CN106010706A - 一种复合型煤粘结剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合型煤粘结剂的制备方法，属于粘结剂制备技术领域。本发明以山药粉为原料，制得山药淀粉粉末，再对山药淀粉用甘油和草酸进行改性得山药液化物，随后将山药液化物与膨润土、水玻璃、氧化镁等物质混合反应，混合后烘干即可得到复合型煤粘结剂。实例证明，本发明操作简便，以山药粉为原料，在降低了生产成本的同时简化了工艺，绿色环保，并且制得的型煤粘结剂具有较强的粘结性，稳定性和较好的防潮防水性，具有广阔的市场前景，适合大规模推广应用。

Description

一种复合型煤粘结剂的制备方法
技术领域
本发明公开了一种复合型煤粘结剂的制备方法，属于粘结剂制备技术领域。
背景技术
型煤是一种由煤粉中加入型煤粘结剂而制成的用于煤气发生炉以及替代无烟块煤的二次加工煤。
目前，还有很大一部份地区使用蜂窝煤、柴禾、褐煤、烟煤和土焦等作为民用燃料，由于土焦具有运输方便、燃烧无烟等优点，加之许多地区环保部门因烟尘控制地需要，规定只能使用土焦，限制使用其它有烟燃料，因此土焦就成为城镇普遍使用的燃料。而土焦由于价格高、破碎损耗较大，灰份硫份偏高、引火困难等，给用户带来许多不便。代替土焦的措施之一，是在无烟粉煤或粉焦中掺配一定数量的粘结剂加工制成型煤或型焦使用。
国内许多化肥厂在利用粉煤制型煤(煤球或煤棒)时，都使用含腐植酸等有机物作型煤粘结剂，这种粘结剂虽然能满足生产型煤的需求，但腐植酸类粘结剂生产过程比较复杂，使用时要加碱，并蒸煮到100℃左右，加进煤中沤制8小时以上，才能进行型煤加工，工人劳动强度大，粘结剂吸水率低，加工得到的型煤含水量相对较高，雨天(特别是南方)生产使用困难，且需用大面积煤场，生产工艺由于需沤制不能连续生产。因此，在使用这种型煤时，会额外消耗一部分能量。
为了充分利用现有的煤炭资源和减少燃煤对环境的污染，世界各国都很重视型煤的研究与开发。目前，世界上一些主要产煤国都已将型煤技术视为洁净煤技术的主要组成部分，而型煤粘结剂是型煤生产中特别是冷压成型工艺中的关键技术，为了生产出高质量的型煤，世界各国已对数百种粘结剂进行了研究。对型煤粘结剂的选择，主要有以下几点基本要求：(1)对粉煤粘结作用强，使型煤具有足够的冷热强度和机械强度；(2)粘结剂加入量少，且粘结剂的加入不产生二次污染；(3)具有一定的防潮、防水性能；(4)不影响气化效果、煤气质量和炉况的操作性等；(5)源料来源广泛，价格低廉。
目前开发的粘结剂类型多种多样，按其化学性质分为有机粘结剂和无机粘结剂。
（1）有机粘结剂中的焦油沥青类粘结剂灰分低、热值高、不溶于水，可提高型煤的耐水和燃烧等性能，但成本高，容易污染环境。生物质淀粉类粘结剂来源广，不增加型煤灰分，有较高的发热量，生产的型煤燃点低，燃烧不结渣，而粘结性不佳，价格也持续走高。工农业废料类粘结剂绝大多数为有机化合物，例如废蜜糖，纸浆黑液等，它们的性能较好，可以实现废物利用，同时减少对环境的污染，不足是耐水性差。高分子类粘结剂粘结力强，防水性好，具有一定热值，缺点是稳定性差，成本高；
（2）无机粘结剂来源广，包括石灰，粘土，水泥，陶土，石膏，水玻璃和多种无机盐等，该类粘结剂价格低廉，缺点是粘结性低，掺入量大，显著增加了型煤的灰分，防潮防水性能差。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对目前常用的有机粘结剂虽可提高型煤耐水和燃烧性能，但粘结性能不佳，价格昂贵，而无机粘结剂虽原料价格低廉，但粘结性低，防潮防水性能差的现状，提供了一种以山药粉为原料，制得山药淀粉粉末，再对山药淀粉用甘油和草酸进行改性得山药液化物，随后将山药液化物与膨润土、水玻璃、氧化镁等物质混合反应，混合后烘干即可得到复合型煤粘结剂的制备方法。该方法操作简便，以山药粉为原料，在降低了生产成本的同时简化了工艺，绿色环保，并且制得的型煤粘结剂具有较强的粘结性，稳定性和较好的防潮防水性，具有广阔的市场前景，适合大规模推广应用。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取250～350g山药粉，将其过120～140目筛后，按固液比1:8与去离子水混合，将混合液用浓度2mol/L氢氧化钠溶液调节pH值为9.5～10.0，将调节后混合液放入水浴锅中，升温至50～60℃，保持此温度下搅拌混合2～3h，搅拌结束后静置20～30min，分离得下层沉淀物；
（2）将上述得到下层沉淀物按固液比1:5加入去离子水中，进行搅拌悬浮，静置沉淀，抽滤得滤渣，将滤渣重复悬浮、沉淀步骤2～3次后，将混合液在3000～4000r/min离心分离10～15min得沉淀物，之后将沉淀物重新按固液比1:5加入去离子水中，得淀粉悬浮液，并将下层大颗粒物等杂质去除后在5000～7000r/min转速下离心分离得下层沉淀物，并将沉淀物在55～65℃下干燥20～22h，干燥后研磨、过筛得150～170目山药淀粉粉末；
（3）称取50～70g上述得到的山药淀粉粉末、120～150mL甘油和0.5～0.8g草酸放入500mL的三口烧瓶中，放入油浴锅中加热至105～115℃，并用真空泵抽真空保持真空度在40～60Pa，保持此温度下搅拌反应，反应过程中每隔30～40min后取出0.1mL反应产物并用3mL蒸馏水稀释，并向稀释液中滴入一滴碘-碘化钾溶液，直至稀释液变成黄色即可达到反应终点，反应结束后降温至70～80℃，并向反应产物中加入0.3～0.5g碳酸钠固体，继续搅拌反应40～60min后得到山药液化物；
（4）按重量份数计，分别选取40～50份上述山药液化物，25～30份膨润土，3～5份水玻璃，1～3份氧化镁，1～3份氢氧化钙和10～15份质量分数5%氢氧化钠溶液混合，在50～60℃下搅拌混合40～50min，搅拌后将混合物放入烘箱中在70～75℃烘干至混合物含水率在5～10%，即可得到复合型煤粘结剂。
所述的碘-碘化钾溶液的制备步骤为：取8～10g碘化钾溶于100～120mL蒸馏水中，待碘化钾全部溶解后，向溶液中加1.0～1.2g碘，并振荡溶解。
本发明的原理是：本发明以山药粉为原料，将山药淀粉进行液化，可以提高型煤粘结剂的粘结性，另外添加水玻璃和膨润土在其中，水玻璃与膨润土中的硅酸盐物质反应可以形成高粘度、热态强度好的物质，并且水玻璃与膨润土中的蒙脱石在干燥过程中可以促进硅氧聚阴离子的聚合，添加到型煤中可以提高型煤的耐水性和粘结性。
本发明的应用方法是：在型煤的制备过程中，按质量比1∶8～1∶10，将本发明制得的复合型煤粘结剂添加到原料无烟粉煤中，充分混合均匀，之后再向其中加入混合物总质量20～25％黄土，再次混合后，在常温下放入型煤机上压制成型，即可。使用后，经检测，型煤燃烧6～8h后，燃烧值仍可达到30～32MJ/kg，燃烧后残渣的牢固性为普通型煤的1～2倍，另外在具体较好防水防潮性的同时，粘度是未添加复合型煤粘结剂的型煤粘度的2～3倍，具有广阔的市场前景。
本发明的有益效果是：
（1）本发明操作简便，以山药粉为原料，降低了生产成本的同时简化了工艺，绿色环保，对于人体以及环境无危害；
（2）本发明最终使得制得的型煤粘结剂既有较强的粘结性，稳定性，又有较好的防潮防水性，具有广阔的市场前景，适合大规模推广应用。
具体实施方式
首先称取250～350g山药粉，将其过120～140目筛后，按固液比1:8与去离子水混合，将混合液用浓度2mol/L氢氧化钠溶液调节pH值为9.5～10.0，将调节后混合液放入水浴锅中，升温至50～60℃，保持此温度下搅拌混合2～3h，搅拌结束后静置20～30min，分离得下层沉淀物；然后将上述得到下层沉淀物按固液比1:5加入去离子水中，进行搅拌悬浮，静置沉淀，抽滤得滤渣，将滤渣重复悬浮、沉淀步骤2～3次后，将混合液在3000～4000r/min离心分离10～15min得沉淀物，之后将沉淀物重新按固液比1:5加入去离子水中，得淀粉悬浮液，并将下层大颗粒物等杂质去除后在5000～7000r/min转速下离心分离得下层沉淀物，并将沉淀物在55～65℃下干燥20～22h，干燥后研磨、过筛得150～170目山药淀粉粉末；接下来称取50～70g上述得到的山药淀粉粉末、120～150mL甘油和0.5～0.8g草酸放入500mL的三口烧瓶中，放入油浴锅中加热至105～115℃，并用真空泵抽真空保持真空度在40～60Pa，保持此温度下搅拌反应，反应过程中每隔30～40min后取出0.1mL反应产物并用3mL蒸馏水稀释，并向稀释液中滴入一滴碘-碘化钾溶液，直至稀释液变成黄色即可达到反应终点，反应结束后降温至70～80℃，并向反应产物中加入0.3～0.5g碳酸钠固体，继续搅拌反应40～60min后得到山药液化物；最后按重量份数计，分别选取40～50份上述山药液化物，25～30份膨润土，3～5份水玻璃，1～3份氧化镁，1～3份氢氧化钙和10～15份质量分数5%氢氧化钠溶液混合，在50～60℃下搅拌混合40～50min，搅拌后将混合物放入烘箱中在70～75℃烘干至混合物含水率在5～10%，即可得到复合型煤粘结剂。其中碘-碘化钾溶液的制备步骤为：取8～10g碘化钾溶于100～120mL蒸馏水中，待碘化钾全部溶解后，向溶液中加1.0～1.2g碘，并振荡溶解。
实例1
首先称取250g山药粉，将其过120目筛后，按固液比1:8与去离子水混合，将混合液用浓度2mol/L氢氧化钠溶液调节pH值为9.5，将调节后混合液放入水浴锅中，升温至50℃，保持此温度下搅拌混合2h，搅拌结束后静置20min，分离得下层沉淀物；然后将上述得到下层沉淀物按固液比1:5加入去离子水中，进行搅拌悬浮，静置沉淀，抽滤得滤渣，将滤渣重复悬浮、沉淀步骤2次后，将混合液在3000r/min离心分离10min得沉淀物，之后将沉淀物重新按固液比1:5加入去离子水中，得淀粉悬浮液，并将下层大颗粒物等杂质去除后在5000r/min转速下离心分离得下层沉淀物，并将沉淀物在55℃下干燥20h，干燥后研磨、过筛得150目山药淀粉粉末；接下来称取50g上述得到的山药淀粉粉末、120mL甘油和0.5g草酸放入500mL的三口烧瓶中，放入油浴锅中加热至105℃，并用真空泵抽真空保持真空度在40Pa，保持此温度下搅拌反应，反应过程中每隔30min后取出0.1mL反应产物并用3mL蒸馏水稀释，并向稀释液中滴入一滴碘-碘化钾溶液，直至稀释液变成黄色即可达到反应终点，反应结束后降温至70℃，并向反应产物中加入0.3g碳酸钠固体，继续搅拌反应40min后得到山药液化物；最后按重量份数计，分别选取40份上述山药液化物，25份膨润土，3份水玻璃，1份氧化镁，1份氢氧化钙和10份质量分数5%氢氧化钠溶液混合，在50℃下搅拌混合40min，搅拌后将混合物放入烘箱中在70℃烘干至混合物含水率在5%，即可得到复合型煤粘结剂。
在型煤的制备过程中，按质量比1∶8，将本发明制得的复合型煤粘结剂添加到原料无烟粉煤中，充分混合均匀，之后再向其中加入混合物总质量20％黄土，再次混合后，在常温下放入型煤机上压制成型，即可。使用后，经检测，型煤燃烧6h后，燃烧值仍可达到30MJ/kg，燃烧后残渣的牢固性为普通型煤的1倍，另外在具体较好防水防潮性的同时，粘度是未添加复合型煤粘结剂的型煤粘度的2倍，具有广阔的市场前景。
实例2
首先称取300g山药粉，将其过130目筛后，按固液比1:8与去离子水混合，将混合液用浓度2mol/L氢氧化钠溶液调节pH值为9.8，将调节后混合液放入水浴锅中，升温至55℃，保持此温度下搅拌混合2.5h，搅拌结束后静置25min，分离得下层沉淀物；然后将上述得到下层沉淀物按固液比1:5加入去离子水中，进行搅拌悬浮，静置沉淀，抽滤得滤渣，将滤渣重复悬浮、沉淀步骤2.5次后，将混合液在3500r/min离心分离13min得沉淀物，之后将沉淀物重新按固液比1:5加入去离子水中，得淀粉悬浮液，并将下层大颗粒物等杂质去除后在6000r/min转速下离心分离得下层沉淀物，并将沉淀物在60℃下干燥21h，干燥后研磨、过筛得160目山药淀粉粉末；接下来称取60g上述得到的山药淀粉粉末、135mL甘油和0.65g草酸放入500mL的三口烧瓶中，放入油浴锅中加热至108℃，并用真空泵抽真空保持真空度在50Pa，保持此温度下搅拌反应，反应过程中每隔35min后取出0.1mL反应产物并用3mL蒸馏水稀释，并向稀释液中滴入一滴碘-碘化钾溶液，直至稀释液变成黄色即可达到反应终点，反应结束后降温至75℃，并向反应产物中加入0.4g碳酸钠固体，继续搅拌反应50min后得到山药液化物；最后按重量份数计，分别选取45份上述山药液化物，28份膨润土，4份水玻璃，2份氧化镁，2份氢氧化钙和13份质量分数5%氢氧化钠溶液混合，在55℃下搅拌混合45min，搅拌后将混合物放入烘箱中在73℃烘干至混合物含水率在8%，即可得到复合型煤粘结剂。
在型煤的制备过程中，按质量比1∶9，将本发明制得的复合型煤粘结剂添加到原料无烟粉煤中，充分混合均匀，之后再向其中加入混合物总质量23％黄土，经检测，型煤燃烧7h后，燃烧值仍可达到31MJ/kg，燃烧后残渣的牢固性为普通型煤的1.5倍，另外在具体较好防水防潮性的同时，粘度是未添加复合型煤粘结剂的型煤粘度的2.5倍，具有广阔的市场前景。
实例3
首先称取350g山药粉，将其过140目筛后，按固液比1:8与去离子水混合，将混合液用浓度2mol/L氢氧化钠溶液调节pH值为10.0，将调节后混合液放入水浴锅中，升温至60℃，保持此温度下搅拌混合3h，搅拌结束后静置30min，分离得下层沉淀物；然后将上述得到下层沉淀物按固液比1:5加入去离子水中，进行搅拌悬浮，静置沉淀，抽滤得滤渣，将滤渣重复悬浮、沉淀步骤3次后，将混合液在4000r/min离心分离15min得沉淀物，之后将沉淀物重新按固液比1:5加入去离子水中，得淀粉悬浮液，并将下层大颗粒物等杂质去除后在7000r/min转速下离心分离得下层沉淀物，并将沉淀物在65℃下干燥22h，干燥后研磨、过筛得170目山药淀粉粉末；接下来称取70g上述得到的山药淀粉粉末、150mL甘油和0.8g草酸放入500mL的三口烧瓶中，放入油浴锅中加热至115℃，并用真空泵抽真空保持真空度在60Pa，保持此温度下搅拌反应，反应过程中每隔40min后取出0.1mL反应产物并用3mL蒸馏水稀释，并向稀释液中滴入一滴碘-碘化钾溶液，直至稀释液变成黄色即可达到反应终点，反应结束后降温至80℃，并向反应产物中加入0.5g碳酸钠固体，继续搅拌反应60min后得到山药液化物；最后按重量份数计，分别选取50份上述山药液化物，30份膨润土，5份水玻璃，3份氧化镁，3份氢氧化钙和15份质量分数5%氢氧化钠溶液混合，在60℃下搅拌混合50min，搅拌后将混合物放入烘箱中在75℃烘干至混合物含水率在10%，即可得到复合型煤粘结剂。
在型煤的制备过程中，按质量比1∶10，将本发明制得的复合型煤粘结剂添加到原料无烟粉煤中，充分混合均匀，之后再向其中加入混合物总质量25％黄土，再次混合后，在常温下放入型煤机上压制成型，即可。使用后，经检测，型煤燃烧8h后，燃烧值仍可达到32MJ/kg，燃烧后残渣的牢固性为普通型煤的2倍，另外在具体较好防水防潮性的同时，粘度是未添加复合型煤粘结剂的型煤粘度的3倍，具有广阔的市场前景。

Claims (2)

1.一种复合型煤粘结剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取250～350g山药粉，将其过120～140目筛后，按固液比1:8与去离子水混合，将混合液用浓度2mol/L氢氧化钠溶液调节pH值为9.5～10.0，将调节后混合液放入水浴锅中，升温至50～60℃，保持此温度下搅拌混合2～3h，搅拌结束后静置20～30min，分离得下层沉淀物；
（2）将上述得到下层沉淀物按固液比1:5加入去离子水中，进行搅拌悬浮，静置沉淀，抽滤得滤渣，将滤渣重复悬浮、沉淀步骤2～3次后，将混合液在3000～4000r/min离心分离10～15min得沉淀物，之后将沉淀物重新按固液比1:5加入去离子水中，得淀粉悬浮液，并将下层大颗粒物等杂质去除后在5000～7000r/min转速下离心分离得下层沉淀物，并将沉淀物在55～65℃下干燥20～22h，干燥后研磨、过筛得150～170目山药淀粉粉末；
（3）称取50～70g上述得到的山药淀粉粉末、120～150mL甘油和0.5～0.8g草酸放入500mL的三口烧瓶中，放入油浴锅中加热至105～115℃，并用真空泵抽真空保持真空度在40～60Pa，保持此温度下搅拌反应，反应过程中每隔30～40min后取出0.1mL反应产物并用3mL蒸馏水稀释，并向稀释液中滴入一滴碘-碘化钾溶液，直至稀释液变成黄色即可达到反应终点，反应结束后降温至70～80℃，并向反应产物中加入0.3～0.5g碳酸钠固体，继续搅拌反应40～60min后得到山药液化物；
（4）按重量份数计，分别选取40～50份上述山药液化物，25～30份膨润土，3～5份水玻璃，1～3份氧化镁，1～3份氢氧化钙和10～15份质量分数5%氢氧化钠溶液混合，在50～60℃下搅拌混合40～50min，搅拌后将混合物放入烘箱中在70～75℃烘干至混合物含水率在5～10%，即可得到复合型煤粘结剂。
2.根据权利要求1所述的一种复合型煤粘结剂的制备方法，其特征在于所述的碘-碘化钾溶液的制备步骤为：取8～10g碘化钾溶于100～120mL蒸馏水中，待碘化钾全部溶解后，向溶液中加1.0～1.2g碘，并振荡溶解。
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