本发明涉及材料改性领域，并且更具体地，涉及到一种半焦粉的改性方法。
背景技术：
半焦又称兰炭。由煤低温干馏所得的可燃固体产物。产率约为原料煤的50％～70％。色黑多孔，主要成分是碳、灰分和挥发分。其灰分含量取决于原料煤质，挥发分含量约5％～20％(质量)。与焦炭相比，半焦的挥发分含量高，孔隙率大而机械强度低。半焦与一氧化碳、蒸汽或氧具有较强的反应活性。半焦是很好的高热值无烟燃料，主要用作工业或民用燃料，也用于合成气、电石生产等。
据统计，2015年陕西榆林地区的半焦产能达到约7000万吨，新疆地区的半焦产能达到6000万吨。然而半焦实用率高主要以块状半焦为主，粒径小于1.5mm的半焦粉的材料质量与半焦块相似，但是由于粒度过小而无法用于工业生产中。在半焦产地民用需求量远供大于求，同时在装卸运输中半焦粉产生的扬尘极为严重，极不符合环保要求。由此半焦粉的优化处理成为立急待解决的问题。半焦粉自身微孔多，粒径小，比重轻，比表面积大，强度差无粘结交联基础，深加工中有一定难度。特别是在成型的过程，例如半焦粉与生石灰粉高压成型过程中，就会产生“气爆”现象，压球机出现“砰砰”的响声，导致球团强度大幅下降，并且对压球机的机械结构造成较大的损害。
技术实现要素：
本发明针对上述问题，目的在于提供一种半焦粉的改性方法。旨在解决半焦粉与生石灰粉高压压球过程中产生的“气爆”现象，大幅提高球团的强度。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
根据本发明，提供一种半焦粉的改性方法，包括如下步骤：
1)半焦预处理：将热解得到的半焦在进行烘干、磨细处理，得到半焦粉；
2)表面改性：将磨细的半焦粉与改性溶液进行混合并加热，使得半焦粉与改性溶液反应；
3)烘干：将步骤2)中反应后的混合物进行蒸发脱水处理，得到改性半焦粉。
进一步地，步骤1)中将热解得到的半焦进行烘干、磨细处理的过程为：水分低于15wt％的半焦从磨机的上部进入磨机，在磨机压辊的作用下破碎成半焦粉，在破碎的同时200～300℃的热风从磨机底部通入对正在破碎的半焦进行吹动，将磨细的半焦粉携带出去；从磨机的侧上方带出磨机，在出口处有分级装置，粒度较细的半焦粉(粒度在150μm以下)可以带出，粒度较粗的半焦粉继续返回磨机研磨，最后磨细烘干的半焦粉通过高温除尘布袋进行收集。半焦在研磨过程中就受到热风进行烘干，因此半焦不会粘在压辊上；磨细的半焦粉在带出的过程中与热风进行强烈的热交换，使水分迅速脱除，达到烘干的效果。
进一步地，步骤2)中的改性溶液的制备方法为：将纳米粒子加入到蒸馏水中，然后加入分散剂，混合后制备出改性溶液。上述混合采用强力混合，可以使用机械搅拌、磁力搅拌或者本领域技术人员常用的其它搅拌方式，搅拌强度为：搅拌雷诺数re＞1000，此时搅拌容器内的液体都呈湍流状态。
进一步地，纳米粒子、蒸馏水与分散剂的混合时间为30-60分钟。
进一步地，蒸馏水、纳米粒子与分散剂的质量配比为1∶(0.1～0.5)∶(0.01～0.03)。
进一步地，纳米粒子是纳米tio2、纳米sio2、纳米zno、纳米cuo、纳米al2o3和纳米ags中的一种或几种。
进一步地，纳米粒子的粒度小于2nm。
进一步地，分散剂是淀粉、聚乙二醇、油酸和柠檬酸中的一种或几种。
进一步地，步骤1)得到的半焦粉的粒度为150μm以下。
进一步地，步骤2)中的半焦粉与改性溶液的质量配比为1∶(2～3)。
进一步地，步骤2)中，混合和加热同时进行，且加热为水浴加热，水浴温度为80-100℃，反应时间为1-2h。其中水浴加热可以使用恒温水浴锅。优选地，水浴温度为90℃，该温度更有利于改性溶液与半焦的反应。
进一步地，步骤2)中半焦粉与改性溶液进行混合可以使用机械搅拌、磁力搅拌或者本领域技术人员常用的其它搅拌方式，搅拌目的是将半焦粉始终悬浮在改性溶液中，使其充分接触。
进一步地，步骤3)中得到的改性半焦粉的水分含量为5wt％以下。
进一步地，步骤3)中混合物放入旋转蒸发器内进行蒸发脱水处理。
进一步地，步骤2)中半焦粉与改性溶液在敞口容器内进行混合，例如锥形瓶、烧杯。
根据本发明的改性后的半焦粉与生石灰粉按照1∶(1～1.5)的配比进行混合处理，然后在高压压球机上进行成型处理，结果发现改性后的半焦粉与生石灰粉在压球的过程中没有发生“气爆”现象，并且球团的抗压强度和密度也得到了大幅的提高。
本发明的有益效果是：
半焦粉中的孔大部分都是微孔，其平均孔径都在2nm以下。通过改性后的半焦粉，将小于2nm的纳米颗粒填充到半焦粉的微孔中，将半焦粉中的空气挤出，降低半焦粉的比表面积和孔隙率，使得半焦粉在高压下不易出现“气爆”现象，并且压的更实。
附图说明
图1是按照本发明的实施例的半焦粉的改性方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
将热解得到的半焦在进行烘干、磨细处理，得到半焦粉，半焦粉的粒径在150μm以下。在100重量份蒸馏水中加入10重量份粒径小于2nm的纳米tio2和1重量份的淀粉，强力混合30分钟，得到改性溶液。然后将半焦粉与改性溶液按照1∶2的质量比例放入锥形瓶中进行初步混合，然后再放入90℃水浴锅内边搅拌边反应，反应时间1小时，然后将反应后的混合物放入旋转蒸发器内进行蒸发处理，水分降至5％以下，得到改性半焦粉。
将改性半焦粉与生石灰按照1∶1的比例进行混合处理，然后将混合后的物料放入高压压球机内进行压球处理，压球机的压力设定在19mpa，结果发现在压球的过程中没有出现“气爆”现象，球团的抗压强度经检测为750牛顿/个，密度为1.75g/cm3。
实施例2
将热解得到的半焦在进行烘干、磨细处理，得到半焦粉，半焦粉的粒径在150μm以下。在100重量份蒸馏水中加入30重量份粒径小于2nm的纳米sio2和2重量份的聚乙二醇，强力混合40分钟，得到改性溶液。然后将半焦粉与改性溶液按照1∶2的质量比例放入锥形瓶中进行初步混合，然后再放入90℃水浴锅内边搅拌边反应，反应时间1小时，然后将反应后的混合物放入旋转蒸发器内进行蒸发处理，水分降至5％以下，得到改性半焦粉。
将改性半焦粉与生石灰按照1∶1的比例进行混合处理，然后将混合后的物料放入高压压球机内进行压球处理，压球机的压力设定在19mpa，结果发现在压球的过程中没有出现“气爆”现象，球团的抗压强度经检测为870牛顿/个，密度为1.80g/cm3。
实施例3
将热解得到的半焦在进行烘干、磨细处理，得到半焦粉，半焦粉的粒径在150μm以下。在100重量份蒸馏水中加入50重量份粒径小于2nm的纳米zno和3重量份的油酸，强力混合60分钟，得到改性溶液。然后将半焦粉与改性溶液按照1∶3的质量比例放入锥形瓶中进行初步混合，然后再放入90℃水浴锅内边搅拌边反应，反应时间2小时，然后将反应后的混合物放入旋转蒸发器内进行蒸发处理，水分降至5％以下，得到改性半焦粉。
将改性半焦粉与生石灰按照1∶1.5的比例进行混合处理，然后将混合后的物料放入高压压球机内进行压球处理，压球机的压力设定在19mpa，结果发现在压球的过程中没有出现“气爆”现象，球团的抗压强度经检测为950牛顿/个，密度为1.82g/cm3。
实施例4
将热解得到的半焦在进行烘干、磨细处理，得到半焦粉，半焦粉的粒径在150μm以下。在100重量份蒸馏水中加入40重量份粒径小于2nm的纳米cuo和2重量份的柠檬酸，强力混合50分钟，得到改性溶液。然后将半焦粉与改性溶液按照1∶3的质量比例放入锥形瓶中进行初步混合，然后再放入80℃水浴锅内边搅拌边反应，反应时间1小时，然后将反应后的混合物放入旋转蒸发器内进行蒸发处理，水分降至5％以下，得到改性半焦粉。
将改性半焦粉与生石灰按照1∶1.5的比例进行混合处理，然后将混合后的物料放入高压压球机内进行压球处理，压球机的压力设定在19mpa，结果发现在压球的过程中没有出现“气爆”现象，球团的抗压强度经检测为850牛顿/个，密度为1.78g/cm3。
实施例5
将热解得到的半焦在进行烘干、磨细处理，得到半焦粉，半焦粉的粒径在150μm以下。在100重量份蒸馏水中加入20重量份粒径小于2nm的纳米粒子(纳米粒子为质量比例为1∶1的纳米al2o3和纳米ags)和1重量份的分散剂(分散剂为质量比例为1∶1的油酸和柠檬酸)，强力混合40分钟，得到改性溶液。然后将半焦粉与改性溶液按照1∶2的质量比例放入锥形瓶中进行初步混合，然后再放入100℃水浴锅内边搅拌边反应，反应时间1小时，然后将反应后的混合物放入旋转蒸发器内进行蒸发处理，水分降至5％以下，得到改性半焦粉。
将改性半焦粉与生石灰按照1∶1的比例进行混合处理，然后将混合后的物料放入高压压球机内进行压球处理，压球机的压力设定在19mpa，结果发现在压球的过程中没有出现“气爆”现象，球团的抗压强度经检测为780牛顿/个，密度为1.76g/cm3。
对比例
将粒径150μm以下的半焦粉水分烘干至5％以下，然后与生石灰按照1∶1的比例进行混合处理，然后将混合后的物料放入高压压球机内进行压球处理，压球机的压力设定在19mpa，结果发现在压球的过程中频繁出现“气爆”现象，压球机发出“砰砰”的响声，球团的抗压强度经检测为150牛顿/个，密度为1.30g/cm3。
实施例1-5与对比例相比，对比例中的半焦粉为经过改性处理，则会产生“气爆”现象，并且球团的抗压强度和密度均低于实施例1-5中制备出的球团。说明本发明的半焦粉的改性方法是可以解决上述“气爆”现象。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。