CN106753653A

CN106753653A - 长焰煤与生石灰混合球团成型用的高温粘结剂及其制备方法

Info

Publication number: CN106753653A
Application number: CN201611053476.7A
Authority: CN
Inventors: 赵飞翔; 祁娟; 邓鑫; 王建民; 高建; 薛逊; 吴道洪
Original assignee: Shenwu Environmental Technology Co Ltd
Current assignee: Shenwu Environmental Technology Co Ltd
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2017-05-31

Abstract

本发明公开了一种长焰煤与生石灰混合球团成型用的高温粘结剂及其制备方法。所述高温粘结剂通过下述方法制备得到：向粉碎后的粘结性煤颗粒中加入CS₂/NMP混合溶剂进行萃取，离心分离得到萃取液；萃取液中加入橡胶粉、交联剂、促进剂和活性剂得到混合物；混合物进行反应；反应产物蒸馏，残留物洗涤、烘干，即得。本发明进一步提供了利用所述高温粘结剂提高长焰煤与生石灰混合球团高温强度的方法，包括：将长焰煤、生石灰以及高温粘结剂混合均匀，压制成型，得到球团；球团热解，得到高强度的热解后球团。本发明高温粘结剂原料来源广泛、成本低廉，能有效提高毫无粘结性的长焰煤与生石灰混合球团热解后的强度，满足直接入电石炉冶炼的要求。

Description

长焰煤与生石灰混合球团成型用的高温粘结剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高温粘结剂，进一步涉及高温粘结剂的制备方法和用途，属于粘结剂领域。

背景技术

长焰煤是变质程度最低的一种烟煤，是煤化程度仅高于褐煤的最年轻的烟煤，从无粘结性到弱粘结性都有。烟煤在隔绝空气的条件下加热时，煤中的有机质大分子受热分解，形成气、液、固三相共存的混合物，称为胶质体，胶质体粘结其本身或外来惰性物质的能力，称之为煤的粘结性。对于粘结性强的煤，胶质体中液态产物多且流动性适宜，既能较好地充入固体颗粒间隙又有一定粘度，此时，胶质体透气性差，胶质体中的气态产物不能自由析出，因此出现膨胀现象，随着温度升高，胶质体中的液态产物产生进一步分解。一部分热解产物呈气态继续析出；另一部分则与固态颗粒融为一体，热缩聚而固化，生成高强度的半焦。对于无粘结性或者弱粘结性煤，胶质体中的液态产物很少，远远不能充满固态颗粒间隙甚至不能浸润固态颗粒表面，则气态产物自由析出，固体颗粒各自分散，生成的半焦强度很差。

生石灰遇水以后会发生激烈的反应，生成氢氧化钙，因此所有需要加水的粘结剂不适用于长焰煤与生石灰的成型，而对于无需加水的有机粘结剂而言，其所耐的温度太低，无法达到700℃～900℃的高温，并且粘结剂的成本太高。

毫无粘结性的长焰煤与生石灰的混合球团，热解以后，球团的抗压强度很差，亟待改进。

发明内容

本发明针对毫无粘结性的长焰煤与生石灰的混合球团热解以后球团抗压强度很差的问题，提供了一种新型的高温粘结剂，可以有效提高毫无粘结性的长焰煤与生石灰的混合球团的高温抗压强度。

根据本发明的一方面，本发明提供了长焰煤与生石灰混合球团成型用的高温粘结剂，其制备方法包括：(1)将粘结性煤粉碎；(2)向粉碎后的粘结性煤颗粒中加入CS₂/NMP混合溶剂进行萃取，离心分离，得到萃取液；(3)萃取液中加入橡胶粉、交联剂、促进剂和活性剂，搅拌均匀得到混合物；(4)将混合物进行反应；(5)反应产物蒸馏，所得残留物洗涤、烘干，即得。

本发明中所述的粘结性煤是指粘结指数大于50或胶质层厚度Y大于10的煤；

在本发明一些优选的实施方案中，步骤(1)中所述的粉碎是将粘结性煤粉碎至粒度≤75μm。

在本发明一些优选的实施方案中，步骤(2)中，所述CS₂/NMP混合溶剂是由CS₂(二硫化碳)和NMP(N-甲基吡咯烷酮)按照为1:3～4的体积比组成；粘结性煤颗粒和CS₂/NMP混合溶剂的重量比为1:40～50。

在本发明一些优选的实施方案中，步骤(3)中，所述橡胶粉、交联剂、促进剂和活性剂的重量比为：粘结性煤：橡胶粉：交联剂：促进剂：活性剂＝1：0.2～0.6：0.005～0.01：0.001～0.003:0.001～0.003。

本发明中所述橡胶粉优选是未经硫化的橡胶，其粒度优选为≤75μm。所述交联剂为硫磺或者有机硫载体，例如，有机硫载体是二硫化秋兰姆及其衍生物、有机醇硫化合物等，其粒度≤75μm。

所述促进剂优选为醛胺类促进剂，例如，可以是氨基甲酸、二甲基二硫代氨基甲基锌等。

所述活性剂优选为氧化锌。

在本发明一些优选的实施方案中，步骤(4)中，将混合物在温度为100～200℃、压力为0.1～0.3MPa的条件下进行反应，所述的反应时间为3～5小时。

在本发明一些优选的实施方案中，步骤(5)中，所述残留物烘干后水分控制在5％以下。

本发明更进一步提供了所述的高温粘结剂在提高长焰煤与生石灰混合球团高温强度中的应用，包括：(1)将长焰煤、生石灰以及高温粘结剂分别粉碎后按照1:0.9～1.2:0.05～0.15的质量比例混合均匀得到混合物料；(2)将混合物料压制成型，得到球团；(3)将球团进行热解，得到高强度的热解后球团。

优选的，所述的长焰煤的粘结指数为0。

在本发明一些优选的实施方案中，上述应用的步骤(1)中将长焰煤、生石灰和高温粘结剂粉碎至粒度≤150μm。

在本发明一些优选的实施方案中，上述应用的步骤(3)中所述热解的温度为700～900℃，所述热解的时间为1～2小时，热解后球团可直接送入电石炉内进行冶炼得到电石产品。

本发明用加入的CS₂/NMP有机溶剂将粘结性煤中的含有脂肪族结构和含有2～3个芳环的酚、醇、醚类结构的物质提取出来，将其中带有芳环的大分子与线性橡胶进行交联反应形成分子量适中的高温粘结剂，该粘结剂能够大幅提高毫无粘结性的长焰煤与生石灰球团热解后的强度，使其满足入电石炉冶炼的要求。

本发明的主要有益效果包括：

(1)本发明以粘结煤为原料，通过加入CS₂/NMP有机溶剂将粘结性煤中的含有脂肪族结构和含有2～3个芳环的酚、醇、醚类结构的物质提取出来，将其中带有芳环的大分子与线性橡胶进行交联反应，形成分子量适中的高温粘结剂，该粘结剂在热解过程中主要生成胶质液相，能够填充在固态颗粒之间，并且随着热解温度的提高，发生缩聚反应，从而能够大幅度提高长焰煤与生石灰球团的热解后强度。

(2)粘结性煤和线性橡胶都是非常普遍的化工产物，来源广泛，成本低廉。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但是应理解所述实施例仅是范例性的，不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改或替换均落入本发明的保护范围。

实施例1

向粘结性煤粉中加入CS₂/NMP混合溶剂(CS₂和NMP体积比为1:3)进行萃取(粘结性煤粉和CS₂/NMP混合溶剂的重量比例为1:40)，离心分离后得到萃取液，然后向萃取液中加入橡胶粉、交联剂硫磺、促进剂氨基甲酸和活性剂氧化锌；橡胶粉的加入量为粘结性煤重量份的0.2，交联剂硫磺的加入量为粘性煤重量份的0.005，促进剂氨基甲酸为粘结性煤重量份的0.001，活性剂氧化锌为粘结性煤重量份的0.002，充分混合均匀，然后在温度120℃，压力0.1MPa下反应3小时，通过蒸馏得到残留物，对残留物进行洗涤烘干处理得到高温粘结剂。

将长焰煤(粘结指数为0)、生石灰与该高温粘结剂粉碎至粒度≤150μm；粉碎后的长焰煤、生石灰、高温粘结剂按照1:0.9:0.05的重量比例进行混合处理，得到混合物料，将混合物料用高压压球机进行成型处理，得到不大于5cm的椭圆形球团，球团的抗压强度不低于500N/个，将该球团放入700℃的热解炉内进行热解处理，停留时间2小时，得到热解后的球团，热解后球团的抗压强度不低于700N/个，热稳定性不低于90％，将该球团装入电石炉内进行冶炼得到发气量不低于290L/kg的电石。

实施例2

向粘结性煤粉(粒度≤75μm)中加入CS2/NMP混合溶剂(CS₂和NMP体积比为1:3.5)进行萃取(粘结性煤粉和CS₂/NMP混合溶剂的重量比例为1:45)，离心分离后得到萃取液，然后向萃取液中加入橡胶粉、交联剂二硫化秋兰姆、促进剂二甲基二硫代氨基甲基锌和活性剂氧化锌，橡胶粉的加入量为粘结性煤重量份的0.4，交联剂二硫化秋兰姆的加入量为粘性煤重量份的0.007，促进剂二甲基二硫代氨基甲基锌为粘结性煤重量份的0.002，活性剂氧化锌为粘结性煤重量份的0.003，充分混合均匀，然后在温度150℃，压力0.2MPa下反应4小时，通过蒸馏得到残留物，对残留物进行洗涤烘干处理得到高温粘结剂。

将长焰煤(粘结指数为0，粘结指数大于50)、生石灰与该高温粘结剂粉碎至粒度≤150μm；粉碎后的长焰煤、生石灰、高温粘结剂按照1:1.1:0.1的重量比例进行混合处理，得到混合物料，将混合物料用高压压球机进行成型处理，得到不大于5cm的椭圆形球团，球团的抗压强度不低于500N/个，将该球团放入800℃的热解炉内进行热解处理，停留时间1.5小时，得到热解后的球团，热解后球团的抗压强度不低于800N/个，热稳定性不低于90％，将该球团装入电石炉内进行冶炼得到发气量不低于290L/kg的电石。

实施例3

向粘结性煤粉中加入CS2/NMP混合溶剂(CS₂和NMP体积比为1:4)进行萃取(粘结性煤粉和CS₂/NMP混合溶剂的重量比例为1:50)，离心分离后得到萃取液，然后向萃取液中加入橡胶粉、交联剂硫磺、促进剂氨基甲酸和活性剂氧化锌，橡胶粉的加入量为粘结性煤重量份的0.6，交联剂硫磺的加入量为粘性煤重量份的0.01，促进剂氨基甲酸为粘结性煤重量份的0.003，活性剂氧化锌为粘结性煤重量份的0.002，充分混合均匀，然后在温度200℃，压力0.3MPa下反应5小时，通过蒸馏得到残留物，对残留物进行洗涤烘干处理得到高温粘结剂。

将长焰煤(粘结指数为0)、生石灰与该高温粘结剂粉碎；粉碎后的长焰煤、生石灰、高温粘结剂按照1:1.2:0.15的重量比例进行混合处理，得到混合物料，将混合物料用高压压球机进行成型处理，得到不大于5cm的椭圆形球团，球团的抗压强度不低于500N/个，将该球团放入900℃的热解炉内进行热解处理，停留时间1小时，得到热解后的球团，热解后球团的抗压强度不低于900N/个，热稳定性不低于90％，将该球团装入电石炉内进行冶炼得到发气量不低于290L/kg的电石。

对比例1

将长焰煤(粘结指数为0，粉碎至粒度≤150μm)、生石灰(粉碎至粒度≤150μm)按照1:1的重量比例进行混合，待混合均匀后，通过高压压球机进行压球试验，球团的抗压强度不低于500N/个，然后将球团放入热解炉内，设定热解终温为900℃，停留时间为1小时，热解后球团的抗压强度低于200N/个，热稳定性低于40％，其强度无法满足进电石炉的要求。对比例2

将长焰煤(粘结指数为0，粉碎至粒度≤150μm)、生石灰(粉碎至粒度≤150μm)、交联剂硫磺、促进剂氨基甲酸、活性剂氧化锌按照1:1：0.01:0.003:0.003的重量比例进行混合，待混合均匀后，通过高压压球机进行压球试验，球团的抗压强度不低于500N/个，然后将球团放入热解炉内，设定热解终温为900℃，停留时间为1小时，热解后球团的抗压强度低于200N/个，热稳定性低于40％，其强度无法满足进电石炉的要求。

Claims

1.长焰煤与生石灰混合球团成型用的高温粘结剂，其特征在于，其制备方法包括：(1)将粘结性煤粉碎；(2)向粉碎后的粘结性煤颗粒中加入CS₂/NMP混合溶剂进行萃取，离心分离，得到萃取液；(3)萃取液中加入橡胶粉、交联剂、促进剂和活性剂，搅拌均匀得到混合物；(4)将混合物进行反应；(5)反应产物蒸馏，所得残留物洗涤、烘干，即得。

2.按照权利要求1所述的高温粘结剂，其特征在于，所述的粘结性煤是指粘结指数大于50或胶质层厚度Y大于10的煤；步骤(1)中所述的粉碎是将粘结性煤粉碎至粒度≤75μm。

3.按照权利要求1所述的高温粘结剂，其特征在于，所述CS₂/NMP混合溶剂是由CS₂和NMP按照体积比1:3～4组成；步骤(2)中粘结性煤颗粒和CS₂/NMP混合溶剂的重量比为1:40～50。

4.按照权利要求1所述的高温粘结剂，其特征在于，按照质量比计，步骤(3)中橡胶粉、交联剂、促进剂和活性剂的比例为:粘结性煤：橡胶粉：交联剂：促进剂：活性剂＝1：0.2～0.6：0.005～0.01：0.001～0.003:0.001～0.003。

5.按照权利要求1或4所述的高温粘结剂，其特征在于，所述橡胶粉是未经硫化的橡胶，其粒度≤75μm。

6.按照权利要求1或4所述的高温粘结剂，其特征在于，所述交联剂为硫磺或者有机硫载体；所述促进剂为醛胺类促进剂；所述活性剂为氧化锌。

7.按照权利要求1所述的高温粘结剂，其特征在于，步骤(4)中将混合物在温度为100～200℃、压力为0.1～0.3MPa的条件下进行反应，所述的反应时间为3～5小时；步骤(5)中将残留物烘干后水分控制在5％以下。

8.利用权利要求1～7所述高温粘结剂提高长焰煤与生石灰混合球团高温强度的方法，其特征在于，包括：(1)将长焰煤、生石灰以及高温粘结剂分别粉碎后按照1:0.9～1.2:0.05～0.15的质量比例混合均匀得到混合物料；(2)将混合物料压制成型，得到球团；(3)将球团进行热解，得到高强度的热解后球团。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的长焰煤的粘结指数为0；步骤(1)中将长焰煤、生石灰和高温粘结剂粉碎至粒度≤150μm。

10.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述热解的温度为700～900℃，所述热解的时间为1～2小时。