一種針對雲南昭通氟中毒區粉煤使用的黏合劑及其製備方法

2023-06-03 01:02:16 1

專利名稱：：一種針對雲南昭通氟中毒區粉煤使用的黏合劑及其製備方法一種針對雲南昭通氟中毒區粉煤使用的黏合劑及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種粉煤黏合劑及其製備方法。更具體的說，本發明涉及一種具有良好固氟性能的粉煤黏合劑及其製備方法。該黏合劑主要是針對雲南昭通地區"燃煤型氟中毒"防治的粉煤黏合劑。技術背景雲南省的昭通市為我國"燃煤型"地方性氟中毒的重病區，全市有氟斑牙患者200萬人，^骨症患者60萬人。ll個區(縣)中，除水富縣外，其他IO個均為"燃煤型"氟中毒病區。雖然昭通地區Q1985年便開始採取了"改灶降氟"的氟中毒防治措施。但隨後的防治效果監測調査發現，儘管改良爐灶能有效改善室內空氣氟汙染，使病區生活衛生水平有所提高，收到了一定效果，但是病區經烘烤後糧食的氟含量仍處於較高水平上，仍遠遠高丁國家食品氟限量衛生標準，病區居民氟的平均攝入量降低不多，也即單純地改良爐灶尚不能徹底解決氟中毒的防治問題。雒昆利等人2005年的研究表明，昭通"燃煤型氟中毒"區未經烘烤的鮮辣椒平均氟含量為3.67±1.18ug/g，烘烤後辣椒的平均氟含量為120.36±144.12ug/g;昭通"燃煤型氟中毒區"未經烘烤的鮮玉米的平均氟含量為1.13士0.68ug/g，烘烤後玉米的平均氟含量為11.77士8.85ugZg(表1)。相較未經烘烤的鮮辣椒、鮮玉米，昭通"燃煤型氟中毒區"經"燃煤供烤"乾燥後辣椒、玉米的平均氟含量分別增加了約32倍、10倍，改爐改灶尚不能解決昭通地區"燃煤烘烤"所造成的糧食氟汙染問題。雒昆利等人的實地調査研究發現，一方面，改良爐灶相比傳統爐灶，只是利用排煙筒將高氟煤煙等燃煤汙染排到室外，未能從根本上減輕"燃煤"釋放氟等汙染對環境的影響；另方面，改爐改灶後，昭通農村地區居民只是取暖、做飯時用改造爐，而在烘烤糧食時，仍然是.HJ敞爐，而不會WJ改造爐。這是因為，昭通農村地區居民收穫玉米時，正是昭通地區的陰雨季節，農W收穫的玉米需要在儘可能短的時間內用大火快速烘乾，而改良爐灶在使用時要想防止"燃煤氟汙染"，必須在改良爐灶上加上爐蓋，將煤煙排到室外，但是，加上爐蓋後，改良爐灶的發熱量會受到較大影響，所以，若W改良爐灶烘烤糧食，不但不能實現快速烘乾糧食的目的，還將耗費約是較傳統爐灶3倍的煤，從而導致昭通"燃煤型"氟中毒K廣大貧困的農戶無法使用這種改良爐灶烘烤糧食。因此，雖然昭通"燃煤型氟屮5J區"的改爐改灶已開展了二十多年，但至今昭通地區的"燃煤型氟屮毒"情況並無明顯的好轉。改爐改灶對昭通地區"燃煤型氟中毒"的防治效果非常有限。昭通地區"燃煤型氟中毒"的防治必須重新尋求新的途徑和方法。本專利中請的粉煤黏合劑有助於從根本上截斷昭通地區"燃煤氟汙染"的汙染源。昭通"燃煤型氟中毒區"的農戶用煤目前主要是價格便宜的粉煤慘拌黏土而成的"混煤"，也即把拌煤黏土用做黏合劑摻入粉煤，將粉煤黏合it塊或製成型煤使用。而這種拌煤黏土式的黏合劑，其在同粉煤混合使用時，氟汙染非常嚴重。根據雒昆利等人的研究，雲南昭通地區主採煤和民用煤主耍為低氟煤，平均含氟量稍低於中國煤炭平均含氟量(82mg/kg)和貴州西部的煤炭含氟量(83nig/kg)，與世界煤的平均值(80mg/kg)接近。但拌煤黏土主要為含氟量超過600mg/kg的拌煤黏土為主，拌煤黏土中的含氟量大於煤和混煤的含氟量，導致昭通地區氟中毒的攜氟介質一玉米、辣椒中的氟，主要來自於"混煤"燃燒時拌煤黏土中氟的釋放。也即昭通農村地區廣大農戶當前普遍使用的拌煤黏土式黏合劑是昭通地區"燃煤"氟汙染的一個重要汙染源。昭通地區不僅是我國"燃煤型氟中毒"的重病區，同時也是經濟貧困地區。昭通地區10個"燃煤型氟中毒"病區中，有7個都為國家級貧困縣。絕大部分村民的生活都還處於溫飽水平，少部分村民甚至溫飽都無法保證。由T昭通氟中毒區缺乏豐富的林木資源，而當地氣候又陰冷潮溼，因此，大部分農民都選擇相對較為經濟的煤炭來取暖、做飯。而昭通地區煤炭資源中，粉煤的價格約為塊煤的1/2—1/4，這樣，出於經濟能力的限制，絕大多數農民只能選用粉煤。而要使用粉煤，就必須使用黏合劑將粉煤粘結成塊來保證粉煤的充分燃燒。同樣，出於便利、經濟等原因，從開始使用粉煤，昭通"燃煤型氟中毒區"居民便選擇了取材方便，且不需付出任何經濟代價的拌煤黏土。而這種拌煤黏土氟含量很高，自身的固氟率很低，摻入粉煤使用時造成的氟汙染非常嚴重。根據專利申請者的實地調研，在昭通氟中毒區，大部分農戶使用粉煤時，摻拌黏土比例30%-50%不等。通過對昭通氟中毒區農戶家所採集的"粉煤+黏土"的混煤樣品進行分析測試表明，當煤/黏十為7:3時，其Q身問氟率僅為4.11%，在燃燒時釋放出的氟約為459.97ug/g;當煤/黏土為6:4時，其0身|古1氟率約為4.74%,在燃燒時釋放出的氟約為599.59ug/g;當煤/黏土為5:5時，其自身固氟率約為6.94%，在燃燒時釋放出的氟約為714.27ug/g(表2)。總的來說，當前昭通氟屮毐區農戶普遍使用的傳統的"黏土式"黏合劑，摻入粉煤後，燃燒時釋放的氟隨摻拌黏土比例的增加而顯著增加，昭通地區的"燃煤"氟汙染主與這種普遍使川的高氟"黏合劑"有著密不可分的關係。根據昭通地區的氣候條件，居民的生活習慣，以及當前的經濟發展水平，可以預見，如果沒有其它更經濟、更便利、更環保的替代品，在今後相當長時期內，昭通"燃煤型氟中毒"區仍將只能使用這種高氟黏土作為粉煤的黏合劑。尋求一種經濟、便利、環保的新型粉煤黏合劑，對昭通地區的燃煤氟汙染、氟中毒的防治都具有十分重耍的意義
發明內容本發明的目的之一是解決昭通"燃煤型氟中毒"區居民當前使用的粉煤黏合劑燃燒時氟汙染嚴重的問題，為昭通氟中毒區居民提供一種經濟的，氟汙染極小的、安全的、環保新型粉煤黏合劑。本發明是申請者經多次實地考察和人量樣品採集，以及數次科學實驗而成，具有科學性和實用性。該粉煤黏合劑，原料易得，使用方便，經濟環保。本發明的目的之二在於提供上述粉煤黏合劑的製備方法。該粉煤黏合劑包括以下組分1.奧陶系黏土2.奧陶系白雲質灰巖其中所述的奧陶系黏土的粒徑〈3毫米，優選為0.1-1毫米；A雲質灰巖的粒徑〈3毫米，優選為0.1-1毫米。其中所述的奧陶系黏土/奧陶系白雲質灰巖的重量配比為1.0:1.5-2.5,最優選為1.0:2.0。當黏合劑中奧陶系黏土/奧陶系白雲質灰巖的重量配比為1.0:2.0時，其使用時與粉煤的最佳重量配比為3:7。本發明中所述的粉煤、奧陶系黏土、奧陶系白雲質灰巖均來源於雲南省的昭通地區。本發明的粉煤黏合劑使用時有以下效果(l)原材料資源豐富，獲取方便；(2)使用便利，價格低廉；(3)固氟率高，燃燒釋放氟較少，清潔環保，有利於燃煤氟中毒的防治。本發明所述的粉煤黏合劑製備方法簡單易行，將奧陶系拌煤黏十.、奧陶系白雲質灰巖按照上述的各種比例範圍和各種粒徑範圍混合均勻即成。本發明的粉煤黏合劑使川時，既可勾粉煤按一定配比混勻後製成型煤使用，也可與粉煤按一定配比混勻後製成煤餅、煤塊^使w。本發明的粉煤黏合劑製備使用的設備均為一般設備，無須任何特殊設備。本發明用下述條件進行了驗證煤炭選用了昭通鎮雄縣產粉煤，含氟量62.81ug/g,為昭通地區典型低氟煤；黏土選用了昭通鎮雄縣農民常用的拌煤黏土，含fil呈2023.66ug/g;白雲質灰巖選用了採白昭通鎮雄縣的奧陶系白雲質灰巖，含氟量205.98ug/g。本發明所述粉煤黏合劑對昭通地區氟中^的防治具有特別的意義。具體實施例方式昭通氟中毒區居民所使用的傳統的"高氟黏土"拌煤黏合劑燃燒時會釋放大量氟，這也是造成昭通地區"燃煤型氟中毒"的重要原肉。本發明的粉煤黏合劑為黏土與奧陶系閂雲質灰巖的泥合物。其原理是在保證黏合劑"黏度"，且不影響粉煤發熱量的情況下，通過向傳統拌煤黏土中添加適量奧陶系白雲質灰巖來抑制高氟黏土中氟的逸出，從而實現昭通農檸地區居民既能經濟、使利，同時又能環保清潔的使用粉煤。製備方法將奧陶系黏土、奧陶系白雲質灰巖粉碎至粒徑〈l毫米，然後按照一定比例混合均勻即可。測定原理和方法依據中華人民共和國衛生部頒發的中華人K共和.國衛生行業標準(WS/T88-1996):"煤及土壤總氟測定方法燃燒水解-離於選擇電極法"，測定本發明中煤、黏土、白雲質灰巖、"混煤"(粉煤+黏合劑)及混煤燃燒後渣等樣品氟。樣品測定中採用平行樣品及國家標準煤樣(GBWlllll、GBW11112)、標準土壤樣(GSS3、GSS6)進行樣品質量控制。"混煤"(粉煤+黏合劑)的固氟率按公式(1)計算xM1公式(1):GF=xl00%，F0xM0式中GF-固氟率，％F0-"混煤"燃燒前的氟含量(ug/g)Fl-"混煤"燃燒後殘餘物中氟含量(ug/g)M0-"混煤"燃燒前的質量，gMl-"混煤"燃燒後殘餘物的質量，g除粉煤、黏土、A雲質灰巖等的比例不一樣外，所有實施例的樣品測試條件完全相同，其所測實驗數據列於表1、2中。表1昭通"燃煤型氟中毒區"烘烤前後玉米、辣椒的氟含量tableseeoriginaldocumentpage7表2昭通"燃煤型氟中毒區"粉煤添加拌煤黏土後燃燒時氟的釋放tableseeoriginaldocumentpage7表3添加不同比例新型黏合劑的粉煤燃燒時氟的釋放tableseeoriginaldocumentpage7從表2可以看出，昭通氟中毒區居民日常使用的傳統混煤(粉煤+拌煤黏土)，其燃燒時釋放的氟會隨摻拌黏土式黏合劑比例的增加而顯著增加，這種"混煤"在燃燒時約95%以上的氟全部逸出，即使當"混煤"中摻拌黏土式黏合劑的比例僅為30%時，其在燃燒時釋放的氟也高達459.97ug/g。從表3中可以看出，當使用新型黏合劑後，能有效克服傳統黏土式黏合劑氟汙染大的缺點。在不影響0身黏合性及粉煤發熱量的情況下，當黏合劑中奧陶系黏土與奧陶系白雲質灰巖的重量配比為1:2，而使用時粉煤與黏合劑的重量配比為7.0:3.0時，所形成的"混煤"(粉煤+黏合劑)的固氟率可達82.33%，燃燒時釋放的氟僅有37.40ug/g。相比傳統上單純的黏土式粉煤黏合劑，本發明的新型黏合劑與粉煤混合而成"混煤"的自身固氟率約提高了16倍，燃燒釋放氟約降低了92%，環保性非常明顯。另外，本發明中所使用的奧陶系黏土、奧陶系白雲質灰巖在昭通地區都有廣泛的分布，不僅獲取方便，而且無成本。相較傳統的"黏土式"黏合劑，農戶要想使用本發明的新型黏合劑，只需付出白雲質灰巖的"粉碎"成本，而這種成本是極低的。總的來說，本發明的粉煤黏合劑有以下突出特點(1)本發明的材料直接源自昭通氟中毒區，當地原料資源豐富，獲取容易，使用方便；(2)相較傳統單純的黏土式黏合劑，本發明的新型黏合劑基本不需更多成本，經濟性較好；(3)本發明的粉煤黏合劑製備工藝簡單，無需額外投資，併兼顧了當地居民的生活使用習慣，十分易於推廣；(4)本發明的粉煤黏合劑，向氟率高，氟汙染輕，並能兼顧"燃煤"的發熱量，實現了經濟性和環保性的有機結合。權利要求1.一種粉煤黏合劑，其特徵在於粉煤黏合劑的組分包括(1)黏土(3)白雲質灰巖其中，所述黏土為雲南昭通農村地區居民普遍使用的奧陶系黏土；所述白雲質灰巖為雲南昭通地區的奧陶系白雲質灰巖。2.根據權利要求l所述的粉煤黏合劑，其特徵在於，所述的白雲質灰巖為雲南昭通地區奧陶系白雲質灰巖。3.根據權利要求1所述的粉煤黏合劑，其特徵在於，黏土的粒徑為0.01-3毫米。4.根據權利要求l所述的粉煤黏合劑，其特徵在於，奧陶系白雲質灰巖的粒徑為0.01-3毫米。5.根據權利要求l所述的粉煤黏合劑，其特徵在於，該黏合劑的最佳粒徑為0.1-1毫米。6.根據權利要求l所述的粉煤黏合劑，其特徵在於，黏土/白雲質灰巖的最佳重量配比為1.0:2.0。7.根據權利要求l所述的粉煤黏合劑，其特徵在於，使用時黏合劑與粉煤的最佳重量配比為3.0:7.0。8.根據權利要求l-7所述的粉煤黏合劑，其特徵在於，將黏合劑與粉煤按照最佳粒徑範圍和最佳重量配比混合後，加入適量水，人工或機械攪拌均勻，直接使用或製成型煤、煤餅、煤塊作為日常生活燃料。全文摘要本發明為一種針對雲南昭通氟中毒區粉煤使用的黏合劑及其製備方法。該粉煤黏合劑較好的解決了當前昭通「燃煤型氟中毒」區居民普遍使用的傳統「黏土式」黏合劑與粉煤混合使用時氟汙染嚴重的問題，為昭通地區「燃煤型氟中毒」的防治提供了一種新的途徑。該粉煤黏合劑包括兩種組分奧陶系黏土，奧陶系白雲質灰巖。黏土/白雲質灰巖的最佳重量配比為1.0∶2.0，黏土、白雲質灰巖的最佳粒度為＜1毫米。使用時黏合劑與粉煤的最佳重量配比為3.0∶7.0。在保證各成分最佳粒度和最佳重量配比情況下，粉煤摻拌該黏合劑而成「混煤」的固氟率達82.33％，燃燒釋放氟約37.40ug/g。該粉煤黏合劑原料獲取容易，製備工藝簡單，不需額外投資，併兼顧了當地居民的使用習慣，經濟環保，實用性強，易於推廣。文檔編號C10L5/12GK101205494SQ200710302129公開日2008年6月25日申請日期2007年12月18日優先權日2007年12月18日發明者吳學志,李會傑,畢世貴,雒昆利,偉黎申請人:李會傑;雒昆利;吳學志;畢世貴;黎偉