CN113214880A - 一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂及其制备方法及应用 - Google Patents

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高生辉
高峰
李立
郝巧娥
王云海
赵世峰
赵毅
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Abstract

本发明公开了一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂及其制备方法及应用，用粘结剂、辅料与粉煤灰按一定配比混合制的高固硫型煤粘结剂，其中粘结剂起到粘结煤粉的作用，而辅料和粉煤灰里的有效成分起到固硫的作用，该粘结剂与煤粉通过挤压成型，烘干即可制得高固硫型煤，该粘结剂不仅具有很强的粘合煤粉的能力，同时制得的型煤也具有较好的机械强度。该方法具有原料来源广泛、工艺简单的特点，同时为粉煤灰的综合利用找到一条便捷的途径，减少粉煤灰传统作为固体废物进行处置的费用，同时提高粉煤的市场价值，具有较好的应用价值。

Description

一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂及其制备方法及应用
技术领域
本发明属于环保材料技术领域，具体属于一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂及其制备方法及应用。
背景技术
粉煤灰亦称飞灰，它既是一种由火电厂锅炉燃煤而产生的固体废弃物，同时也是一种具有潜在价值的人造火山灰资源。粉煤灰通常情况下为灰白色或灰黑色，颜色会随着粉煤灰中的未完全燃烧炭粒含量的增加而加深。粉煤灰的化学成分主要受煤源、燃烧方式以及收集方式等因素的影响。粉煤灰的化学成分主要为SiO2，Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等。综合国内外对于粉煤灰利用技术的研究，主要方向都集中在建材、农业、环保和精细化利用等方面。然而粉煤灰的综合利用通常具有时间、空间上的供需不平衡的问题，也导致粉煤灰在建材等领域的综合利用往往经济性较低。煤炭基地产生的巨量粉煤灰仍只能堆存，存在潜在的环境污染威胁。亟需寻求新型的粉煤灰综合利用途径。
发展型煤是提高粉煤和散烧煤利用率和减少环境污染的重要途径。研究表明，冶金、化工行业应用型煤，可节省20～40％的块煤或焦炭，工业锅炉、窑炉使用型煤后可比烧散煤节煤10％～27％，烟尘排放量可减少50％～60％。因此发展型煤对煤炭基地的健康可持续发展具有十分重要的现实意义。
型煤是以适当的工艺和设备将具有一定粒度组成的粉煤与粘结剂加工成一定形状、尺寸、强度及理化特性的人工“块煤”。其中粘结剂起到了关键的作用。型煤粘结剂大致可分为有机粘结剂、无机粘结剂。有机粘结剂主要包括淀粉、腐殖酸盐、生物质、煤焦油沥青、石油沥青和高分子聚合物等。有机粘结剂的粘结性能好，固化后可使型煤具有较高的机械强度。但在高温时，有机质易于分解，因此用有机粘结剂生产的型煤，其热机械强度和热稳定性都不太理想。无机粘结剂主要有石灰、水泥、粘土、石膏和硅酸钠等。无机粘结剂的共同特点是具有较强的粘结能力，固化后能起“骨架”的作用，使型煤具有较高的机械强度。由于大多数无机粘结剂在较高的温度下不易分解，因而用无机粘结剂生产的型煤的热机械强度和热稳定性都比较理想。但前述的粘结剂均存在固硫性能不足的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂及其制备方法及应用，将粉煤灰利用起来作为粘结剂成分，综合利用有机和无机粘结剂的优点，进一步提高型煤的机械强度、热稳定性和固硫性能，不仅缓解粉煤灰的堆存问题，促进粉煤灰的综合利用技术发展，提高粉煤市场价值，具有较大的经济价值。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂，所述粘结剂的原料包括粉煤灰、有机粘结剂、辅料和水，其中所述粉煤灰、有机粘结剂和辅料质量比为1：(1～4)：(0.05～0.25)，所述水占粉煤灰质量的40％～80％。
进一步的，所述机粘结剂为腐殖酸钠、沥青、聚乙烯醇、淀粉、木屑中至少一种。
进一步的，所述辅料为氧化钙或氢氧化钙。
本发明还提供一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂的制备方法，将粉煤灰与水混合后加入有机粘结剂和辅料，搅拌，得到乳状高固硫型煤粘结剂。
本发明还提供一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂在型煤制造中的应用，将高固硫型煤粘结剂和煤粉混合后在型煤模具中，压制成型，烘干即可得到型煤。
进一步的，所述粘结剂与煤粉的质量比为1：(2～10)。
进一步的，所述压制的压力为5T～15T。
进一步的，压制时间为5h～15h。
进一步的，所述烘干温度为30℃～100℃。
进一步的，所述烘干时间为5h～30min。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂，原料采用粉煤灰、有机粘结剂和辅料，将粉煤灰利用起来作为粘结剂成分，综合利用有机和无机粘结剂的优点，得到的型煤粘结剂制备的型煤具有强度大、热稳定好和固硫率高等特点，同时该粉煤灰型煤粘结剂的原料来源广泛、制备工艺简单，在简单的生产工艺和设备条件下，可以实现粉煤灰的经济高效综合利用，并提高粉煤产品的经济价值为粉煤灰的综合利用找到一条便捷的途径，减少粉煤灰传统作为固体废物进行处置的费用，同时提高粉煤的市场价值，具有较好的应用价值。
利用本发明提出的基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂和煤粉按比例混合后通过挤压成型，烘干即可制得型煤，得到的型煤在有机粘结剂的作用下具有良好的机械强度，并且辅料和粉煤灰里的有效成分如金属氧化物和碱金属氧化物或氢氧化物能起到固硫的作用，可显著减少燃烧过程中硫氧化物的释放，减少环境污染。
附图说明
图1本发明粘结剂及型煤制备流程。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明提供一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂的制备方法，具体步骤如下：
首先取粉煤灰100g，并加入体积为40～80ml的水，再加入100～400g腐殖酸钠、沥青、聚乙烯醇、淀粉、木屑等作为有机粘结剂，辅料为5～25g氧化钙，充分混合搅拌即可得到乳状的基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂。
本发明得到的粉煤灰型煤粘结剂在制备型煤时，将粘结剂与煤粉按1：(2～10)的质量比例充分混合，形成粘稠的膏状物，通过型煤模具机械压制成型，通常压力在5～15T，压制5～15min。然后在烘箱中30～100℃烘干5～30h，即可制的具有良好机械强度和固硫性能的型煤。
实施例1：
将100g粉煤灰，加入40ml水，再加入400g腐殖酸钠和10g氧化钙，充分搅拌混合成乳状物质，即基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂。将制成的粘结剂与1200g煤粉混合搅拌，即粘结剂与煤粉比例1：2.2，形成粘稠的膏状物。将膏状物质装入型煤模具，在5T压力条件下压制5min，成型，取出并在烘箱中于50度烘10h，即制得具有良好机械强度和固硫性能的型煤。
根据MT/T 748工业型煤冷压强度测定方法、GB/T31861-2015工业窑炉用清洁燃料型煤；GB/T 214煤中全硫的测定方法对型煤的湿压压强、干耐压强度和固硫效率；实际测试显示，型煤湿压强度680N，干耐压强度达到了400N，固硫效率可达80％。
实施例2：
将100g粉煤灰，加入80ml水，再加入100g聚乙烯醇和5g氧化钙，充分搅拌混合成乳状物质，即基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂。将粘结剂与1000g煤粉混合搅拌，即粘结剂与煤粉比例1：4，形成粘稠的膏状物。将膏状物质装入型煤模具，在10T压力条件下压制15min，成型，取出并在烘箱中于40℃烘24h，即制得具有良好机械强度和一定固硫性能的型煤。实际测试显示，型煤湿耐压强度810N，干耐压强度达到了500N，固硫效率可达55％。
实施例3：
将100g粉煤灰，加入80ml水，再加入300g木屑和20g氢氧化钙，充分搅拌混合成乳状物质，即基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂。将粘结剂与1000g煤粉混合搅拌，即粘结剂与煤粉比例1：2，形成粘稠的膏状物。将膏状物质装入型煤模具，在15T压力条件下压制15min，成型，取出并在烘箱中于40℃烘24h，即制得具有良好机械强度和一定固硫性能的型煤。实际测试显示，型煤湿压强度600N，干耐压强度达到了400N，固硫效率可达85％。
实施例4：
将100g粉煤灰，加入60ml水，再加入200g聚乙烯醇和淀粉的混合物(聚乙烯醇和淀粉各100g)、15g氢氧化钙，充分搅拌混合成乳状物质，即基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂。将粘结剂与3750g煤粉混合搅拌，即粘结剂与煤粉比例1：10，形成粘稠的膏状物。将膏状物质装入型煤模具，在10T压力条件下压制10min，成型，取出并在烘箱中于30℃烘30h，即制得具有良好机械强度和一定固硫性能的型煤。实际测试显示，型煤湿耐压强度1000N，干耐压强度达到了700N，固硫效率可达82％。
实施例5：
将100g粉煤灰，加入50ml水，再加入300g腐殖酸钠和沥青的混合物、10g氧化钙，充分搅拌混合成乳状物质，即基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂。将粘结剂与2300g煤粉混合搅拌，即粘结剂与煤粉比例1：5，形成粘稠的膏状物。将膏状物质装入型煤模具，在8T压力条件下压制10min，成型，取出并在烘箱中于100℃烘5h，即制得具有良好机械强度和一定固硫性能的型煤。实际测试显示，型煤湿耐压强度600N，干耐压强度达到了350N，固硫效率可达70％。
实施例6：
将100g粉煤灰，加入80ml水，再加入400g聚乙烯醇、沥青和木屑的混合物(其中聚乙烯醇200g，沥青100g，松木屑100g)、5g氢氧化钙，充分搅拌混合成乳状物质，即基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂。将粘结剂与2400g煤粉混合搅拌，即粘结剂与煤粉比例1：4，形成粘稠的膏状物。将膏状物质装入型煤模具，在8T压力条件下压制10min，成型，取出并在烘箱中于80℃烘10h，即制得具有良好机械强度和一定固硫性能的型煤。实际测试显示，型煤湿耐压强度1100N，干耐压强度达到了850N，固硫效率可达60％。

Claims (10)

1.一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂，其特征在于，所述高固硫型煤粘结剂的原料包括粉煤灰、有机粘结剂、辅料和水，其中所述粉煤灰、有机粘结剂和辅料质量比为1：(1～4)：(0.05～0.25)，所述水占粉煤灰质量的40％～80％。
2.根据权利要求1所述的一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂，其特征在于，所述机粘结剂为腐殖酸钠、沥青、聚乙烯醇、淀粉、木屑中至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂，其特征在于，所述辅料为氧化钙或氢氧化钙。
4.根据权利要求1所述的一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂的制备方法，其特征在于，将粉煤灰与水混合后加入有机粘结剂和辅料，搅拌，得到乳状粘结剂。
5.如权利要求1所述的一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂在型煤制造中的应用，其特征在于，将高固硫型煤粘结剂和煤粉混合后在型煤模具中，压制成型，烘干即可得到型煤。
6.根据权利要求5所述的一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂在型煤制造中的应用，其特征在于，所述粘结剂与煤粉的质量比为1：(2～10)。
7.根据权利要求5所述的一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂在型煤制造中的应用，其特征在于，所述压制的压力为5T～15T。
8.根据权利要求5所述的一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂在型煤制造中的应用，其特征在于，压制时间为5min～15min。
9.根据权利要求5所述的一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂在型煤制造中的应用，其特征在于，所述烘干温度为30℃～100℃。
10.根据权利要求5所述的一种基于粉煤灰的高固硫型煤粘结剂在型煤制造中的应用，其特征在于，所述烘干时间为5h～30h。
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