[发明专利]硫磺固体化成型物制备系统及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及硫磺固体化成型物制备系统及其方法（Sulfur Solidifed Molding Fabrication System and Method Thereby），更具体地，涉及用于借助热源装置利用作为固体粉末的煤炭底灰和硫磺的混合物来连续制备硫磺固体化成型物的硫磺固体化成型物制备系统及其方法。

背景技术

在火力及整体煤气化联合循环（IGCC，Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统产生的煤炭灰中占约10%～15%的底灰作为在某种程度上具有骨料所需的硬度的多孔质的材料，具有密度低且粒度大的特性。

在所产生的煤炭灰中，飞灰最常被再利用为水泥原料与混凝土的混和剂，此外，再利用于硅钾肥、土壤改良材、轻量骨料制作、路基材料、填料以及轻量建筑材料等，底灰与飞灰相比，稳定性、粒度等与一般骨料（KS F2526）不存在差异，但是由于如低密度、高吸收率、相对高的未燃烧碳的含量等特性，难以将底灰用作一般骨料，因而当前大部分在填埋场进行填埋处理。

另一方面，随着耗电量的增加，作为工业废弃物的底灰的产生量每年都在增加，随着部分被用作混凝土的添加剂，或者大部分被进行填埋处理，部分发电厂的填埋场容量达到了极限，急需追加建设回收处理场，但因环境问题及发生民怨等，当前仍难以追加建设，因此可以说能够持续确保通过煤炭底灰的再利用、再运用来循环利用的技术成了经济增长的必要因素。

目前为止，有关运用底灰的技术，最常见的是将底灰用作如混凝土（再生循环骨料或人工轻量骨料的制备技术等）、砂浆（mortar）的土木建筑材料，此外，公知的技术还有底灰的生成特性上具有的有害物质的处理方法、利用MAR（Magaldi Ash Recycling，马卡的灰循环）系统的底灰的飞灰化方法等。

但是，就利用底灰的混凝土运用技术而言，必须具有用于解决由底灰的生成特性引发的问题的预处理技术。

第一、韩国国内的火力发电厂的底灰处理方式使用利用海水的湿式方法，因此盐化物含量高，若要作为混凝土添加物使用，需要进行通过清洗来除去盐化物的工序。并且，由于作为影响混凝土的施工性和强度表达的未燃碳量的烧失量在10%以上（KS基准为5%以下），因而存在可能产生腐蚀现象的问题，所以需要除去/回收底灰所含的碳的技术。

通常，硫磺不溶于水，且在119℃～159℃的温度范围内熔融而成为低粘度（11cp～7cp）的液相，硫磺在常温下迅速固化而具有斜方晶系（orthorhombic system）的结晶形态，处于稳定的固体状态，具有高强度。

持续尝试开发出利用硫磺的性质，即，超过119℃便溶解且在常温下为固体的性质，来将硫磺适用于土木及建设领域的技术。作为实例，曾作为包装材料（美国专利第4290816号，1981年）以及建筑材料用物材或者废弃物固化用物材等结合材料进行了使用。

自2000年以后，提出了纯硫磺的易燃性和存在于海水或土壤中的硫磺氧化细菌引起硫酸离子的析出问题等，活跃进行了对于利用改性剂（二环戊二烯（dicyclopentadiene）等）的改性硫磺的研究。利用改性剂的硫磺的改性反应为聚合反应，存在如下问题：在反应结束后再熔融时也持续进行聚合反应，而引起粘度上升，带来作业难度，一旦温度下降，流动性随之降低而发生急速冷却固化的现象，随着熔融混合时间，材料的质量降低等。

作为用于弥补这种硫磺改性反应的缺点的技术，提出了投入其他添加剂（聚合反应抑制剂等）的技术，这种利用改性硫磺的技术不容易除去反应，随着除了硫磺以外和额外的添加物增多，存在加重经济、环境压力的缺点。

在此使用的低温熔融（low temp.melting）硫磺固化法中，通过利用硫磺的特性的极低温熔融固化法，来制备硫磺熔融固化物。

在160℃以上，硫磺中8环的硫磺结合开始分解，此时分解的自由基（radical）与重金属化合物的反应性非常高，从而促进无机类材料中的重金属化合物与硫磺的反应，使得重金属变为针对水的析出少的硫化物。借助利用这种特性来在水不溶状态下使重金属类固定化来封锁重金属的方式，能够有效地封锁包含于底灰的重金属类，来制备对环境无害的建材。

硫磺的含有比率为10wt%～70wt%，可以根据建筑材料的要求强度灵活改变硫磺的含有量，可以利用底灰的碱性来制备碱性硫磺熔融固化物，从而防止由存在于海水或者土壤等中的硫磺氧化细菌（瘤杆菌（Thiobacillus）属细菌）的作用引起的硫酸离子析出。