【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，属于碳质还原剂球团制备。
技术介绍
1、目前我国工业硅冶炼主要是将煤、石油焦、半焦、兰炭、木炭、木块等两种或多种原料按一定比例混合作为碳质原料。根据使用的碳质还原剂的组成，工业硅的生产可以分为全煤工艺和半煤半焦工艺等。半煤半焦工艺中应用了较大比例的木炭和石油焦，虽然木炭的孔隙率大反应活性好，但是木炭的生产需要消耗大量的森林资源，严重破坏生态环境；而石油焦也存在着高温石墨化严重，导电能力强，比电阻小，反应性能差以及使炉面结壳严重导致影响炉料的透气性，刺火严重，炉况不易控制等问题。所以未来发展方向是以全煤为主。但煤高温时热解影响炉料透气性，使碳原料利用率降低，反应性能差，还会使炉内受热面积灰、结焦，炉渣增多，容易造成炉底上涨等问题。因此，研究开发新型的全煤碳质还原剂用于工业硅具有现实意义和经济价值。
2、目前有采用木炭，石油焦，烟煤混合后的碳质还原剂物料来还原硅石，如专利cn115072724a设计了按照质量比将生物质碳、兰炭、石油焦、焦类还原剂、有粘结洗精煤、无粘结洗精煤进行充分混合，用输料设备送入矿热炉进行工业硅冶炼生产。在cn113636560a中将40～45份木炭粉、20～25份洗精煤粉、8～12份石油焦粉、3～6份微硅粉、4～5份预浸胶液、6～8份复合粘结剂和4～5份naoh溶液通过混料的方式得到还原剂。但这种混料的技术还是可能存在还原剂活性低，炉料透气性差，产生额外的能量消耗等问题。而在cn105329897a也公开了一种复合碳质还原剂
3、煤具有较高的比电阻，适宜的粘结指数，且不易石墨化，可以替代木炭成为生产工业硅的还原剂。然而，只采用全煤作为工业硅冶炼还原剂，不采用任何木炭以及木块原料，高电流、低电压条件下来解决炉况冶炼稳定，使反应速度加快，反应更充分，也有效提高产量和降低能耗，但是未经处理的煤含有很高的灰分含量，会影响炉料的透气性，反应活性差，造成原料利用率低等问题。同时粘结煤中无粘和微粘结煤因粘结性弱，粉焦率高，使得利用率低，造成原料浪费。
技术实现思路
1、针对现有技术的全煤碳质还原剂制备的问题，本专利技术提出一种咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，以不同粘结煤作为全煤还原剂，通过咖啡废水和不同粘结煤湿磨混合发酵，使咖啡废水中的有机质对复合粘结煤亲和改性，同时咖啡废水中碱金属和碱金属添加剂中的k、na可吸附到复合粘结煤中，大幅度提高复合粘结煤的孔隙率和化学反应活性；利用naoh溶液对废弃咖啡壳粉末进行浸泡活化处理，使咖啡壳粉末内部有机结构发生改性效应，增强咖啡壳粉末的黏性，制备出咖啡壳粘结剂；以咖啡壳粘结剂粘结发酵碳材料粉末和废生物质，并经微波焙烧，其挥发份释放，可使球团内部增大孔隙率，形成多孔结构，提高球团的化学反应活性；废弃生物质中的生物油内外扩散，促使球团的粘结性能提高，节省粘结剂成本，同时焙烧使得球团致密化进而来提高球团强度；故，可降低工业硅的冶炼与生产的能耗，有效的降低环境污染。
2、一种咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于，具体步骤如下：
3、(1)将咖啡废水和不同粘结煤粉末混合后进行湿磨，研磨混匀得到混合物a；所述不同粘结煤粉末中含有无粘结煤或弱粘结煤，以及中弱粘结煤、中强粘结煤、高粘结煤中的一种或多种；无粘结煤的粘结指数n为0≤n＜1，弱粘结煤的粘结指数n为1≤n≤20，中弱粘结煤的粘结指数n为20＜n≤50，中强粘结煤的粘结指数n为50＜n≤65，高粘结煤的粘结指数n为65＜n≤95；
4、(2)将混合物a置于温度18～33℃的密闭环境中自然发酵10～30d得到发酵碳材料b，发酵碳材料b干燥后研磨得到发酵碳材料粉末；
5、(3)将咖啡壳粉末加入到naoh溶液中浸泡活化处理，固液分离得到咖啡壳粘结剂；将发酵碳材料粉末、废弃生物质、咖啡壳粘结剂、水混匀得到发酵碳材料混合物；
6、(4)发酵碳材料混合物经冷压成型、烘干得到圆柱形坯体；
7、(5)圆柱形坯体置于氩气氛围中进行微波焙烧，随炉冷却至室温得到工业硅用复合还原剂球团。
8、所述步骤(1)无粘结煤的固定碳含量不低于57wt.％，弱粘结煤的固定碳含量不低于57wt.％，中弱粘结煤的固定碳含量为55～75wt.％，中强粘结煤的固定碳含量为55～75wt.％，高粘结煤的固定碳含量为55～75wt.％。
9、所述步骤(1)不同粘结煤粉末的粒径均小于0.15mm且粒径不大于0.063mm的不低于50％。
10、以混合物a的总质量为100％计，咖啡废水占20～35wt.％，无粘结煤或弱粘结煤占45～55wt.％。
11、所述步骤(2)发酵碳材料粉末中粒径不大于0.063mm占35～45wt.％。
12、所述步骤(3)咖啡壳粉末的粒度小于0.15mm；naoh溶液的质量浓度为4～8％，浸泡活化处理的时间为20～60min。
13、以质量百分数计，步骤(3)发酵碳材料混合物中废弃生物质占3～5wt.％，咖啡壳粘结剂占2～4％，水占5～10％，其余为发酵碳材料粉末；废弃生物质为核桃壳、松子壳、椰子壳、花生壳、稻谷壳、咖啡壳、葵花籽壳、玉米芯、甘蔗渣中的一种或多种。
14、所述步骤(4)冷压成型压力为10～20mpa，圆柱形坯体的直径为55～65mm，高度为70～100mm。
15、所述步骤(5)微波焙烧温度为500～650℃，时间为2～4h，微波功率为3～5kw。
16、所述步骤(4)工业硅用复合还原剂球团的固定碳含量大于65wt.％，灰分小于4wt.％，粘结指数高于65，反应活性大于90％，球团的冷强度大于7500n。
17、所述咖啡废水是制作咖啡过程中产生的残留液体，咖啡废水中含有高有机物含量(cod和bod等有机质)和多酚类物质(单宁、咖啡酸和咖啡因等)，咖啡废水中还含有k、ca、na等碱金属，k、ca和na含量分别在60～100mg/l、10～20mg/l、6～15mg/l。
18、咖啡废水与不同粘结煤自然发酵的原理：湿磨会使复合粘结煤与咖啡废水充分接触，使咖啡废水更好的渗透到复合粘结煤的孔隙中，增大反应接触面积。在密闭环境中，咖啡废水中的有机质在自然发酵中产生相应的具有高度选择性的生物催化酶，这些催化酶附着在复合粘结煤颗粒的表面和孔隙中，咖啡废水中的k+、ca2+、na+等阳离子迁移到这些催化酶分子所在的活性点，改变分子的碳材料结构排列与石墨化特征。
19、微波焙烧改性复合碳材料原料：在微波焙烧处理后，发酵碳材料中的大分子结构与含氧官本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：步骤(1)无粘结煤的固定碳含量不低于57wt.％，弱粘结煤的固定碳含量不低于57wt.％，中弱粘结煤的固定碳含量为55～75wt.％，中强粘结煤的固定碳含量为55～75wt.％，高粘结煤的固定碳含量为55～75wt.％。
3.根据权利要求1所述咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：步骤(1)不同粘结煤粉末的粒径均小于0.15mm且粒径不大于0.063mm的不低于50％。
4.根据权利要求1所述咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：以混合物A的总质量为100％计，咖啡废水占20～35wt.％，无粘结煤或弱粘结煤占45～55wt.％。
5.根据权利要求1所述咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：步骤(2)发酵碳材料粉末中粒径不大于0.063mm占35～45wt.％。p>
6.根据权利要求1所述咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：步骤(3)咖啡壳粉末的粒度小于0.15mm；NaOH溶液的质量浓度为4～8％，浸泡活化处理的时间为20～60min。
7.根据权利要求1所述咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：以质量百分数计，步骤(3)发酵碳材料混合物中废弃生物质占3～5wt.％，咖啡壳粘结剂占2～4％，水占5～10％，其余为发酵碳材料粉末；废弃生物质为核桃壳、松子壳、椰子壳、花生壳、稻谷壳、咖啡壳、葵花籽壳、玉米芯、甘蔗渣中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：步骤(4)冷压成型压力为10～20MPa，圆柱形坯体的直径为55～65mm，高度为70～100mm。
9.根据权利要求1所述咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：步骤(5)微波焙烧温度为500～650℃，时间为2～4h，微波功率为3～5kW。
10.根据权利要求1所述咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：步骤(4)工业硅用复合还原剂球团的固定碳含量大于65wt.％，灰分小于4wt.％，粘结指数高于65，反应活性大于90％，球团的冷强度大于7500N。
...【技术特征摘要】
1.一种咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：步骤(1)无粘结煤的固定碳含量不低于57wt.％，弱粘结煤的固定碳含量不低于57wt.％，中弱粘结煤的固定碳含量为55～75wt.％，中强粘结煤的固定碳含量为55～75wt.％，高粘结煤的固定碳含量为55～75wt.％。
3.根据权利要求1所述咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：步骤(1)不同粘结煤粉末的粒径均小于0.15mm且粒径不大于0.063mm的不低于50％。
4.根据权利要求1所述咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：以混合物a的总质量为100％计，咖啡废水占20～35wt.％，无粘结煤或弱粘结煤占45～55wt.％。
5.根据权利要求1所述咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：步骤(2)发酵碳材料粉末中粒径不大于0.063mm占35～45wt.％。
6.根据权利要求1所述咖啡废水自然发酵不同粘结煤制备工业硅用复合还原剂的方法，其特征在于：步...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈正杰，甘小伟，马文会，伍继君，李绍元，魏奎先，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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