专利名称：一种改善焦炭热性质的方法
技术领域：
本发明涉及一种改善焦炭热性质的方法，尤其涉及一种采用负催化剂改善焦炭热性质的方法。
煤的性质是焦炭热性质的决定性因素，传统的炼焦配煤技术，历来强调多配中等变质程度，强粘结性的肥煤和焦煤，以提高焦炭的热性质，减少焦炭在高炉中的劣化。但目前面临的问题是此类煤价格昂贵，且资源有限，并终有一天会枯竭。且焦炉炼焦的热效率较低，污染严重，日益强烈的环保呼声迫使许多厂矿开发炼焦新工艺，例如干熄焦，成型煤，煤预热等，以改善焦炭质量，减少环境污染，多配弱粘煤或非炼焦煤，合理利用优质焦煤资源。然而采用上述工艺又势必大大增加成本的投入，这些，决定了焦炭成本是炼铁(乃至炼钢)成本的大头。
近年来，国外学者在寻找一种新型、有效、工业上可行的提高焦炭热性质的方法，对焦炭进行后序处理以提高焦炭的热性质，M.Ogawa，M.Miyawaki和T.Tuyuguchi(113th ISIJ meeting of April，1987，Lecture No.S-62)进行过改善焦炭热性质的研究，将热筑路焦油滴在焦炭上，并加热使裂解生成的碳沉积在焦炭上改善了焦炭的反应性(较低了焦炭CO2氧化反应的速率)，增加了焦炭热强度，从而改善了焦炭的热性能，但由于焦油裂解生成大量的烟尘而阻碍了其工业化。
美国专利U.S.5486216描述了在低质焦炭外表面积碳的方法，是采用CVD(气相热解沉积)技术，使碳氢化合物裂解，生成的碳微粒可填充在焦炭气孔中，形成致密而坚硬的碳层的方法。此方法减少反应面积，从物理上可阻碍CO2反应，并且由于此方法在干熄焦结合，由于要在干熄炉中引入可燃性碳氢化合物，且操作较为复杂，一旦漏入空气，则可能爆炸，此方法危险生较大。
苏联专利SU1775462将对-苯二酚作为催化剂加入装炉煤中，10％的褐煤半焦和弱粘结煤代替强粘结煤炼焦，焦炭强度增加，采用此方法对炼焦工艺制度有较大改动，在工业上实施有较大困难。
负催化剂可降低反应速度，阻碍反应的进行在化学工业被广泛应用，在材料科学、能源科学领域也被广泛重视，例如炭材料抗氧化反应的阻滞剂等。
本发明的改善焦炭热性质的方法是加入负催化剂。
所述的负催化剂是指元素硼和硼系化合物。
所述的硼系化合物是指元素硼、硼酸、硼砂、B2O3等。
其中最佳选择为元素硼。
所述的负催化剂可加入至配煤中，也可与焦炭混合。
所述负催化剂的加入量占配煤或焦炭总重量的0.02％-2％碳在自然界中是化学稳定性极好的物质(元素)，在常温和普通环境下呈化学惰性，但是在较高的温度下(如高炉中)，碳却极易与氧化性气体发生反应，这是因为，石墨态晶体中的碳网平面在空间上是有限的，它们终止于晶界、位错或者表面，从而碳网平面中总有一定数量比的边缘碳原子。边缘碳原子具有未饱和的化合键和自由的п电子，是最容易受到反应原子进攻的部位。从边缘碳原子开始的氧化使碳网平面减小，而从内部活性碳原子(位错、空位)开始的反应，会使其周边的碳原子逐个发生断键，生成CO，CO2，最终会在碳网平面上形成腐蚀坑。硼系化合物对焦炭的CO2溶损反应具有负催化作用，抑制焦炭中的C与CO2反应，从而改善焦炭的热性质。
硼系化合物如硼酸、硼砂、B2O3等，元素硼可改善焦炭的热性质。元素硼对焦炭热性质的改善效果最好。这是因为硼原子最外层有3个电子，经SP2杂化的三条共价键形成共平面、且互成120°，这与石墨中碳网平面内碳原子的成键方式完全相同。硼的原子半径为91pm，与碳的原子半径90pm非常接近，硼在碳中能够形成替代式固溶体，硼也可以化合物的形式嵌入石墨晶体的层间。此外B氧化后生成的B2O3覆盖在焦炭的活性位上，对碳溶反应起到物理阻碍作用，此外，B的存在改变了C原子的п电子分配，降低了CO的解析作用，降低碳溶反应速度；由于添加了B，将促进石墨化，从而减少边缘碳原子等活性位的总量，抑制焦炭的碳溶反应，改善焦炭热性能。
采用各种方法使焦炭中存在硼系物，由于硼系物的存在，可提高焦炭的热性质，将负催化剂添加到焦炭中的方法可采用配煤法或浸渍法等。
由
图1所示，加入负催化剂的焦炭的反应性(CRI)明显低于未添加负催化剂的焦炭，并且随着负催化剂的添加量的增加，反应性继续下降，说明负催化剂的添加使焦炭与CO2反应的反应性下降。由图2可见，添加负催化剂的焦炭，其反应后强度(CSR)焦炭明显好于未添加负催化剂的焦炭，且随着负催化剂的添加量的上升，焦炭的反应后强度增加。
1.使用了本发明的方法后，可降低配煤炼焦中强粘煤的配比，这样不但可以节约宝贵的强粘煤资源，而且可降低炼焦成本。
2.使用了本发明的方法后，还可大大改善焦炭的热性能，为大喷煤提供保证，降低炼铁成本。
3.本发明的方法还可望用于其它行业，例如炭素材料、能源等。
将加入有负催化剂的焦炭去进行热性质试验，结果发现加入元素硼后，对于配合煤质量较好的配合煤，其CRI由21.1％减小到12.3％，CSR由66.8％增加到78.3％，对于配合煤质量较差的配合煤，其CRI，CSR，分别由32.8％减小到15.2％，CSR由50.7％增加到74.5％；可见，在炼焦煤中配入负催化剂炼焦后，大幅度改善焦炭热性质。
实施例2焦炭浸渍法添加负催化剂的方法如图4所示，为焦炭浸渍法添加负催化剂的流程图。湿法熄焦是用水将熄焦塔内的红热焦炭用水湿熄，设施主要由熄焦塔1、循环泵2、粉焦沉淀池3，清水池4等组成。将负催化剂直接加入清水池4中，由循环泵2打入熄焦塔1，在熄焦的同时完成焦炭浸渍的过程，熄焦后的水经沉淀池3将焦粉沉淀下来后，进入清水池4后重复使用。
对焦炭进行负催化剂浸渍，其方法是取切后焦，浸渍于一定浓度的负催化剂溶液中，待水份蒸发后，测定焦炭中吸附的负催化剂量，以及焦炭的热性质。例如，在焦炭中添加B2O3后，其焦炭的反应性和反应后强度由29.2％，56.9％改善到21.2％，68.1％。对宝钢焦炭，其反应性为23.77％，反应后强度为70.37％，经过负催化剂硼酸浸渍后，其热性质得到改善反应性为18.2％，反应后强度为77％，可见对焦炭进行负催化剂浸渍后，也大幅度改善焦炭热性质、因此采用了本发明的方法可大幅度改善焦炭热性质。
权利要求
1.一种改善焦炭热性质的方法，其特征在于，加入负催化剂。
2.如权利要求1所述的一种改善焦炭热性质的方法，其特征在于，所述的负催化剂是指元素硼和硼系化合物。
3.如权利要求2所述一种改善焦炭热性质的方法，其特征在于，所述的硼系化合物是指硼酸、硼砂、B2O3。
4.如权利要求3一种改善焦炭热性质的方法，其特征在于，所述的负催化剂的最佳选择为元素硼。
5.如权利要求书1所述的一种改善焦炭热性质的方法，其特征在于，所述的负催化剂可加入至配煤中，也可加入至焦炭中。
6.如权利要求书1所述的一种改善焦炭热性质的方法，其特征在于，所述负催化剂的加入量占配煤或焦炭总重量的0.02％-2％。
全文摘要
本发明提供一种改善焦炭热性质的方法，是加入元素硼和硼系化合物作为负催化剂，可加入至配煤中，也可加入至焦炭中，本方法可有效改善焦炭热性质。
文档编号C10L9/10GK1428406SQ01139280
公开日2003年7月9日 申请日期2001年12月28日 优先权日2001年12月28日
发明者张群, 杨俊和, 吴信慈, 冯安祖, 金宝, 史美仁, 程乐意, 钱湛芬, 许梅郎 申请人:宝山钢铁股份有限公司, 上海应用技术学院