本发明属于化工及环保领域，具体涉及一种多孔碳化钙焦球团及其制备方法与应用。
背景技术：
1、焦炭、兰炭是电石化工行业的主要原料，在国民经济中占有重要地位，对增强综合国力起到支撑作用，在焦煤和焦炭供应总量相对减少的同时，我国每年破碎的粉末在5000万吨以上，冶金、煤制气化工等行业中，多采用焦碳作为生产原料或燃料，生产对焦块的粒度有一定的要求，这样就筛下来许多不能直接作为生产原料和燃料的焦粉，而焦粉仅能在水泥厂和制砖厂作原料少量使用，使大量的焦粉无用武之地。
2、传统电石行业主要采用块状煤炭和块状生石灰为原料生产电石，但是该生产方式效率低下，这主要是由于块状煤炭和块状生石灰接触面积小、反应速度慢。随着国家环保力度的加大，许多小规模的炼焦企业关停，焦价不断的飞涨，而产生的焦炭末和兰炭末又无法直接应用于电石炉当中，焦炭粉末比煤焗油固定炭高，低挥发分，低硫等特点，由于没有较好的还原技术，大量的焦炭粉末只能作低级燃料处理，所以利用焦炭粉末资源变优势经济资源，而且防止污染环境,加快开发技术含量高，增加其附加值，一直是焦炭粉末深加工行业内人士探索的课题。
3、故基于此，提出本发明技术方案。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种多孔碳化钙焦球团，其由如下重量份的原料制备得到：煤粉60～70份、氧化钙粉末95～105份和复合型添加剂1.5～2份。
2、优选地，所述煤粉中，固定碳≥84wt.％、灰分≤8wt.％、挥发分≤8wt.％、水分＜1wt.％；
3、所述煤粉的粒径为0.07～1mm。
4、优选地，所述氧化钙粉末中，cao≥90wt.％、mgo≤1.8wt.％、sio2＜2.5wt.％、生过烧及杂质≤15wt.％；
5、所述氧化钙粉末的粒径为0.07～1mm。
6、关于煤粉和氧化钙粉末的粒径，发明人进行了大量研究，具体为：
7、在探究过程中发现原料的粒径、制备过程中的气体流速和球团表面发射率均对反应结果有影响，且影响程度逐渐减小。当粒径从1mm减至0.71mm，气体流速从0.01m/s增至0.1m/s，表面发射率从0.7增至0.9时，电石的产量在相同的反应时间内分别增加了8.74％，3.52％和1.3％。因此，可以采取适当的措施来增强反应层的热传递。例如在压制混合球团之前将粉末研磨更细，或者改进电石炉的烟道设计以减小空气阻力，从而增加炉中的气体流速。而从实际应用来看显然研磨比改进烟道设计综合成本更低。
8、根据进一步探究，当球团中煤粉与石灰粉的接触面积大大增加时，化学反应速度会加快且可以减少生产过程的电能消耗。研究表明：根据新工艺物料平衡cac2每小时产量23389kg/h，耗电量58057kwh，可得每kg电石的电能消耗仅为2.48kwh/kg-cac2，远低于传统电热法的平均值3.26kwh/kg-cac2。与传统电热法的3.26kwh/kg-cac2相比，下降了23.93％。因此本发明所选原料的粒径范围可充分提高物料比表面积，降低反应活化能，提高生产效率。
9、优选地，所述复合型添加剂包括腐殖酸钠和增稠剂；所述腐殖酸钠与所述增稠剂的质量比为1:0.8～0.6；所述增稠剂为羧甲基淀粉钠或糊精。
10、关于复合型添加剂本发明也进行了大量前期验证，本发明的复合型添加剂起到粘合作用，是煤粉、氧化钙粉成型技术的核心。经测定最终成型率高达98％，湿球2米高下落不散，自然干燥或烘干均可，干燥后强度100公斤/球、耐高温900℃不散不粉。所述复合型添加剂中不含镁、磷、铝、铁等化学成份，不需原料加热搅拌，整个生产过程没有污染，适于小高炉炼铁。在冶金炉料、化工煤气原料、电石生产原料等行业中能代替部分焦炭的应用，这一优点不可忽视。
11、起粘合作用的添加剂其热稳定性至关重要，多孔碳化钙焦球团对热稳定性的测温点要求比型煤要高200℃以上，而现有多数有机粘合剂在型焦达到900℃就已溃散，部分无机粘合剂虽可保证热稳定性，但添加量都在10％以上，较高的添加剂致使球团固定碳严重下降，而无法使用。本发明所述复合型添加剂的用量既可保证球团的热稳定性，又不降低球团的固定碳。
12、另外，添加剂也应保证球团的活性，电石生产需要碳素原料有较高的活性，而本发明所采用的粘合剂含有大量的活性基团及丰富的空穴(多孔)结构，可以保证型焦的活性不受影响，且保持较高的比电阻。
13、本发明所述复合型添加剂中既含有能耐高温的无机化合物，又有黏结性能很好的有机高分子化合物，它从根本上改变了单一黏结剂的缺陷。该添加剂具有互溶性能好、黏结力强、溶剂易挥发、焦粒烘干后抗压强度高、能耐高温、化学反应活性好，原材料来源丰富、成型工艺简单和成型综合成本低等优点，是钙化型焦球团较为理想的添加剂。
14、基于相同的技术构思，本发明再提供一种多孔碳化钙焦球团的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
15、(1)将煤粉、氧化钙粉末充分混合，并加入水和复合型添加剂，搅拌均匀后得到混合原料；
16、(2)将所述混合原料压球处理，得到椭球形球团；
17、(3)将所述椭球形球团进行烘干，得到烘干球团；
18、(4)将所述烘干球团依次进行冷却、筛分，即得到成品的所述多孔碳化钙焦球团。
19、优选地，步骤(1)中，加入水的质量为总质量的10～20wt.％；搅拌均匀的时间为30～40min。
20、优选地，步骤(2)中，压球处理的压力为250kgf/cm2。
21、在压球过程中，当压力较小时，则生球易碎，不易运输，初强度不行。如果采用过高的压力，生球虽然初强度增强了，但过密实的球其内部颗粒之间孔隙率下降，造成气化速度降低，反应活性下降，延长气化时间和残碳量增加，选用合适的压力也至关重要，因此本发明采用的压力为250kgf/cm2。
22、球团的形状一般有方枕形和椭球形两种，从成型球窝脱膜性来看，椭球形状比方枕形易脱模，同时椭球形球热裂变性好，便于完全燃烧。我们选用的型球为椭球形，尺寸为40mm×35mm×25mm(长轴×短轴×高)，以提高型焦球固定碳利用率。
23、优选地，步骤(3)中，所述烘干分为三个阶段；其中：
24、第一阶段的温度为255～265℃或275～285℃；
25、第二阶段的温度为285～295℃；
26、第三阶段的温度为120～200℃。
27、更具体的，在第一阶段时对球团进行预热，使其温度升高到一定程度，为接下来的烘干阶段做准备。当球团水分≤20％时，此区域热风温度控制在255～265℃；当水分≥20％时时，此区域热风温度控制在275～285℃。
28、在第二阶段，温度为285～295℃，此阶段煤粉和氧化钙粉发生热解反应，生成含碳物质，形成多孔碳化钙焦球团。该阶段的目的是减少球团中的水分含量，提高炭化率和机械强度。
29、在第三阶段，温度为120～200℃，对球团进行最后的干燥处理。
30、在后续操作中，将烘干后的球团进行自然冷却，使其温度降低到适宜的程度，然后将冷却后的球团进行筛分，去除不合格的球团(筛分的目的是得到符合要求的钙化型焦球团产品)，最后将合格的钙化型焦球团进库，也可(水分＜1％)直接热装热送进电石炉内，更好的降低电石反应时间。
31、基于相同的技术构思，本发明的方案是再提供一种多孔碳化钙焦球团在制备电石中的应用。
32、本发明的有益效果为：
33、经过长期的研究探索，本发明所述多孔碳化钙焦球团的制备原料可充分提高物料比表面积，降低反应活化能，提高生产效率；并且本发明所采用的复合型添加剂含有大量的活性基团及丰富的空穴(多孔)结构，可以保证型焦的活性不受影响，且保持较高的比电阻。