CN104004561B - 一种褐煤提质用粘结剂及其制备方法以及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及褐煤提质技术领域，具体来说是一种显著提升褐煤落下强度和热稳定性的粘结剂及其制备方法以及其应用，适用于内蒙古中生界侏罗纪时代形成的褐煤。一种褐煤提质用粘结剂，其特征在于它由包含腐植酸钠、磷酸二氢铝、磷酸铝、羟甲基纤维素、热固性酚醛树脂、碳酸钙和偏高岭土原料制备而成；各原料所占质量百分数为：腐植酸钠10～30％，磷酸二氢铝5～10％，磷酸铝2～5％，羟甲基纤维素1～4％，热固性酚醛树脂3～6％，碳酸钙25～35％，偏高岭土10～54％。本发明制备工艺简单、材料来源广泛、成本低；该方法制备的粘结剂可增加褐煤落下强度、热稳定性。

Description

一种褐煤提质用粘结剂及其制备方法以及其应用

技术领域

本发明涉及褐煤提质技术领域，具体来说是一种显著提升褐煤落下强度和热稳定性的粘结剂及其制备方法以及其应用，适用于内蒙古中生界侏罗纪时代形成的褐煤。

背景技术

我国已发现的褐煤资源量1291.32亿吨，约占我国煤炭保有资源量的12.7％。在全球能源形势紧张的背景下，褐煤的经济价值及其相关加工生产技术又重新被世界能源界所重视，如何合理的对褐煤进行加工利用，应该说是我国煤炭产业发展中的重大任务。

褐煤具有高水分(15～60％)、高灰分、低热值(干燥基低位发热量一般为16.73～25.09MJ/kg，收到基低位发热量为1.71～16.73MJ/kg)、易燃(燃点270℃左右)、低灰熔点、热稳定差、在空气中容易风化等特点，因此主要用做坑口电厂燃料或就近气化原料，开发利用程度不高。解决褐煤难以运输、热值低、热稳定性差的有效方法—褐煤提质。

褐煤提质是指褐煤在脱水、成型和热分解等过程中，煤的组成和结构发生变化，转化成具有近似烟煤性质的提质煤。国内外褐煤提质加工技术归纳起来大体可分为非蒸发脱水提质技术、成型提质技术、热解提质技术三大类。成型提质适合大规模生产，是褐煤提质最有效的技术之一。成型提质技术是将褐煤做成型煤，不加添加剂的褐煤成型后，仍然存在强度低，热稳定性差的特点，不容易储存和运输，极大限制了褐煤型煤的应用范围。因此，低成本添加剂的研发将成为褐煤成型提质技术亟需解决的关键问题。

成型提质的添加剂分为有机类、无机类以及有机无机复合三种添加剂。常见的添加剂有：无机类添加剂，如以粘土、水泥、石膏、石灰、高岭土、膨润土、陶土、水玻璃等为粘结剂。董会新等人报道了以粘土作为粘结剂制作锅炉燃烧使用的型煤，粘土的使用极大地降低了型煤的发热量；专利CN101798536A公布了一种以水玻璃做为煤的粘结剂的型煤配方，缺点是粘结剂用量大，占煤的10～30％，热稳定性差。无机类粘结剂制得的型煤缺点是强度低、灰分高、热稳定性差。有机类添加剂，如以煤沥青、煤焦油和石油沥青及其残渣、工业废弃物、植物油渣类、生物质、淀粉、聚乙烯醇、聚苯乙烯、酚醛树脂、环氧树脂、动物胶类、腐植酸盐、木质纤维素、羟甲基纤维素、丙烯酸甲酯等为粘结剂。中国矿业大学成功地用淀粉作为主黏结剂配料制备型煤，取得了良好效果，但黏结剂用量大且成本高，制得的型煤产率较低干燥速率缓慢；专利CN102658226A报道了一种沥青作为粘结剂用于型煤或型焦生产时的加料方法，缺点是压制型煤的工艺复杂，在制备和使用型煤时存在二次污染。有机类粘结剂的缺点是热稳定性差、工艺复杂、防火差或成本高。有机无机复合类添加剂，这类添加剂使用的掺料之间优缺互补，扬长避短，是粘结剂的开发方向。专利CN102061208A公布的添加剂由油砂、松木粉、十二烷基硫酸钠、腐植酸等成分组成，缺点是褐煤的利用率低，仅为50～60％。由于现有技术使用的这些粘结剂自身的缺陷、昂贵的价格或者巨大的用量，不适用于作为褐煤的粘结剂来推广使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种褐煤提质用粘结剂及其制备方法以及其应用，制备工艺简单、材料来源广泛、成本低；该方法制备的粘结剂可增加褐煤落下强度、热稳定性。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种褐煤提质用粘结剂(为有机-无机复合粘结剂)，其特征在于它由包含腐植酸钠、磷酸二氢铝、磷酸铝、羟甲基纤维素、热固性酚醛树脂、碳酸钙和偏高岭土原料制备而成；各原料所占质量百分数为：腐植酸钠10～30％，磷酸二氢铝5～10％，磷酸铝2～5％，羟甲基纤维素1～4％，热固性酚醛树脂3～6％，碳酸钙25～35％，偏高岭土10～54％。

上述一种褐煤提质用粘结剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)按各原料所占质量百分数为：腐植酸钠10～30％，磷酸二氢铝5～10％，磷酸铝2～5％，羟甲基纤维素1～4％，热固性酚醛树脂3～6％，碳酸钙25～35％，偏高岭土10～54％，选取腐植酸钠、磷酸二氢铝、磷酸铝、羟甲基纤维素、热固性酚醛树脂、碳酸钙和偏高岭土；

2)将腐植酸钠、磷酸二氢铝、磷酸铝、羟甲基纤维素、热固性酚醛树脂、碳酸钙和偏高岭土混合均匀，得到褐煤提质用粘结剂。

上述褐煤提质用粘结剂的应用，其特征在于应用于褐煤成型工艺，包括如下步骤：

第一步，对褐煤进行破碎，过筛，直至褐煤粒径小于1mm；

第二步，对破碎后的褐煤进行干燥(采用微波、过热蒸汽、烟道气、转筒干燥机或管式干燥机等进行干燥)，使其含水量达10～13％(质量)；

第三步，按粘结剂的加入量为干燥后的褐煤质量的2～5％，将粘结剂加入到干燥后的褐煤中，搅拌均匀(采用细粉末混合搅拌机)，得到搅拌均匀的煤粉；

第四步，将搅拌均匀的煤粉加入成型的模具中，在120～180MPa的压力下成型，压出枕型型煤，即为成品(成型煤)，可入库或发运。

粘结剂的作用机理为:褐煤煤化程度较低，未经处理，其表面呈现不规则的结构及碎片，褐煤水分大量去除，经机械成型后，空隙大量减少；粘结剂一方面在界面产生啮合力，有效增加褐煤之间的吸引力；另一方面，粘结剂会随水分的蒸发，收缩固化为胶体；在高温时，粘结剂于褐煤中的氧化铝生成空间网络状结构的物质，将褐煤中其他组分交联到一起，经多方面的协同作用，显著提高褐煤的跌落强度和热稳定性。

本发明的有益效果是：该方法制备的粘结剂可增加褐煤落下强度、热稳定性；制备工艺简单、材料来源广泛、成本低。用本发明制作的工业型煤，可明显增大褐煤落下强度和热稳定性，落下强度高，热稳定性好，有利于长途运输和存放；不增加污染物，不会对气化炉等设备造成损害，适合大面积推广等优点。

附图说明

图1为本发明所制得的褐煤型煤的照片图，A未添加粘结剂，B添加粘结剂，其他条件相同。

图2为本发明所制得的型煤在850℃下煅烧30min后结果的照片图，A未添加粘结剂，B添加粘结剂。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

一种褐煤提质用粘结剂，它由下述原料混合而成：

腐植酸钠1.5g，磷酸二氢铝0.75g，磷酸铝0.30g，羟甲基纤维素0.15g，热固性酚醛树脂0.45g，碳酸钙3.75g，偏高岭土8.1g。

上述一种褐煤提质用粘结剂的制备方法，包括如下步骤：

1)按上述配比选取原料；

2)将腐植酸钠、磷酸二氢铝、磷酸铝、羟甲基纤维素、热固性酚醛树脂、碳酸钙和偏高岭土混合均匀(放入高速打散机，打散2～3min)，得到褐煤提质用粘结剂。

上述褐煤提质用粘结剂的应用，它应用于褐煤成型工艺，包括如下步骤：

第一步，采用内蒙古海拉尔东明煤矿褐煤，其含水量为33％(质量)，取10kg褐煤，用颚式破碎机进行破碎，调整排料口粒径为1mm，将破碎后的褐煤用1mm的筛子筛分，将大于1mm的褐煤继续破碎，直至所有破碎的褐煤粒径在1mm以下，

第二步，对褐煤进行干燥，称取1kg褐煤，将其放入输出功率为800W的微波炉中，加热5～7min，褐煤质量降至约770g，其含水量达10％(质量)；

第三步，称取3g粘结剂和干燥后的褐煤150g，放入高速打散机，打散2～3min，

第四步，将搅拌均匀的煤粉加入成型的模具中，每个约7.5g，模具定制，可压制1cmx2cmx3cm规格型煤，

在180MPa的压力下成型，保压时间10s，随后脱模，制得枕型型煤产品，可入库或发运。

实施例2

一种褐煤提质用粘结剂，它由下述原料混合而成：

腐植酸钠1.5g，磷酸二氢铝0.75g，磷酸铝0.30g，羟甲基纤维素0.15g，热固性酚醛树脂0.45g，碳酸钙3.75g，偏高岭土8.1g。

上述一种褐煤提质用粘结剂的制备方法，包括如下步骤：

1)按上述配比选取原料；

2)将腐植酸钠、磷酸二氢铝、磷酸铝、羟甲基纤维素、热固性酚醛树脂、碳酸钙和偏高岭土混合均匀(放入高速打散机，打散2～3min)，得到褐煤提质用粘结剂。

上述褐煤提质用粘结剂的应用，它应用于褐煤成型工艺，包括如下步骤：

第一步，采用内蒙古海拉尔东明煤矿褐煤，其含水量为33％(质量)，取10kg褐煤，用颚式破碎机进行破碎，调整排料口粒径为1mm，将破碎后的褐煤用1mm的筛子筛分，将大于1mm的褐煤继续破碎，直至所有破碎的褐煤粒径在1mm以下；

第二步，对褐煤进行干燥，称取1kg褐煤，将其放入输出功率为800W的微波炉中，加热5～7min，褐煤质量降至约770g，其含水量达10％(质量)；

第三步，称取7.5g粘结剂和烘干的褐煤150g，放入高速打散机，打散2～3min，

第四步，将搅拌均匀的煤粉加入成型的模具中，每个约7.5g，模具定制，可压制1cmx2cmx3cm规格型煤，

在180MPa的压力下成型，保压时间10s，随后脱模，制得枕型型煤产品，可入库或发运。

实施例3

一种褐煤提质用粘结剂，它由下述原料混合而成：

腐植酸钠4.5g，磷酸二氢铝1.5g，磷酸铝0.75g，羟甲基纤维素0.6g，热固性酚醛树脂0.9g，碳酸钙5.25g，偏高岭土1.5g。

上述一种褐煤提质用粘结剂的制备方法，包括如下步骤：

1)按上述配比选取原料；

2)将腐植酸钠、磷酸二氢铝、磷酸铝、羟甲基纤维素、热固性酚醛树脂、碳酸钙和偏高岭土混合均匀，得到褐煤提质用粘结剂。

上述褐煤提质用粘结剂的应用，它应用于褐煤成型工艺，包括如下步骤：

第一步，采用内蒙古海拉尔东明煤矿褐煤，其含水量为33％(质量)，取10kg褐煤，用颚式破碎机进行破碎，调整排料口粒径为1mm，将破碎后的褐煤用1mm的筛子筛分，将大于1mm的褐煤继续破碎，直至所有破碎的褐煤粒径在1mm以下，

第二步，对褐煤进行干燥，称取1kg褐煤，将其放入输出功率为800W的微波炉中，加热5～7min，褐煤质量降至约770g，其含水量达10％(质量)；

第三步，称取3g粘结剂和烘干的褐煤150g，放入高速打散机，打散2～3min，

第四步，将搅拌均匀的煤粉加入成型的模具中，每个约7.5g，模具定制，可压制1cmx2cmx3cm规格型煤，

在180MPa的压力下成型，保压时间10s，随后脱模，制得枕型型煤产品，可入库或发运。

实施例4

一种褐煤提质用粘结剂，它由下述原料混合而成：

腐植酸钠4.5g，磷酸二氢铝1.5g，磷酸铝0.75g，羟甲基纤维素0.6g，热固性酚醛树脂0.9g，碳酸钙5.25g，偏高岭土1.5g。

上述一种褐煤提质用粘结剂的制备方法，包括如下步骤：

1)按上述配比选取原料；

2)将腐植酸钠、磷酸二氢铝、磷酸铝、羟甲基纤维素、热固性酚醛树脂、碳酸钙和偏高岭土混合均匀(放入高速打散机，打散2～3min)，得到褐煤提质用粘结剂。

上述褐煤提质用粘结剂的应用，它应用于褐煤成型工艺，包括如下步骤：

第一步，采用内蒙古海拉尔东明煤矿褐煤，其含水量为33％(质量)，取10kg褐煤，用颚式破碎机进行破碎，调整排料口粒径为1mm，将破碎后的褐煤用1mm的筛子筛分，将大于1mm的褐煤继续破碎，直至所有破碎的褐煤粒径在1mm以下，

第二步，对褐煤进行干燥，称取1kg褐煤，将其放入输出功率为800W的微波炉中，加热5～7min，褐煤质量降至约770g，其含水量达10％(质量)；

第三步，称取7.5g粘结剂和烘干的褐煤150g，放入高速打散机，打散2～3min，

第四步，将搅拌均匀的煤粉加入成型的模具中，每个约7.5g，模具定制，可压制1cmx2cmx3cm规格型煤，

在180MPa的压力下成型，保压时间10s，随后脱模，制得枕型型煤产品，可入库或发运。

实施例5

与实施例4基本相同，不同之处在于：

上述褐煤提质用粘结剂的应用，它应用于褐煤成型工艺，包括如下步骤：

第一步，采用内蒙古海拉尔东明煤矿褐煤，其含水量为33％(质量)，取10kg褐煤，用颚式破碎机进行破碎，调整排料口粒径为1mm，将破碎后的褐煤用1mm的筛子筛分，将大于1mm的褐煤继续破碎，直至所有破碎的褐煤粒径在1mm以下，

第二步，对褐煤进行干燥，称取1kg褐煤，将其放入输出功率为800W的微波炉中，加热4～5min，褐煤质量降至约800g，其含水量达13％(质量)；

第三步，称取7.5g粘结剂和烘干的褐煤150g，放入高速打散机，打散2～3min，

第四步，将搅拌均匀的煤粉加入成型的模具中，每个约7.5g，模具定制，可压制1cmx2cmx3cm规格型煤，

在120MPa的压力下成型，保压时间10s，随后脱模，制得枕型型煤产品，可入库或发运。

将以上实施例1所制得的褐煤型煤与原褐煤不添加粘结剂、添加其他种类粘结剂进行检测，检测结果及分析结果参见表1

表1 检测结果

表1说明，本发明的方法制备的粘结剂可增加褐煤落下强度、热稳定性。

图1为本发明制作的两种型煤,A为褐煤干燥水分至10％，未添加粘结剂(表1中原褐煤无添加剂)，B为本发明的实施例4。图1A表明成型的型煤容易开裂，运输中容易脱落，脱落后粉末堆积时间长久容易发生自燃，B表明添加的粘结剂成型效果良好，从外观上看致密，不易脱落，方便运输。另外结合表1可以说明本发明的粘结剂显著提升褐煤型煤的落下强度。

图2为本发明所制得的型煤在850℃下煅烧30min后结果的照片图，A为褐煤干燥水分至10％，未添加粘结剂(表1中原褐煤无添加剂)，B为本发明的实施例4。图2中A煅烧后开裂，成为粉末，在高温下不具备保持原来粒度的性质，即热稳定性差，B高温下煅烧后几乎保持原来的形貌，结合表1可以说明本发明的粘结剂显著提升褐煤型煤的热稳定性。

以上对本发明进行了详细介绍，文中应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种褐煤提质用粘结剂，它包含腐植酸钠，腐植酸钠所占质量百分数为：10~30%，其特征在于它还包含磷酸二氢铝、磷酸铝、羟甲基纤维素、热固性酚醛树脂、碳酸钙和偏高岭土；各原料所占质量百分数为：磷酸二氢铝5~10%，磷酸铝2~5%，羟甲基纤维素1~4%，热固性酚醛树脂3~6%，碳酸钙25~35%，偏高岭土10~54%。

2.如权利要求1所述一种褐煤提质用粘结剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）按各原料所占质量百分数为：腐植酸钠10~30%，磷酸二氢铝5~10%，磷酸铝2~5%，羟甲基纤维素1~4%，热固性酚醛树脂3~6%，碳酸钙25~35%，偏高岭土10~54%，选取腐植酸钠、磷酸二氢铝、磷酸铝、羟甲基纤维素、热固性酚醛树脂、碳酸钙和偏高岭土；

2）将腐植酸钠、磷酸二氢铝、磷酸铝、羟甲基纤维素、热固性酚醛树脂、碳酸钙和偏高岭土混合均匀，得到褐煤提质用粘结剂。

3.如权利要求1或2所述一种褐煤提质用粘结剂的应用，其特征在于应用于褐煤成型工艺，包括如下步骤：

第一步，对褐煤进行破碎，过筛，直至褐煤粒径小于1mm；

第二步，对破碎后的褐煤进行干燥，使其含水量达10~13%（质量）；

第三步，按粘结剂的加入量为干燥后的褐煤质量的2~5%，将粘结剂加入到干燥后的褐煤中，搅拌均匀，得到搅拌均匀的煤粉；

第四步，将搅拌均匀的煤粉加入成型的模具中，在120~180MPa的压力下成型，得到成型煤。