有完全封閉，粉塵污染大。CN2304472Y中公開的摩擦靜電分選裝置，它包括分選室內(nèi)有正負(fù)高壓電極及圍繞它的由傳動軸帶動的卸料折帶，兩高壓板間形成靜電場，分選室下端連接排料斗，另一端有噴嘴，摩擦器兩端各與給料斗及噴嘴相連。外部供風(fēng)系統(tǒng)為該裝置提供高速載流氣體，物料在高速氣流攜帶下與摩擦器碰撞、摩擦，使煤與礦物質(zhì)分別帶上極性相反的電荷，通過靜電場實現(xiàn)分離。其結(jié)構(gòu)合理簡單，簡潔有效，但是礦粒分離不徹底，成品率低。但是，上述的兩種分選技術(shù)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的灰塵，環(huán)境污染嚴(yán)重，且其結(jié)構(gòu)不適合類似于粉煤灰這種粉料的分選，粉煤灰分選不徹底，脫碳灰的收集效率低，即水泥減水劑的制備率低，造成資源利用率低，且污染嚴(yán)重。CN101519453A中公開了一種混凝土減水劑的制備方法，該方法以淀粉為主要原料，經(jīng)過硫酸磺化，然后中合到中性，加水即成混凝土減水劑，其具有類似萘系減水劑的減稅效果。這種制備方法具有原材料成本低，工藝簡單，產(chǎn)品生產(chǎn)過程對環(huán)境影響小的特點， 但是這種化學(xué)制備方式導(dǎo)致所制備產(chǎn)品穩(wěn)定性差，且不利于實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。CN1458109A中公開了一種減水劑及其制備方法，它是按水90_100，N-磺酸 400-420,NaOH 150-155，三聚氰胺150-168，CH2O 640-780的重量份配比的原料制成。該項發(fā)明用N-磺酸替代大部分價格昂貴且具有工業(yè)毒性的三聚氰胺，雖然降低了產(chǎn)品成本，但是這種化學(xué)制備方法工藝復(fù)雜、繁瑣，生產(chǎn)效率低，不利于粉煤灰的資源再利用。上述幾種已公開的水泥減水劑制備方法屬于化學(xué)制備方式，其制備所需的材料大部分都具有工業(yè)毒性，對環(huán)境污染大；制備條件要求多且復(fù)雜，不利于大批量制備生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決目前上述水泥減水劑制備過程中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種用物理方法制備水泥減水劑的裝置。以粉煤灰為原料，先在摩擦荷電管道中運動與管道壁摩擦，粉煤灰中的煤粒失去電子帶正電荷，脫煤灰得到電子帶負(fù)電荷，經(jīng)過高壓靜電分選腔，大部分帶正電荷的煤粒在電場作用下，向負(fù)高壓電極板移動，大部分帶負(fù)電荷的脫煤灰向正高壓電極板移動，將粉煤灰分離成煤粒、中礦(煤粒和脫煤灰的混合物)和脫煤灰分別收集。該脫煤灰即為本發(fā)明制備的水泥減水劑。本發(fā)明按以下技術(shù)方案實現(xiàn)，其包括高壓氣流入口 1，粉煤灰給料斗2，摩擦荷電管道3，分料管4，進(jìn)氣口 5，高壓靜電分選腔6，正高壓電極板7，負(fù)高壓電極板8，分礦板9， 產(chǎn)品收集室10，收集料管11，煤粒旋流器12，中礦旋流器13，減水劑旋流器14，收集料斗 15，真空負(fù)壓腔16。粉煤灰給料斗2垂直于摩擦荷電管道3固連，摩擦荷電管道3 —端與高壓氣流入口 I固連，另外一端與分料管4固連，分料管4安裝在具有氣流校正作用的進(jìn)氣口 5的幾何中心線上，與左、右兩個高壓靜電分選腔6相通，分選腔6下部設(shè)有分礦板9，分礦板9以高壓靜電分選腔6的負(fù)高壓電極板8為對稱中心，均布與左、右高壓靜電分選腔6下部，每個分選腔6下部連接有各自的產(chǎn)品收集室9，每個產(chǎn)品收集室9分別外接有收集料管 11，產(chǎn)品收集室10與收集料管11密封聯(lián)接，收集料管11與對應(yīng)的煤粒旋流器12，中礦旋流器13，水泥減水劑旋流器14旋合密封聯(lián)接，三種旋流器與真空負(fù)壓裝置16旋合密封聯(lián)接， 每個收集料管11分別用管道與其對應(yīng)的煤粒旋流器12，中礦旋流器13，水泥減水劑旋流器 14固接，煤粒旋流器12，中礦旋流器13，水泥減水劑旋流器14分別獨立與各自下方的收集料斗15旋合密封連接，各旋流器上端與真空負(fù)壓設(shè)備16密封固連。所述的摩擦荷電管道3長度L1 2-3m ;直徑D 3-5cm ;厚度Ii1 = 3mm ;采用鈦合金、 聚四氟乙烯、尼龍、銅、不銹鋼、鋁、鉻鎳鐵合金和蒙乃爾銅-鎳合金中的一種。所述的高壓靜電分選腔6由左、右正高壓電極板7和負(fù)高壓電極板8構(gòu)成，兩正高壓板7共用負(fù)高壓電極板8，對稱構(gòu)成兩個高壓靜電分選腔。所述的正負(fù)極板之間極距為15 20cm ;電極板厚度為2 3mm ;單個高壓靜電分選腔6長度為50 60cm ;寬度為20 30cm ;所加電壓U為20_30kv。所述的煤粒旋流器12，中礦旋流器13，水泥減水劑旋流器14是將具有一定密度差的固-氣兩相或多相混合物在離心力的作用下進(jìn)行分離，將混合物以一定的壓力切向進(jìn)入旋流器，在圓柱腔內(nèi)產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)流場，混合物中密度大的組分在旋流場的作用下同時沿軸向向下運動，沿徑向向外運動，在到達(dá)錐體段沿器壁向下運動，并由底流口排出，這樣就形成了外旋渦流場；密度小的組分向中心軸線方向運動，并在軸線中心形成一向上運動的內(nèi)渦旋，然后由溢流口排出，這樣就達(dá)到了兩相分離的目的。本發(fā)明的原理粉煤灰從給料斗2進(jìn)入與其垂直的摩擦荷電管道3中，在高壓氣流進(jìn)氣口 I通入的高壓運輸氣流的作用下，粉煤灰在摩擦荷電管道3中運動與管道壁摩擦，在摩擦作用下， 由于礦粒介電常數(shù)不同，煤粒失去電子帶正電荷，脫煤灰得到電子帶負(fù)電荷。粉煤灰中的煤粒和脫煤灰?guī)щ姾螅?jīng)過分料管4分料，在進(jìn)氣口 5的氣流校直作用下，分別豎直進(jìn)入左、右高壓靜電分選腔6。在分選腔內(nèi)，大部分帶正電荷的煤粒在電場作用下，向負(fù)高壓電極板8 移動，大部分帶負(fù)電荷的脫煤灰在電場作用下，向正高壓電極板7移動，少部分的帶電煤粒和脫煤灰摩擦荷電帶電不足。所有礦粒在下落過程中，在分礦板的作用下，煤粒、中礦(煤粒和脫煤灰的混合物)、脫煤灰分別落入各自收集料管11對應(yīng)的產(chǎn)品收集室10中，在真空負(fù)壓裝置16的作用下，煤粒，中礦和脫煤灰以一定的壓力切向進(jìn)入各自對應(yīng)的旋流器，在圓柱腔內(nèi)產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)流場。從產(chǎn)品收集室10流出的煤粒，中礦和脫碳灰屬于氣-固混合物，這些混合物中密度大的組分在旋流場的作用下同時沿軸向向下運動，沿徑向向外運動， 在到達(dá)錐體段沿器壁向下運動，并由底流口排放到各自對應(yīng)的收集料斗15中。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點I)高壓靜電分選腔內(nèi)部無運動構(gòu)件，結(jié)構(gòu)緊湊，磨損?。?br> 2)合理的結(jié)構(gòu)使得礦料具有良好的帶電性；3)高壓極板間形成高壓靜電場，提高了粉煤灰的分選率；4)進(jìn)氣口引風(fēng)方式，對進(jìn)入高壓靜電分選腔的氣流進(jìn)行校正；5)機器中的旋流器實現(xiàn)了煤粒，中礦和脫碳灰三種礦料的分離封閉收集，有效減少了粉塵污染，并且起到了弓I導(dǎo)氣流通過高壓靜電分選腔的作用；6)采用雙正高壓電極板，共用單負(fù)高壓電極板形成的雙高壓靜電分選腔的結(jié)構(gòu)， 增加了粉煤灰分選量，提高了水泥減水劑制備效率。


圖I為本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)示意圖，圖中I為高壓氣流入口，2為粉煤灰給料斗，3為摩擦荷電管道，4為分料管，5為進(jìn)氣口，6為高壓靜電分選腔，7為正高壓電極，8為負(fù)高壓電極板，9為分礦板，10為產(chǎn)品收集室，11為收集料管，12為煤粒旋流器，13為中礦旋流器，14 為減水劑旋流器，15為收集料斗，16為真空負(fù)壓腔。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖所示對本發(fā)明作進(jìn)一步描述實施例I :一種用物理方法制備水泥減水劑的裝置，包括高壓氣流入口 1，粉煤灰給料斗2，摩擦荷電管道3，分料管4，進(jìn)氣口 5，高壓靜電分選腔6，正高壓電極板7，負(fù)高壓電極板8，分礦板9，產(chǎn)品收集室10，收集料管11，煤粒旋流器12，中礦旋流器13，水泥減水劑旋流器14，收集料斗15，真空負(fù)壓腔16。粉煤灰給料斗2垂直于摩擦荷電管道3固連， 摩擦荷電管道3 —端與高壓氣流入口 I固連，另外一端與分料管4固連，分料管4安裝在具有氣流校正作用的進(jìn)氣口 5的幾何中心線上，與左、右兩個高壓靜電分選腔6相通，分選腔 6下部設(shè)有分礦板9,分礦板9以聞壓靜電分選腔6的負(fù)聞壓電極板8為對稱中心,均布與左、右高壓靜電分選腔6下部，每個分選腔6下部連接有各自的產(chǎn)品收集室9，每個產(chǎn)品收集室9分別外接有收集料管11，產(chǎn)品收集室10與收集料管11密封聯(lián)接，收集料管11與對應(yīng)的煤粒旋流器12，中礦旋流器13，水泥減水劑旋流器14旋合密封聯(lián)接，三種旋流器與真空負(fù)壓裝置16旋合密封聯(lián)接，每個收集料管11分別用管道與其對應(yīng)的煤粒旋流器12，中礦旋流器13，水泥減水劑旋流器14固接，煤粒旋流器12，中礦旋流器13，水泥減水劑旋流器14 分別獨立與各自下方的收集料斗15旋合密封連接，各旋流器上端與真空負(fù)壓設(shè)備16密封固連。所述的摩擦荷電管道3長度L1 = 2m ;直徑D = 3cm ;厚度Ii1 = 3mm,采用鈦合金。所述的高壓靜電分選腔6的正負(fù)極板之間極距為15cm ；電極板厚度h2 = 2mm ;單個聞壓靜電分選fe 6長度L2 = 50cm ;覽度B = 20cm ;所加電壓U = 20kv。制備室溫度為25°C，相對濕度RH = 23. 5%。得到的脫煤灰燒失量LOI = 3.41%, 產(chǎn)率為48. 18% ;煤粒燒失量LOI = 21. 30%，產(chǎn)率為18. 56%。實施例2 :—種用物理方法制備水泥減水劑的裝置，組成結(jié)構(gòu)與實施例I相同。所述的摩擦荷電管道3長度L1 = 3m ;直徑D = 5cm ;厚度Ii1 = 3mm ;采用招制材料。所述的高壓靜電分選腔6正負(fù)極板之間極距為20cm ；電極板厚度h2 = 3mm ;單個高壓靜電分選腔6長度L2 = 60cm ;寬度B = 30cm ;所加電壓U = 30kv。實驗室溫度為25°C，相對濕度RH = 23. 5%。得到的脫煤灰燒失量LOI = 2. 15%, 產(chǎn)率為60. 20 % ;煤粒燒失量LOI = 27. 45 %，產(chǎn)率為14. 88 %。由實施例1，2看出，隨著復(fù)合電場電壓的增加，復(fù)合式摩擦電選機的分選效果呈現(xiàn)出上升的趨勢。在對粉煤灰分級的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB1596-91)中燒失量(LOI)是最重要的參數(shù)之一 1級粉煤灰L0I ^ 5%；II級粉煤灰L0I ^8%；III級粉煤灰L0I彡15%。實施例I中脫煤灰燒失量LOI = 3.41%^ 5%;實施例2中脫煤灰燒失量LOI = 2. 15%^ 5%, 因此達(dá)到了 I級要求。
權(quán)利要求
1.一種用物理方法制備水泥減水劑的裝置，其特征在于其按以下技術(shù)方案實現(xiàn)，其包括高壓氣流入口(I)，粉煤灰給料斗(2)，摩擦荷電管道(3)，分料管(4)，進(jìn)氣口(5)，高壓靜電分選腔￠)，正高壓電極板(7)，負(fù)高壓電極板(8)，分礦板(9)，產(chǎn)品收集室(10)，收集料管(11)，煤粒旋流器(12)，中礦旋流器(13)，減水劑旋流器(14)，收集料斗(15)，真空負(fù)壓腔(16)，粉煤灰給料斗⑵垂直于摩擦荷電管道(3)固連，摩擦荷電管道(3) —端與高壓氣流入口(I)固連，另外一端與分料管(4)固連，分料管(4)安裝在具有氣流校正作用的進(jìn)氣口(5)的幾何中心線上，與左、右兩個高壓靜電分選腔(6)相通，分選腔(6)下部設(shè)有分礦板(9)，分礦板(9)以高壓靜電分選腔(6)的負(fù)高壓電極板(8)為對稱中心，均布與左、右高壓靜電分選腔(6)下部，每個分選腔(6)下部連接有各自的產(chǎn)品收集室(9)，每個產(chǎn)品收集室(9)分別外接有收集料管(11)，產(chǎn)品收集室(10)與收集料管(11)密封聯(lián)接，收集料管 (11)與對應(yīng)的煤粒旋流器(12)，中礦旋流器(13)，水泥減水劑旋流器(14)旋合密封聯(lián)接， 三種旋流器與真空負(fù)壓裝置(16)旋合密封聯(lián)接，每個收集料管(11)分別用管道與其對應(yīng)的煤粒旋流器(12)，中礦旋流器(13)，水泥減水劑旋流器(14)固接，煤粒旋流器(12)，中礦旋流器(13)，水泥減水劑旋流器(14)分別獨立與各自下方的收集料斗(15)旋合密封連接，各旋流器上端與真空負(fù)壓設(shè)備(16)密封固連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用物理方法制備水泥減水劑的裝置，其特征在于所述的摩擦荷電管道⑶長度為2-3m ;直徑為3-5cm ;厚度為3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用物理方法制備水泥減水劑的裝置，其特征在于所述的高壓靜電分選腔(6)由左、右正高壓電極板(7)和負(fù)高壓電極板(8)構(gòu)成，兩正高壓板(7) 共用負(fù)高壓電極板(8)，對稱構(gòu)成兩個高壓靜電分選腔，所述的正負(fù)極板之間極距為15 20cm,電極板厚度為2 3mm，單個高壓靜電分選腔(6)長度為50 60cm，寬度為20 30cm,所加電壓U為20_30kv。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用物理方法制備水泥減水劑的裝置，其特征在于裝置采用鈦合金、聚四氟乙烯、尼龍、銅、不銹鋼、鋁、鉻鎳鐵合金和蒙乃爾銅-鎳合金中的一種制造。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的用物理方法制備水泥減水劑的裝置，其特征在于所用原料為粉煤灰。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用物理方法制備水泥減水劑的裝置。以粉煤灰為原料，先在摩擦荷電管道中運動與管道壁摩擦，粉煤灰中的煤粒失去電子帶正電荷，脫煤灰得到電子帶負(fù)電荷，經(jīng)過高壓靜電分選腔，大部分帶正電荷的煤粒在電場作用下，向負(fù)高壓電極板移動，大部分帶負(fù)電荷的脫煤灰向正高壓電極板移動，將粉煤灰分離成煤粒、中礦(煤粒和脫煤灰的混合物)和脫煤灰分別收集。該脫煤灰即為本發(fā)明制備的水泥減水劑。該減水劑燒失量LOI＜5％，超過國家I級品要求。
文檔編號C04B103/30GK102584066SQ201210070990
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者劉扶群, 寧升功, 廖啟迅, 楊朝暉, 陳蔚民 申請人:中國有色金屬工業(yè)第十四冶金建設(shè)公司