一种农作物秸秆烧结制品及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种农作物秸秆烧结制品及其制备方法和应用 (Crop straw sintered product and preparation method and application thereof ) 是由 柏昊仓 湛蒙 董斌 邵波 由佳 柏成刚 张卫飞 吕碧航 蒋生辉 于 2020-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种农作物秸秆烧结制品及其制备方法和应用,其原料组成按重量份计,包括：A、农作物秸秆1～10份；或者,秸秆碳化颗粒1～5份,B、渣土80～100份。该制备方法包括：对原料进行破碎；加水进行搅拌；将混合好的原料陈化72小时；对陈化好的原料采用真空挤出机挤出成型,挤出压力2.5～3.8Mpa,得到湿坯；干燥,得到干坯；焙烧,升温速度不超过200℃/小时,焙烧温度960～1020℃,保温30分钟,随炉冷却至室温,得到烧结制品。本发明通过农作物秸秆的加入,可替代传统燃料煤或煤矸石,减少了环境污染和资源浪费,又提高了农作物秸秆的利用率,尤其可以应用于烧结墙材行业,具有显著的经济效益和环保效益。(The invention provides a crop straw sintered product and a preparation method and application thereof, wherein the crop straw sintered product comprises the following raw materials in parts by weight: A. 1-10 parts of crop straw; or 1-5 parts of straw carbonized particles, and 80-100 parts of B and muck. The preparation method comprises the following steps: crushing the raw materials; adding water and stirring; aging the mixed raw materials for 72 hours; extruding and molding the aged raw materials by using a vacuum extruder, wherein the extrusion pressure is 2.5-3.8 Mpa, and thus obtaining a wet blank; drying to obtain a dry blank; and (3) roasting at the temperature rising speed of not more than 200 ℃/h and the roasting temperature of 960-1020 ℃, preserving heat for 30 minutes, and cooling to room temperature along with the furnace to obtain a sintered product. The invention can replace the traditional fuel coal or coal gangue by adding the crop straws, reduce the environmental pollution and the resource waste, improve the utilization rate of the crop straws, particularly can be applied to the sintered wall material industry, and has obvious economic benefit and environmental protection benefit.)
技术领域
本发明涉及烧结制品技术领域，特别涉及一种农作物秸秆烧结制品及其制备方法和应用。
背景技术
我国是全球农业大国，每年产生的农作物秸秆超过9亿吨，为减少农作物直接焚烧造成的环境污染和资源浪费，国家早在2008年就发布了《关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》，提出加快解决由于秸秆废弃和违规焚烧带来的资源浪费和环境污染问题。数据显示，在政策的积极支持和推动下，我国农作物秸秆综合利用效果显著。目前秸秆综合利用率超82％，秸秆利用方式多种多样，基本形成了肥料化利用为主，饲料化、燃料化稳步推进，基料化、原料化为辅的综合利用格局。
尽管如此，我国仍然每年有近2亿吨的农作物秸秆被就地焚烧，造成了极大的资源浪费和环境污染。此外由于技术、资金等因素限制，我国秸秆资源化利于单一且效率较低。因此，合理利用生物秸秆生产烧结制品，既进一步加快了农业物秸秆的资源化利用，又能够节约国家资源和能源。
农作物秸秆的烧失量及化学成分如表1所示：
表1
原料名称
烧失量
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MgO
SO<sub>3</sub>
TiO<sub>2</sub>
K<sub>2</sub>O
Na<sub>2</sub>O
小麦秸秆
92.60
2.93
0.15
0.09
0.40
0.13
0.16
0.01
1.60
0.03
玉米秸秆
90.14
5.59
0.40
0.28
0.66
0.40
0.08
0.02
1.10
0.07
农作物秸秆的发热量如表2所示：
表2
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决农作物秸秆的废物利用问题，提供一种农作物秸秆烧结制品以及该制品的制备方法。
为了解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：
一种农作物秸秆烧结制品，原料组成按重量份计，包括：
A、农作物秸秆1～10份；或者，秸秆碳化颗粒1～5份；
B、渣土80～100份。
较佳地，原料组成为：A、秸秆碳化颗粒4份；B、渣土100份。
较佳的，原料组成还包括：C、煤矸石5～20份。
较佳地，原料组成为：A、秸秆碳化颗粒2份；B、煤矸石16份；C、渣土82份。
本发明还提供一种农作物秸秆烧结制品的制备方法，包括以下步骤：
1)对原料进行破碎；
2)对破碎的原料加水进行搅拌，使其混合均匀；
3)将混合好的原料陈化至少72小时；
4)对陈化好的原料采用真空挤出机挤出成型，挤出压力2.5～3.8Mpa，得到湿坯；
5)将成型好的湿坯先自然干燥20-30小时，再在温度100±5℃的干燥箱中干燥6-9小时，得到干坯；
6)将干坯送入窑炉中进行焙烧，升温速度不超过200℃/小时，焙烧温度960～1020℃，保温30分钟，随炉冷却至室温，得到烧结制品。
较佳地，步骤1)采用锤式破碎机或辊式破碎机进行破碎，并通过滚筒筛，使原料颗粒≤3mm。
较佳地，步骤2)中混合方式采用强力搅拌机搅拌或圆盘捏合机搅拌。
较佳地，所述秸秆碳化颗粒改为在步骤6)时使用投煤器将秸秆碳化颗粒粉碎并投放到窑炉高温焙烧区。
较佳地，步骤4)中的真空挤出机采用真空挤砖机，砖机泥缸直径150mm，挤出压力2.6～2.8MPa，真空度-0.08MPa。
本发明还提供一种农作物秸秆烧结制品作为烧结墙材的应用。
本发明的有益效果在于：
将不同种类的农作物秸秆粉碎并混合均匀，可做为内掺燃料进行掺配使用，也可作为辅助燃料进行外投使用，此外可将秸秆制成碳化颗粒进行内掺或外投，而煤矸石、渣土等主要原料需经机械破碎，各种原料需按照热量需求进行配比，经加水搅拌、陈化、成型、干燥、焙烧，最后获得烧结制品。前述制备方法中，混合料的发热量290340Kcal/kg。
本发明通过农作物秸秆(或其碳化颗粒)的加入，可替代传统燃料煤或煤矸石，减少了环境污染和资源浪费，又提高了农作物秸秆的利用率。
本发明尤其可以应用于烧结墙材行业，具有显著的经济效益和环保效益。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
现结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
原料成分：秸秆2％，煤矸石25％，渣土73％。
制备方法：1)原料处理：将秸秆、煤矸石和渣土投入锤式破碎机破碎或辊式破碎机进行破碎，并通过滚筒筛，使原料颗粒≤3mm；
原料混合：将处理好的秸秆、煤矸石、渣土送入双轴搅拌机中进行加水搅拌，使其混合均匀；
原料陈化：将混合好的原料置于陈化库中进行至少72小时的陈化；
成型：陈化好的原料采用真空挤出机挤出成型，挤出压力2.5～3.8Mpa；
干燥：将成型好的湿坯首先进行24小时的自然干燥，然后放进干燥室中进行人工干燥；
焙烧：将干燥好的干坯放进窑炉(温度梯度炉)中进行焙烧，升温速度不超过150℃/小时，焙烧温度960～1020℃，焙烧周期25～35小时，最终得到烧结制品。
实施例2
原料成分：秸秆4％，煤矸石15％，渣土81％。
制备方法：1)原料处理：将煤矸石和渣土采用锤式破碎机或辊式破碎机进行破碎，并通过滚筒筛，使原料颗粒≤3mm
原料混合：将处理好的煤矸石、渣土经双轴搅拌机进行加水搅拌处理，使其混合均匀
3)原料陈化：将混合好的原料置于陈化库中进行至少72小时的陈化
4)成型：陈化好的原料送入真空挤出机挤出成型，挤出压力2.5～3.8MPa
5)干燥：成型好的湿坯首先进行24小时的自然干燥，然后放进干燥室中进行人工干燥
6)焙烧：将干燥好的干坯放进窑炉中进行焙烧，使用生物燃料投放设备将秸秆粉碎至5mm以下并投放到窑炉(温度梯度炉)高温焙烧区，升温速度不超过150℃/小时，焙烧温度960～1020℃，焙烧周期25～35小时，最终得到烧结制品。
实施例3
原料成分：秸秆碳化颗粒2％，煤矸石16％，渣土82％。
制备方法：1)原料处理：将煤矸石和渣土采用锤式破碎机或辊式破碎机进行破碎，并通过滚筒筛，使原料颗粒≤3mm
原料混合：将处理好的煤矸石、渣土经双轴搅拌机进行加水搅拌处理，使其混合均匀
3)原料陈化：将混合好的原料置于陈化库中进行至少72小时的陈化
4)成型：陈化好的原料送入真空挤出机挤出成型，挤出压力2.5～3.8MPa；
5)干燥：成型好的湿坯首先进行24小时的自然干燥，然后放进干燥室中进行人工干燥
6)焙烧：将干燥好的干坯放进窑炉中进行焙烧，使用生物燃料投放设备将秸秆碳化颗粒投放到窑炉(温度梯度炉)高温焙烧区，升温速度不超过150℃/小时，焙烧温度960～1020℃，焙烧周期25～35小时，最终得到烧结制品。
实施例4
原料成分：秸秆碳化颗粒4％，渣土96％。
制备方法：1)原料处理：将秸秆碳化颗粒、渣土采用锤式破碎机或辊式破碎机进行破碎，使其颗粒≤3mm
2)原料混合：将处理好的秸秆碳化颗粒、渣土经双轴搅拌机进行加水搅拌，使其混合均匀
3)原料陈化：将混合好的原料置于陈化库中进行至少72小时的陈化
4)成型：陈化好的原料送入真空挤出机挤出成型，挤出压力2.5～3.8MPa
5)干燥：将成型好的湿坯首先进行24小时的自然干燥，然后放进干燥室中进行人工干燥
6)焙烧：将干燥好的干坯放进窑炉(温度梯度炉)中进行焙烧，升温速度不超过150℃/小时，焙烧温度960～1020℃，焙烧周期25～35小时，最终得到烧结制品。
实施例5
原料成分：秸秆碳化颗粒4％，渣土100％。
制备方法：1)原料处理：将渣土采用锤式破碎机或辊式破碎机进行破碎，使其颗粒≤3mm
2)原料混合：将处理好的渣土经双轴搅拌机进行加水搅拌，使其混合均匀；
3)原料陈化：将混合好的原料置于陈化库中进行至少72小时的陈化；
4)成型：陈化好的原料送入真空挤出机挤出成型，挤出压力2.5～3.8MPa：
5)干燥：将成型好的湿坯首先进行24小时的自然干燥，然后放进干燥室中进行人工干燥
6)焙烧：将干燥好的干坯放进窑炉中进行焙烧，使用投煤器将秸秆碳化颗粒粉碎并投放到窑炉(温度梯度炉)高温焙烧区，升温速度不超过150℃/小时，焙烧温度960～1020℃，焙烧周期25～35小时，最终得到烧结制品。
按照上述实施例的制备工艺，申请人对不同的配比制成的烧结制品进行了抗压强度测试，测试结果如表3所示。
表3不同配比的烧结制品的抗压强度
实施例
秸秆
秸秆碳化颗粒
煤矸石
渣土
抗压强度(MPa)
1
2％(玉米)
/
25％
73％
6.8
2
4％(小麦)
/
15％
81％
6.5
3
6％(玉米)
/
6％
88％
4.92
4
8％(小麦)
/
/
92％
3.8
5
/
2％
16％
82％
13.55
6
/
4％(内掺)
/
96％
13.48
7
/
4％(外加)
/
100％
21.72
从以上表3可以看出，实施例5的性价比最高，其次为实施例7。
综上，将不同种类的农作物秸秆粉碎并混合均匀，可做为内掺燃料进行掺配使用，也可作为辅助燃料进行外投使用，此外可将秸秆制成碳化颗粒进行内掺或外投，而煤矸石、渣土等主要原料需经机械破碎，各种原料需按照热量需求进行配比，经加水搅拌、陈化、成型、干燥、焙烧，最后获得烧结制品。
上述实施例中，农作物秸秆粉碎至5mm以下，也可制作成秸秆碳化颗粒。
上述实施例中，不仅限于渣土，其他满足原料矿物组成和化学成分的原料可进行替代。
上述制备方法中，混合料的发热量可达到290-340Kcal/kg。混合方式可选用强力搅拌机搅拌或圆盘捏合机搅拌。农作物秸秆可用作内掺原料也可用作外投原料。秸秆碳化颗粒可作为外投燃料。
通过上述实施例将农作物秸秆应用到烧结墙材行业，与现有技术相比，具有显著的经济效益和环保效益。具体表现在：本申请通过农作物秸秆的加入，可替代传统燃料煤或煤矸石，减少了环境污染和资源浪费，又提高了农作物秸秆的利用率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。