油页岩渣（精选三篇）
油页岩渣 篇1
本研究以干馏油页岩渣为主料, 添加适量粘结剂、少量膨胀剂等, 经粉磨造粒、在双筒内螺旋陶粒实验炉用还原焰焙烧制备出陶粒, 主要指标达到超轻陶粒国标。本试验研究对实现利用高烧失量干馏油页岩废渣制备陶粒工业化生产具有借鉴意义。
1 实验原料
1.1 油页岩废渣
油页岩废渣取自抚顺市某页岩油厂干馏油页岩渣, 主要化学成分见表1。
1.2 辅助原料
加入适量露天煤矿采煤剥离废弃物绿页岩作黏结剂, 以提高原料的可塑性, 改善膨胀性能。添加少量膨胀剂以强化陶粒膨胀性能。
2 实验方法
2.1 油页岩废渣超轻陶粒的制备
油页岩渣陶粒制备工艺如图1。
破碎采用100×60型颚式破碎机, 粉碎采用Φ500×500实验球磨机, 成球采用实验圆盘成球机, 焙烧采用高温箱式电炉和双筒内螺旋陶粒实验炉。将油页岩灰渣、黏结剂、膨胀剂破碎分别计量混合入磨, 粉磨40 min, 过200目筛, 然后用成球盘成球, 转动成球盘, 喷雾加水。成球盘转速30 r/min~40 r/min, 角度40°~55°, 待料球直径达到适当粒径时停机出料, 自然干燥24 h。再在干燥箱中100℃下烘干6 h~8 h, 作为陶粒生料。焙烧分原料烧胀试烧和小样试烧及小批量样品煅烧。
原料烧胀试烧: (1) 绿页岩烧胀变化:1050℃开始, 绿页岩出现液相, 1 150℃时绿页岩烧融; (2) 抚顺某油厂干馏油页岩渣:1130℃开始有少量液相, 1180℃略有膨胀, 1250℃出现熔融粘结。
小样试烧采用手搓料球, 粒径1 mm~10 mm, 水分24%, 将掺入不同比例黏结剂或膨胀剂的料球放入箱式高温炉中, 逐渐升温至1 130℃, 焙烧5 min得到小样。
小批量样品采用成球盘料球喂入双筒内螺旋陶粒实验炉内, 预烧时间5 min~25 min, 预烧温度550℃~750℃, 焙烧时间5 min~20 min, 焙烧温度1100℃~1150℃, 还原气氛下烧制。
2.2 性能检测
小样膨胀倍数按料球焙烧后周长的立方与焙烧前周长的立方比值计算;
陶粒的堆积密度、筒压强度、吸水率指标按《轻集料试验方法》GB/T 17431.2-1998规定方法试验。
3 实验结果与讨论
3.1 原料试烧
原料烧胀试烧结果:绿页岩烧胀范围1 050℃~1130℃, 1150℃时绿页岩烧融;干馏油页岩渣烧胀温度范围1 180℃~1 250℃。原料烧胀试烧表明干馏油页岩渣具有一定膨胀性。
3.2 粘结剂掺量对陶粒性能的影响
图2为粘结剂掺量与膨胀倍数关系图。从图2中可见, 随着粘结剂掺量的增加, 陶粒膨胀倍数逐渐增大, 40%膨胀最好, 随着黏结剂掺量的增加, 油页岩废渣陶粒膨胀倍数也逐渐增加, 降低混合料熔融温度和粘度, 增加膨胀气体的产生, 有利于料球膨胀。兼顾油页岩灰渣综合利用率与油页岩渣陶粒良好膨胀, 黏结剂最大掺量确定为40%。
3.3 膨胀剂掺量对陶粒烧胀性能的影响
图3为膨胀剂掺量与膨胀倍数关系图。从图3中可见, 随着配方中膨胀剂掺量增加, 膨胀倍数有递增趋势, 掺10%时陶粒产生严重粘接、熔融, 影响膨胀。分析认为膨胀剂掺量增加, 降低了混合料熔融温度和粘度, 促进料球膨胀, 但过量液相产生过多, 粘度较小、熔融, 膨胀性能恶化。本试验表明掺加5%时膨胀剂效果较佳。
3.4 煅烧制度对陶粒烧胀性能的影响
以堆积密度作为考核指标, 在双筒内螺旋实验炉烧制陶粒试验, 研究煅烧制度对陶粒烧胀性能的影响。图4~图7为煅烧制度对陶粒烧胀性能影响的情况。
预烧时间的影响:减少预热炉转速, 即延长预烧时间, 堆积密度逐渐减小, 出炉料球砸开观察黑芯程度逐渐减轻, 预烧5 min, 堆积密度915 kg/m3, 20 min堆积密度421 kg/m3, 预烧时间延长多余碳被逐步除掉, 20 min达最佳值, 此时陶粒膨胀较好, 堆积密度降低。25 min时, 堆积密度521 kg/m3, 预烧时间过长碳含量消耗过多则影响试样膨胀性能。
预热温度的影响:随着预热温度的提高, 堆积密度逐渐减小, 550℃~600℃预烧, 出炉陶粒敲开均有不同程度黑芯, 堆积密度>500 kg/m3, 随着预烧温度提高, 黑芯逐渐减轻, 650℃堆积密度452 kg/m3;750℃时, 出炉陶粒黑芯基本消失, 膨胀好, 气孔均匀, 堆积密度390 kg/m3。
焙烧时间的影响:减小焙烧炉转速, 即延长焙烧时间, 堆积密度逐渐减小, 20 min为425 kg/m3, 25 min时586 kg/m3。分析认为, 焙烧炉转速过慢即焙烧时间过长, 陶粒坯体烧失较大, 气孔收缩, 体积变小, 堆积密度增大。
焙烧温度的影响:随着焙烧温度提高, 堆积密度逐渐减小, 1 150℃达到470 kg/m3。温度再增高, 料球产生粘结, 气孔被熔融物充填, 体积变小密实, 堆积密度反而增大。
3.5 性能测试
以油页岩废渣:绿页岩:膨胀剂=60:35:5的比例配料, 工艺制度:预热温度650℃, 预烧炉转速500 r/min, 焙烧炉转速500 r/min, 焙烧温度1150℃, 在双筒内螺旋陶粒实验炉中烧制出陶粒 (砂) 产品, 经检测, 主要性能指标达到GB/T 17431-1998标准, 见表2。
由表2可见, 烧制的 (粒径1 mm~5 mm) 陶砂堆积密度<500 kg/m3, 筒压强度3.1 MPa, 达到标准500级优等陶砂技术指标要求。
4 结论
掺加粘结剂可降低油页岩废渣陶粒混合料硅铝含量, 降低焙烧温度, 膨胀剂可以改善陶粒膨胀性能。
煅烧工艺制度对陶粒膨胀性能有重要影响。
以高烧失量干馏油页岩废渣为主料添加适量粘结剂、少量膨胀剂等, 经粉磨造粒、在双筒内螺旋陶粒实验炉用还原焰焙烧, 在预烧时间20 min、预烧温度650℃、焙烧时间20 min、焙烧温度1150℃条件下, 可烧制出500级超轻陶粒 (砂) 。
参考文献
[1]王征等.粉煤灰高强陶粒烧胀规律的试验研究[M].新型建筑材料, 2002 (2) .
[2]范锦忠.提高陶粒膨胀率的有效途径.墙材革新与建筑节能[M], 2009 (.9) .
油页岩渣 篇2
本文以抚顺油页岩渣为吸附剂处理模拟废水中的MB，研究MB溶液初始质量浓度、p H值和温度对MB吸附效果的影响，并进行了吸附等温线分析及热力学分析，最后为油页岩渣在今后废水处理的研究发展方向做出了展望。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
油页岩渣由辽宁抚顺西露天矿工厂提供，将其烘干，粉碎至200目左右，称取一定量的粉矿在马弗炉内(700℃)进行煅烧至恒重。亚甲基蓝，分析纯，北京化工厂。密封式制样粉碎机(江西通用化验制样设备有限公司)，T-5000型电子天平(美国双杰兄弟集团有限公司)，数显水浴恒温振荡器(江苏金坛市亿通电子有限公司)，低速自动平衡微型离心机(LDZ4-8.0北京医用离心机厂)，722SP可见光分光光度计(上海凌光技术有限公司)。
1.2 实验方法
利用分光光度法测定MB溶液浓度的变化，用以评价油页岩渣对MB的吸附性能。具体过程如下:以MB为模型化合物，利用MB水溶液的脱色率评价吸附性能。在250 m L烧杯中加入一定浓度的MB水溶液及0.3 g光催化剂，恒温水浴振荡进行吸附实验。间隔一定时间分别取少量吸附后的MB溶液，经离心分离(3 000 r/min，时间为10 min)后，利用721分光光度计测定溶液吸光度(665 nm)。按吸附量=计算，其中，A为吸附前吸附质质量，mg;B为吸附后吸附质质量，mg;C为吸附剂用量，g。
2 实验结果与讨论
2.1 初始质量浓度对油页岩渣吸附MB的影响
如图1所示为油页岩渣吸附MB溶液随吸附剂用量变化的曲线。吸附实验条件:温度25℃(室温)，油页岩渣用量为0.3 g，吸附时间40 min,p H=9。由图1可知，油页岩渣对MB的吸附量随着MB初始质量浓度的增大而升高，并达到饱和吸附后趋于一定值。这是因为，当溶液中油页岩渣的量一定时，MB初始质量浓度增大，即单位体积中的MB的数目增加，其与吸附剂油页岩渣的碰撞概率增加，所以吸附量呈上升趋势;而油页岩渣上的吸附点数量有限，当MB初始质量浓度继续增大时，导致剩余的MB无法被吸附，宏观表现为吸附量趋于平衡。
2.2 吸附等温线
在温度为25℃时，称取0.3 g的油页岩渣，分别投入到不同MB初始质量浓度的50 m L溶液中，在恒温水浴振荡器中进行吸附，振荡时间为80 min，吸附达到平衡。吸附等温曲线如图1所示，油页岩渣的饱和吸附量在10 mg/g左右。
吸附等温线常用Langmuir公式和Freundlich经验公式拟合。
Langmuir方程的表达式为:。
Freundlich经验公式为:。
其中，Ce为吸附平衡时溶液浓度，mg/g;qe为平衡吸附量，mg/g;qm为饱和吸附量，mg/g，即吸附剂表面所有吸附点均被吸附质所覆盖时的吸附量;KL为Langmuir吸附平衡常数，L/mg,Langmuir平衡常数与吸附剂和吸附质的性质以及温度有关，其值越大，表示吸附剂的吸附性能越强;n,KF均为Freundlich经验常数，与吸附剂、吸附质种类及温度有关(见表1)。
Langmuir吸附等温式拟合相关系数R高达0.994 9，说明Langmuir公式能很好地描述油页岩渣对MB的吸附过程，也说明MB在油页岩渣上的吸附主要为单分子层吸附，表现为化学吸附。
2.3 初始pH值对油页岩渣吸附MB的影响
如图2所示为油页岩渣吸附MB溶液随p H值变化的曲线。吸附实验条件:吸附剂用量0.3 g，温度25℃，亚甲基蓝溶液初始浓度50 mg/L，吸附时间40 min。
由图2可知，油页岩渣对MB的吸附量受溶液p H值的影响较大，且当p H升高至碱性时，油页岩渣对MB的吸附量明显比p H为酸性时大。当p H=2～9时，吸附量随p H的升高而增大，而当p H>9时吸附量随p H的升高趋于平衡，这是因为MB作为一种阳离子染料，在水溶液中电离产生大量的阳离子，而溶液p H值会同时影响吸附剂表面吸附位点和阳离子的化学状态。p H值低时，油页岩渣表面基团会被水和氢离子所占据，由于斥力作用而阻碍MB阳离子的靠近，p H值越低阻力越大。当溶液p H值高时，H3O+浓度减少，会暴露出更多的吸附基团，则有利于MB阳离子的接近并吸附在油页岩渣孔洞上。当p H>9时，溶液中H3O+的影响十分微小，此时吸附量主要受温度、单位体积MB数目及吸附时间等其他因素的影响。因此，当进行其他实验时选取p H值为9。
2.4 温度对油页岩渣吸附MB的影响
如图3所示为油页岩渣吸附MB溶液随温度变化的曲线。吸附实验条件:吸附剂用量0.3 g，亚甲基蓝溶液初始浓度50 mg/L，吸附时间40 min,p H=9。
由图3可知，油页岩渣对MB的吸附量随温度的升高而升高，且温度升高有利于吸附反应进行。但是30℃与60℃亚甲基蓝的吸附量相差不到1 mg/g，说明温度对MB的吸附效果影响不是很明显。原因是，亚甲基蓝可以通过化学反应、静电吸引作用和微孔效应等吸附在油页岩渣上。升高温度有促进化学反应和静电吸引的作用，且温度的升高使得吸附位点与MB的碰撞速率与接触频率增加，同样也促进了吸附效果。但是，温度升高，MB的溶解度也增加，在一定程度上阻碍了MB在吸附剂表面上的吸附。这两种促进和阻碍作用共同存在，所以当温度升高时，亚甲基蓝的吸附能力升高趋势不是很明显。
2.5 吸附热力学
应用Gibbs方程可计算温度对平衡吸附的影响:
其中，ΔG为吸附自由能变，k J/mol;ΔH为吸附焓变，k J/mol;ΔS为吸附熵变，k J/(mol·K);T为绝对温度，K;Kt1,Kt2分别为T1=303 K,T2=333 K时的Langmuir常数。计算结果见表2。
ΔG为负值，说明油页岩渣对MB的吸附是可以自发进行的;ΔH为正值，说明该吸附过程是吸热的，在实验温度范围内，吸附量随温度升高而增加，达到平衡的时间随着温度的升高而减小;ΔS为正值，说明吸附过程中，MB在油页岩渣表面吸附时混乱度增加。
3 结语
1)油页岩渣的化学组成和结构特征决定了其具有一定的吸附能力。油页岩渣对MB的吸附符合Langmuir等温式，表明油页岩渣易于吸附MB，吸附属于单分子层吸附。
2)油页岩渣能在常温下有效去除水中的MB，并随着温度的升高、p H的增大和初始质量浓度的减小，油页岩渣对MB的吸附率增加。如何在缩短吸附时间的同时提高油页岩渣对MB的吸附率，以及关于对MB吸附的机理有待进一步研究。
参考文献
[1]田宇,许英梅,郭亮,等.油页岩开发中脱油残渣的综合利用研究[J].工业技术,2008(4):19-22.
[2]柳蓉,刘招君.国内外油页岩资源现状及综合开发潜力分析[J].吉林大学学报(地球科学版),2006,36(6):892-898.
[3]Reyad Shawabkeh,Adnan Al-Harahsheh,Malik Hami,et al.Con-version of oil shale ash into zeolite for cadmium and lead remov-al from wastewater[J].Fuel,2004,83(7):981-985.
[4]Z Al-Qodah,A.T Shawaqfeh,W K Lafi.Adsorption of pesticidesfrom aqueous solutions using oil shale ash[J].Desalination,2007,208(1-3):294-305.
[5]徐殊颖,孙彤.油页岩灰渣对亚甲基蓝的吸附动力学及热力学研究[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2011,30(4):556-558.
油页岩渣 篇3
油页岩渣充当水泥掺加料有两种途径, 分别是在配制生料阶段掺加和在磨制水泥熟料阶段直接掺加。在配制生料阶段掺加油页岩渣, 可以节省煤耗、替代粘土、保护土地资源, 具有节能利废、降低生产成本等优点, 但是由于油页岩渣的塑性较差, 作为水泥生产原材料时对水泥制造设备要求较高, 成球质量不易控制, 因而限制了油页岩渣的掺加量, 降低了油页岩废渣利用的经济效益和社会效益。
本文作者经过多年油母页岩渣充当水泥掺加料的实践与生产, 不断改革, 通过采取各种措施, 在成球质量方面已取得初步成效, 本文在此基础上并总结了近年来相关研究成果, 提出在生料中大掺量掺加油页岩渣作为水泥原材料时, 可从预湿搅拌、生料计量、成球盘参数选择等环节进行针对性的调整以提高成球质量。
1 改进预加水系统
1.1 正确选择加水参数
正确选择加水参数是指正确选择喷嘴形式、喷头高度、喷射角度、加水水压等。其目的是在预湿搅拌过程中, 尽可能使生料润湿均匀, 形成球核。因此, 必须根据生产实践, 调整加水参数, 提高成核率, 控制成核直径 (约1~2mm) 。
生料在掺加油页岩渣的情况下, 塑性较差。因此, 在预湿过程中要求更高。为了使生料润湿均匀, 应设置输水压力泵和专用喷嘴, 使喷嘴前的水压力≥0.25MPa, 喷水保持良好雾化;喷嘴离料层距离宜保持在300mm左右[1], 喷射角度宜为75°左右 (与搅拌机上盖板夹角) , 喷水应直接喷向料层, 不能喷向机壳再流向物料。
1.2 改进预湿搅拌机设备
预湿搅拌的目的是经过水的喷淋和搅拌叶的搅动、揉搓和挤压后, 生料中的微细颗粒被水所浸润, 生料粒子逐渐为水膜所包裹, 水粒子逐渐填满了生料粒子间的毛细管, 物料因而产生较好的塑性。物料塑性越好, 成球质量越高。
由于掺加油页岩渣的生料塑性较差, 因此应设法提高生料在预湿搅拌机中的搅拌效果。预湿搅拌机的工作过程大致分为湿润、搅拌、球核形成三个阶段, 可以采取以下两种措施提高搅拌效果。
⑴调整预湿搅拌机叶片的角度或排列方式。
在调整预湿搅拌机叶片时, 可考虑在两个方面进行调整。 (1) 调整角度[1]。在湿润阶段, 物料不能重复受水, 前进速度可快些, 叶片角度可选择的大一些 (通常选择18°~22°) ;在搅拌阶段, 物料前进速度适当放慢, 搅拌叶片的角度可选择的小一些 (通常选择11°~13°) ;在球核形成阶段, 叶片角度要选择的适中 (通常可选择15°~17°) 。通过预湿搅拌机叶片角度的调整, 湿润阶段物料前进的速度比搅拌阶段快, 加大了搅拌阶段物料的充盈程度和受挤压作用, 提高了物料的搅拌效果。同时由于物料的输送效率由湿润阶段所决定, 因此预湿搅拌的效率并不因搅拌阶段物料的前进速度减慢而降低。 (2) 调整排列方式。搅拌阶段除原搅拌机叶片按正向排列外, 可适当设置反向叶片, 以增加搅拌机内物料的停留时间, 从而提高搅拌效果。
⑵增加预湿搅拌机的有效长度。
增加预湿搅拌机的有效长度, 实质上是增加了搅拌阶段的时间, 因此也就提高了生料的搅拌效果, 经过充分搅拌的物料, 其塑性较好。但是这种方法在一定程度上增加了水泥生产设备的投入, 增加了水泥生产成本。
2 改进计量系统
水泥成球质量要得到保证, 生料及其加水量就必须准确计量。生料中掺加了油页岩渣后, 计量的准确性要求更高。水泥的生产过程是流水生产过程, 必须采取有效措施才能保证生料及其加水量计量的准确性。
2.1 改进生料计量系统
水泥生料为散状固体, 精确计量较为困难。可采取以下两种方法提高计量的准确度。
⑴改进稳流搅刀叶片设计。
为了准确计量生料流量, 在生料仓下方通常装有一个沿输送方向斜向上设置的稳流绞刀 (螺旋输送机) 。但是物料在输送过程中, 常会出现起拱、冲料、抽心等现象, 导致物料流量不稳定, 影响了水泥生料计量的准确度。为了避免物料流量的波动, 可以改进稳流搅刀叶片设计, 将稳流搅刀的叶片设计成变径变距形式, 通过不同转动半径和间距的叶片之间的排列组合, 可以有效地达到稳流效果, 提高水泥生料计量的准确度。
⑵生料仓的改造。
首先, 生料仓应达到一定的容积, 通常应大于3~5m3。生料仓过小, 稳流搅刀内就可能无法充满物料, 会严重影响稳流搅刀的计量效果。其次, 生料仓应设置溢流回料装置, 以使料仓保持稳定的料位和料压。通常的方法为安装回料管, 使生料仓中超过溢流口的生料通过回料管返回生料提升机。另外, 为了避免生料仓内产生气膨现象, 可以采用仓体打孔并用海绵塞堵的方式[2]使生料仓的生料流量保持稳定。
2.2 改进加水计量系统
改进加水计量系统的关键是加水量必须与生料流量相协调。在加水水箱液面保持稳定的情况下, 通过自动控制的方式准确控制加水量。如果采用人工控制的方式, 必须保证生料流量稳定, 才能使加水量较为准确。
3 调整成球盘参数
成球盘是预加水成球系统的关键设备, 它的主要作用是使球核在成球盘中滚动形成所要求的料球。生料中掺加了油页岩渣后, 物料特性有所改变, 必须根据生料的特点, 对成球盘参数进行调整, 才能适应生料中掺加油页岩渣的新工况。
3.1 成球盘参数及其影响因素
⑴成球盘倾角。
成球盘的倾角应与圆盘的直径相匹配, 一般随圆盘直径的加大而减小。确定成球盘倾角的原则是应满足成球的粒度和强度。当成球盘转速及边高一定时, 倾角越小, 料球在盘内滚动时间就越长, 料球粒径相应就越大、强度越高。
⑵成球盘转速。
成球盘的转速应与倾角相适应。通常转速越高, 料球平均球径越小, 质地越密实, 强度越高。转速提高后, 单位时间内物料沿盘面滚动的次数增多, 造球效率高, 因此产量也相应提高。
⑶成球盘边高。
成球盘的边高应根据成球实际情况进行调整。边高过高过低都会影响成球质量。在倾角、转速一定的情况下, 边高越高则成球的粒度越大, 强度越高;反之, 成球的粒度越小, 强度越低。
3.2 生料掺加油页岩渣后成球盘参数的调整
生料中掺加了油页岩渣后, 由于物料特性的改变, 应对成球盘参数进行调整。在调整时, 可考虑保持成球盘转速不变或略提高转速, 同时相应增大成球盘的倾角, 增大成球盘边高, 以适当延长成球时间, 使成球后料球的粒度和强度符合要求。
成球盘参数调整的目的是为了适应新的生产工况, 保证和提高成球质量, 因此成球盘参数的确定最终应根据各厂的具体情况由试验决定。
4 其他一些保证成球质量措施
4.1 保持原材料质量稳定
原材料如果质量不稳定, 就会造成生料各组分的含量不稳定, 生料的易磨性及成球性能也随之发生变化, 提高成球质量就无从谈起。因此, 必须采取有效措施, 严格保证原材料的质量, 使之保持良好的稳定性。
4.2 改进刮刀的清刮质量
成球盘的刮刀是一个相当重要的部件, 必须保证它对盘底和盘边的清刮质量, 才能避免形成大块的料团, 影响成球质量。对于底刮刀, 可以减少刀杆的数量, 减小刀杆的尺寸, 以避免刀杆上粘料。另外, 每次停机均应检查底刮刀的磨损情况, 以保持刮刀与盘底的间距为10mm左右;对于边刮刀, 应使刮刀紧贴在盘边上, 避免盘边形成“挂泥”, 防止盘边泥片掉入成球盘, 影响成球质量。
5 结束语
油页岩渣充当水泥掺加料具有节省煤耗、可替代粘土、保护土地资源等优点, 在水泥中大掺量掺加油页岩渣, 经济效益和社会效益都有明显提高。为了克服油页岩渣塑性较差的缺点, 在大掺量掺加油页岩渣时, 可以从预湿搅拌、生料计量、成球盘参数选择等环节进行针对性的调整, 以此达到提高水泥成球质量的目的。
摘要：油母页岩渣充当水泥的掺加料, 可以降低水泥生产成本、节能降耗, 但油母页岩渣的塑性较差, 作为水泥生产原材料时成球质量不易控制。本文通过多年油母页岩渣充当水泥掺加料的实践与生产并总结近年来相关研究成果, 提出在生料中大掺量掺加油母页岩渣时, 可以从预湿搅拌、生料计量、成球盘参数选择等环节进行针对性的调整, 能够达到提高水泥成球质量的目的。
关键词：油母页岩渣,预湿搅拌,生料计量,成球盘参数,成球质量
参考文献
[1]孙素贞, 对提高预加水成球设备性能的探讨, 建材技术与应用, 2001年第2期:22-23