一种型煤粘结剂及基于该粘结剂的型煤制备方法.pdf

一种型煤粘结剂及基于该粘结剂的型煤制备方法
    【技术领域】

    本发明属于燃料用粘结剂领域，尤其是一种粉煤成型用粘结剂。

    背景技术

    煤炭是世界一次能源的重要组成部分。近四十年来，世界煤炭在生产与消费结构中的比重保持在百分之三十左右，对世界经济的发展起着举足轻重的作用。煤炭为世界经济发展作出了巨大贡献，但在其开发和利用过程中也带来一系列环境污染问题，尤其在温室效应、酸雨、臭氧层破坏等全球环境以及煤烟型区域性污染方面，煤炭均产生了重大影响，危及生态平衡与人类生存。上世纪80年代以来，一些发达国家相继推出洁净煤技术，并越来越引起国际社会的重视，一些国家的政府，根据本国具体情况制定出洁净煤技术的发展途径与规划、计划，并组织实施。而型煤是洁净煤技术的重要组成部分。投资少、见效快，既节约能源、减少环境污染.又可实现资源的综合利用。

    型煤粘结剂是型煤生产中的关键技术，也是制约型煤发展的瓶颈。随着型煤技术水平的发展。迄今为止，国内外开发的型煤粘结剂已达数百种，按粘结剂的化学性质，可分为三类：有机类、无机类、复合类。

    (1)有机粘结剂：如煤沥青、煤焦油和石油沥青及其残渣；高分子聚合物——聚乙烯醇、聚酰胺等；淀粉类——土豆、玉米等淀粉和糖蜜、糖渣等；植物油渣类——葵花油渣、棉子油渣、麻子油渣等；动物胶类——利用工业加工后的动物皮革废料熬制的动物胶；工业废弃物——废旧轮胎、纸浆废液、含油污水等；腐植酸盐、木质纤维素等；生物质秸秆——玉米秸秆、小麦秸秆等。这类粘结剂一般粘结性能较好，型煤干燥固化以后具有较高的机械强度，但由于有机粘结剂中的有机物在高温下易分解和燃烧，有一定的发热量，但会丧失粘结力，因此，型煤的热态强度一般较差。另外，有些有机粘结剂具有一定的吸水性，因而大多数型煤易潮解。

    (2)无机粘结剂：如土——膨润土、高岭土、粘土、黄土、瓷土、白泥、河泥等；水泥——硅酸盐类、铝酸盐类、氟铝酸盐类、硫铝酸盐类等；水坡璃、石灰、电石泥、磷酸盐、硫酸盐等。无机粘结剂制得的型煤具有较高的机械强度，它的热态强度好，且多数来源广，价格低。但本身不能燃烧，没有发热量，增加灰分。

    (3)复合类：有机物与无机物复合，兼顾两者的优点，由于复合型粘结剂之间可起到互补作用，弥补单一粘结剂存在的不足，发挥综合效果，能提高粘结剂的多效性，复合型粘结剂是近年来型煤粘结剂发展的主攻方向。

    我国在型煤粘结剂方面进行了大量研究，并取得了一定的成绩。但现有技术或多或少存在着这样或那样的不足：如燃烧性能不佳、防潮抗水性差、热态强度低、固硫率低、加工困难、适用煤种少、成本过高，污染严重、原料来源不广、粉煤成型工艺复杂。

    型煤技术能否广泛应用的关键是粘结剂的选择。理想粘结剂应具有的特性是：粘结性强、添加量少，能在煤粒表面均匀分布，很好地润湿煤粒表面，少增加或不增加型煤灰分；除使型煤具有足够的冷、热强度和热稳定性外，还能改变煤质，如使型煤具有催化、脱硫等作用；粘结剂制备和加入方式简单.无二次污染，来源广、价廉；制备的型煤具有防压、防潮性，利于型煤远途运输。

    【发明内容】

    本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种型煤粘结剂，该种型煤粘结剂采用合理的配方，不但能够使其粘结性更强，使其能在煤粒表面均匀分布，润湿煤粒表面，而且可以改变煤质，具有催化、脱硫作用，并且该粘结剂无二次污染。

    本发明的目的是通过以下技术方案来解决：

    本发明的型煤粘结剂，按照重量百分比，其配方组份为：

    腐植酸        45～75

    膨润土        8～20

    高岭土        5～18

    石英砂        1～5

    生石灰        2～8

    氯化钠        0.1～2

    高锰酸钾      0.1～2

    聚丙烯酰胺    0.05～0.1。

    本发明还提供一种基于以上型煤粘结剂的型煤制备方法，具体包括以下步骤：

    (1)将原料煤加工成粒度小于3mm的煤粉；

    (2)再将型煤粘结剂粉碎至粒度小于1mm；

    (3)将型煤粘结剂按总干料重量的5～15％加入煤粉中，加入水，并充分搅拌混合均匀；

    (4)将以上混合物料在压力机上压制成圆柱形煤饼；

    (5)将以上煤饼在105～120℃下烘干30～60分钟，或在常温通风下自然干燥即得到所述型煤。

    进一步的，以上步骤(1)中，所述粒度小于3mm的煤粉中，以质量百分比计，粒度为1～3mm的煤粉占5％，粒度为0.5～1mm的煤粉占43.3％，粒度为0.1～0.5mm的煤粉占38.6％，粒度小于0.1mm的煤粉占13.1％。

    上述步骤(3)中，水的添加量以型煤压制成型时不出水为宜。

    进一步的，以上步骤(4)中，压力机是NYL-2000型，压力机的成型压力为290MPa，煤饼大小为18mm×φ20mm。

    本发明的型煤粘结剂中加入的各组分以及各组分之间的配合作用具有以下有益效果：

    腐植酸作为粘结剂的特点是粘结性强，水溶液流动性好，有成焦组分，其与粘土配合使用，能使型煤有足够的热强度；膨润土的加入有利于粘结剂强度的提高，而高岭土作为膨润土的一种又具有耐酸碱和粘性、耐高温的特点。生石灰遇水生成Ca(OH)₂，其遇CO₂气体生成CaCO₃，使型煤冷热强度满足要求。另外生石灰的水化产物Ca(OH)₂可以与煤燃烧产生的SO₃或H₂SO₄反应生成CaSO₄，达到固硫的目的。将石英砂粉碎至小颗粒时，活性高，易于自由运动，能产生凝聚结合，使型煤的网状结构聚合程度上升，结构强度加强。氯化钠具有助燃、稳定化学反应的作用，同时可以催化碳的燃烧，减弱型煤在燃烧过程火势忽强忽弱、忽高忽低的现象。高锰酸钾在型煤处于高温炉膛时会分解放出氧气，使型煤充分燃烧，大大降低了灰渣含碳量。聚丙烯酰胺的其亲水基团与煤和粘结剂中的亲水基团作用，憎水基团与煤中的疏水基团作用，它不仅可增强型煤的强度，还可使型煤防水。

    【具体实施方式】

    本发明的型煤粘结剂，包括的组分有：腐植酸、膨润土、高岭土、石英砂、生石灰、氯化钠、高锰酸钾和聚丙烯酰胺。

    以上型煤粘结剂的组分设计是利用以下作用机理实现的：

    腐植酸是从泥炭、褐煤、风化煤中抽提的产物。用其作粘结剂的特点是粘结性强，粘结剂水溶液流动性好，有成焦组分，与粘土配合使用，能使型煤有足够的热强度；而单一的腐植酸型煤遇水极易松散，是其致命弱点。

    膨润土的加入有利于粘结剂强度的提高，随膨润土添加量的增加。型煤强度提高幅度增大，这与膨润土本身的良好粘结能力有关。而高岭土具有耐酸碱、有粘性、耐高温的特点。

    生石灰遇水生成Ca(OH)₂，用Ca(OH)₂制成的型煤遇CO₂气体生成CaCO₃，使型煤冷热强度满足要求。另外煤受热后，在热解释放挥发成分的同时，煤中硫也挥发出来，最终氧化成SO₂，一部分SO₂会进一步氧化成SO₃，SO₃遇水变成H₂SO₄，生石灰的水化产物Ca(OH)₂可以与SO₃或H₂SO₄反应生成CaSO₄，以达到固硫的目的，因此生石灰可用作固硫剂和硬化剂。

    石英砂的主要成分是SiO₂，将石英砂粉碎至小颗粒时，颗粒表面分子及原子排列结构不规则，活性很高，易于自由运动，使得整个微粒具有较高活性，能产生凝聚结合。随着温度的上升能加剧微粒分子与分子间的自由运动，加速原子“迁移”，加速微粒结合作用的进行，促进微粒与微粒、微粒与粘结剂、微粒与煤粉之间的融合，使型煤的网状结构聚合程度上升，结构强度加强。所以说石英砂微粒可使型煤获得高的热强度。

    氯化钠具有助燃、稳定化学反应的作用，同时可以催化碳的燃烧，减弱型煤在燃烧过程火势忽强忽弱、忽高忽低的现象。

    高锰酸钾是一种强的氧化剂，它在型煤处于高温炉膛时会分解放出氧气，使得型煤的中心部位加速燃烧，从而使型煤充分燃烧，大大降低了灰渣含碳量，使型煤得到充分使用。

    聚丙烯酰胺是两性物质，其亲水基团与煤和粘结剂中的亲水基团作用，憎水基团与煤中的疏水基团作用，它不仅可增强型煤的强度，还可使型煤防水。值得说明的是，加聚丙烯酰胺的粘结剂所得型煤浸泡在水中后，型煤会发生一定膨胀，虽然烘干后的型煤仍可恢复强度。但在粘结剂中添加超过0.5％(重量)的聚丙烯酰胺，会影响型煤浸水后的抗压强度。

    下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：

    实施例1

    (A)型煤粘结剂

    按照重量百分比，分别称取65％的腐植酸，15％的膨润土、10％的高岭土、2％的石英砂、7.52％的生石灰、0.1％的氯化钠、0.3％的高锰酸钾和0.08％的聚丙烯酰胺，混合均匀制成型煤粘结剂。

    (B)型煤的制备(按照质量份计)

    (1)将山西晋城无烟煤煤粉加工成粒度小于3mm的煤粉，称取92份；

    (2)再将型煤粘结剂粉碎至粒度小于1mm，称取8份；

    (3)将称取的型煤粘结剂加入煤粉中，加入水，水的添加量以型煤压制成型时不出水为宜，充分搅拌混合均匀；

    (4)将以上混合物料在NYL-2000型压力机上压制成圆柱形煤饼，其中压力机的成型压力为290MPa，煤饼大小为18mm×φ20mm。

    (5)将以上煤饼放置于通风处干燥7天后，测定型煤的质量。其结果见表1。

    实施例2

    (A)型煤粘结剂

    按照重量百分比，分别称取60％的腐植酸、18％的膨润土、15％的高岭土、2％的石英砂、4.7％的生石灰、0.1％的氯化钠、0.2％的高锰酸钾和0.1％的聚丙烯酰胺，混合均匀制成型煤粘结剂。

    (B)型煤的制备(按照质量份计)

    (1)将山西晋城无烟煤煤粉加工成粒度小于3mm的煤粉，称取90份；

    (2)再将型煤粘结剂粉碎至粒度小于1mm，称取10份；

    (3)将称取的型煤粘结剂加入煤粉中，加入水，水的添加量以型煤压制成型时不出水为宜，充分搅拌混合均匀；

    (4)将以上混合物料在NYL-2000型压力机上压制成圆柱形煤饼，其中压力机的成型压力为290MPa，煤饼大小为18mm×φ20mm。

    (5)将以上煤饼放置于通风处干燥7天后，测定型煤的质量。其结果见表1。

    实施例3

    (A)型煤粘结剂

    按照重量百分比，分别称取65％的腐植酸、15％的膨润土、10％的高岭土、2％的石英砂、7.52％的生石灰、0.1％的氯化钠、0.3％的高锰酸钾、0.08％的聚丙烯酰胺，混合均匀制成型煤粘结剂。

    (B)型煤的制备(按照质量份计)

    (1)将榆次无烟煤煤粉加工成粒度小于3mm的煤粉，称取92份；

    (2)再将型煤粘结剂粉碎至粒度小于1mm，称取8份；

    (3)将称取的型煤粘结剂加入煤粉中，加入水，水的添加量以型煤压制成型时不出水为宜，充分搅拌混合均匀；

    (4)将以上混合物料在NYL-2000型压力机上压制成圆柱形煤饼，其中压力机的成型压力为290MPa，煤饼大小为18mm×φ20mm。

    (5)将以上煤饼在120℃下烘干30分钟，测定型煤的质量。其结果见表1。

    实施例4

    (A)型煤粘结剂

    按照重量百分比，分别称取60％的腐植酸、18％的膨润土、15％的高岭土、2％的石英砂、4.7％的生石灰、0.1％的氯化钠、0.2％的高锰酸钾、0.1％的聚丙烯酰胺，混合均匀制成型煤粘结剂。

    (B)型煤的制备(按照质量份计)

    (1)将榆次无烟煤煤粉加工成粒度小于3mm的煤粉，称取90份；

    (2)再将型煤粘结剂粉碎至粒度小于1mm，称取10份；

    (3)将称取的型煤粘结剂加入煤粉中，加入水，水的添加量以型煤压制成型时不出水为宜，充分搅拌混合均匀；

    (4)将以上混合物料在NYL-2000型压力机上压制成圆柱形煤饼，其中压力机的成型压力为290MPa，煤饼大小为18mm×φ20mm。

    (5)将以上煤饼在105℃下烘干60分钟，测定型煤的质量。其结果见表1。

    实施例5

    (A)型煤粘结剂

    按照重量百分比，分别称取65％的腐植酸、15％的膨润土、10％的高岭土、2％的石英砂、7.52％的生石灰、0.1％的氯化钠、0.3％的高锰酸钾和0.08％的聚丙烯酰胺，混合均匀制成型煤粘结剂。

    (B)型煤的制备(按照质量份计)

    (1)将宁武烟煤煤粉加工成粒度小于3mm的煤粉，称取92份；

    (2)再将型煤粘结剂粉碎至粒度小于1mm，称取8份；

    (3)将称取的型煤粘结剂加入煤粉中，加入水，水的添加量以型煤压制成型时不出水为宜，充分搅拌混合均匀；

    (4)将以上混合物料在NYL-2000型压力机上压制成圆柱形煤饼，其中压力机的成型压力为290MPa，煤饼大小为18mm×φ20mm。

    (5)将以上煤饼放置于通风处干燥7天后，测定型煤的质量。其结果见表1。

    实施例6

    (A)型煤粘结剂

    按照重量百分比，分别称取60％的腐植酸、18％的膨润土、15％的高岭土、2％的石英砂、4.7％的生石灰、0.1％的氯化钠、0.2％的高锰酸钾和0.1％的聚丙烯酰胺，混合均匀制成型煤粘结剂。

    (B)型煤的制备(按照质量份计)

    (1)将宁武烟煤煤粉加工成粒度小于3mm的煤粉，称取90份；

    (2)再将型煤粘结剂粉碎至粒度小于1mm，称取10份；

    (3)将称取的型煤粘结剂加入煤粉中，加入水，水的添加量以型煤压制成型时不出水为宜，充分搅拌混合均匀；

    (4)将以上混合物料在NYL-2000型压力机上压制成圆柱形煤饼，其中压力机的成型压力为290MPa，煤饼大小为18mm×φ20mm。

    (5)将以上煤饼放置于通风处干燥7天后，测定型煤的质量。其结果见表1。

    实施例7

    (A)型煤粘结剂

    按照重量百分比，分别称取65％的腐植酸、15％的膨润土、10％的高岭土、2％的石英砂、7.52％的生石灰、0.1％的氯化钠、0.3％的高锰酸钾和0.08％的聚丙烯酰胺，混合均匀制成型煤粘结剂。

    (B)型煤的制备(按照质量份计)

    (1)将宁武烟煤煤粉加工成粒度小于3mm的煤粉，称取92份；

    (2)再将型煤粘结剂粉碎至粒度小于1mm，称取8份；

    (3)将称取的型煤粘结剂加入煤粉中，加入水，水的添加量以型煤压制成型时不出水为宜，充分搅拌混合均匀；

    (4)将以上混合物料在NYL-2000型压力机上压制成圆柱形煤饼，其中压力机的成型压力为290MPa，煤饼大小为18mm×φ20mm。

    (5)将以上煤饼放置于通风处干燥7天后，测定型煤的质量。其结果见表1。

    实施例8

    (A)型煤粘结剂

    按照重量百分比，分别称取65％的腐植酸、15％的膨润土、10％的高岭土、2％的石英砂、7.52％的生石灰、0.1％的氯化钠、0.3％的高锰酸钾和0.08％的聚丙烯酰胺，混合均匀制成型煤粘结剂。

    (B)型煤的制备(按照质量份计)

    (1)将宁武烟煤煤粉加工成粒度小于3mm的煤粉，称取92份；

    (2)再将型煤粘结剂粉碎至粒度小于1mm，称取8份；

    (3)将称取的型煤粘结剂加入煤粉中，加入水，水的添加量以型煤压制成型时不出水为宜，充分搅拌混合均匀；

    (4)将以上混合物料在NYL-2000型压力机上压制成圆柱形煤饼，其中压力机的成型压力为290MPa，煤饼大小为18mm×φ20mm。

    (5)将以上煤饼放置于通风处干燥7天后，测定型煤的质量。其结果见表1。

    实施例9

    (A)型煤粘结剂

    按照重量百分比，分别称取45％的腐植酸、20％的膨润土、18％的高岭土、4.9％的石英砂、8％的生石灰、2％的氯化钠、2％的高锰酸钾和0.1％的聚丙烯酰胺，混合均匀制成型煤粘结剂。

    (B)型煤的制备(按照质量份计)

    (1)将宁武烟煤煤粉加工成粒度小于3mm的煤粉，称取95份；

    (2)再将型煤粘结剂粉碎至粒度小于1mm，称取5份；

    (3)将称取的型煤粘结剂加入煤粉中，加入水，水的添加量以型煤压制成型时不出水为宜，充分搅拌混合均匀；

    (4)将以上混合物料在NYL-2000型压力机上压制成圆柱形煤饼，其中压力机的成型压力为290MPa，煤饼大小为18mm×φ20mm。

    (5)将以上煤饼在110℃下烘干50分钟。

    实施例10

    (A)型煤粘结剂

    按照重量百分比，分别称取75％的腐植酸、16.75％的膨润土、5％的高岭土、1％的石英砂、2％的生石灰、0.1％的氯化钠、0.1％的高锰酸钾和0.05％的聚丙烯酰胺，混合均匀制成型煤粘结剂。

    (B)型煤的制备(按照质量份计)

    (1)将宁武烟煤煤粉加工成粒度小于3mm的煤粉，称取85份；

    (2)再将型煤粘结剂粉碎至粒度小于1mm，称取15份；

    (3)将称取的型煤粘结剂加入煤粉中，加入水，水的添加量以型煤压制成型时不出水为宜，充分搅拌混合均匀；

    (4)将以上混合物料在NYL-2000型压力机上压制成圆柱形煤饼，其中压力机的成型压力为290MPa，煤饼大小为18mm×φ20mm。

    (5)将以上煤饼在115℃下烘干45分钟。

    实施例11

    (A)型煤粘结剂

    按照重量百分比，分别称取64.9％的腐植酸、8％的膨润土、18％的高岭土、5％的石英砂、2％的生石灰、1％的氯化钠、1％的高锰酸钾和0.1％的聚丙烯酰胺，混合均匀制成型煤粘结剂。

    (B)型煤的制备(按照质量份计)

    (1)将宁武烟煤煤粉加工成粒度小于3mm的煤粉，称取90份；

    (2)再将型煤粘结剂粉碎至粒度小于1mm，称取10份；

    (3)将称取的型煤粘结剂加入煤粉中，加入水，水的添加量以型煤压制成型时不出水为宜，充分搅拌混合均匀；

    (4)将以上混合物料在NYL-2000型压力机上压制成圆柱形煤饼，其中压力机的成型压力为290MPa，煤饼大小为18mm×φ20mm。

    (5)将以上煤饼在115℃下烘干45分钟。

    型煤按照以下的质量测试方法进行测定：

    主要包括抗压强度、跌落强度、浸水强度和复干强度，其测定方法如下：

    (1)抗压强度(冷、热强度)：在XY-01型型煤液压抗压强度测定仪(北京顺义牛栏山顺达制造厂)上进行，将型煤逐个置于规定的试验机的施力面中心位置上，以规定的均匀位移速度单向施力，记录型煤开裂时试验机显示施加的压力，以各个型煤测定值得算术平均值作为型煤的抗压强度(单位N/个)。对于型煤热强度测定：将型煤试样装入有细砂的铁盒内，放入温度升至900℃的马弗炉内，并在7min内恢复至850℃，加热30min后，取出立即在热态下测定其抗压强度，方法同上。

    (2)跌落强度：依据GB/T15459规定的方法进行，取10个煤球称重，装在箱底可以打开的箱子里，在离地2.0m高处打开箱底，让煤球自由跌落到12mm厚的钢板上，反复跌落3次后，用13mm的筛子筛分，取大于13mm级的质量分数作为煤球的跌落强度指标。

    (3)浸水强度：按照MT/T749-1997规定的方法进行。测定方法为：将一定数量的型煤放入室温的水中浸泡24小时，取出，然后按照抗压强度的方法进行测定。

    (4)复干强度：将一定数量的型煤在室温的水中浸泡24小时后取出，在(105±5)℃下干燥后冷却到室温，使其达到空气干燥状态，然后按照抗压强度的方法进行测定。

    本发明抽样测定了实施例1-8制备的型煤，测定结果见表1：

    表1型煤煤样、粘结剂配比和质量测定

    

    

    以上各实施例所述的各地煤粉，以质量百分比计，将其粒度控制在以下规格中：

    粒度为1～3mm的煤粉占5％，粒度为0.5～1mm的煤粉占43.3％，粒度为0.1～0.5mm的煤粉占38.6％，粒度小于0.1mm的煤粉占13.1％。

    以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

    综上所述，与现有各种型煤粘结剂相比，本发明的粘结剂组分常见，配制工艺比较简单，成本低，使用方便，无任何二次污染且适用于各类煤种。用本发明粘结剂制成的型煤，不仅具有冷强度高，防水性好，成本低，灰分增加量低的优点，而且具有较高的热强度，固硫率高，原料来源广的特点。

    本发明的粘结剂制备的型煤强度高、防水，易于贮存，为型煤生产向大型化发展提供了重要的技术，而且型煤的可燃性好，能充分燃烧、利用率高，有很好的市场竞争能力。预计该型煤粘结剂生产应用后，可以取得较好的经济效益、环境效益及社会效益。