煤泥制備蜂窩型煤的試驗研究＊

劉大超張 覃葉飛

(1.貴州大學礦業學院,貴州省貴陽市,550003; 2.貴州省非金屬礦產資源綜合利用重點實驗室,貴州省貴陽市,550003; 3.貴州林東礦業集團有限責任公司,貴州省貴陽市,550056)

★煤炭科技·加工轉化 ★

煤泥制備蜂窩型煤的試驗研究＊

劉大超1,2,3張 覃1,2葉飛3

(1.貴州大學礦業學院,貴州省貴陽市,550003; 2.貴州省非金屬礦產資源綜合利用重點實驗室,貴州省貴陽市,550003; 3.貴州林東礦業集團有限責任公司,貴州省貴陽市,550056)

概述了型煤粘結劑的分類及特點,并以其中常見的幾種粘結劑與煤泥壓制成蜂窩型煤,通過條件試驗,考察試驗結果的各項指標,確定在成型壓力20 MPa的條件下,粘土作為粘結劑與煤泥按1∶9的比例混合后壓制成蜂窩型煤效果較好。

型煤 煤泥 粘結劑 制備試驗

AbstractThis paper gives an account about the classification and characteristics of briquette binders and the preparation of briquettes from the combinations of some of the common binders and slime.Tests show that it is determined that under the formulating pressure of 20 MPa,a better briqueting results are obtained when the clay as a binder to slime ratio is maintained at 1∶9.

Key wordsbriquette,slime,binder,preparation test

型煤粘結劑根據其基本性質可分為無機粘結劑、有機粘結劑、合成高分子粘結劑、復合粘結劑4大類。

(1)無機粘結劑。主要包括粘土、陶土、膨潤土、高嶺土、水泥、石灰、水玻璃、石膏、水泥、以及各種無機鹽等,其特點是價格低廉,具有一定粘結強度,內含的堿金屬、堿土金屬、碳酸鹽或氧化物、氫氧化物等成分還能和煤中的硫起反應,起到固硫作用,減少二氧化硫排放;缺點是使型煤的灰分增加,部分配方有阻燃現象,發熱量降低,防潮、防水性差。

(2)有機粘結劑。①焦油、瀝青、腐殖酸類粘結劑均具有一定的熱值,用它們制成型煤冷、熱性能和強度均較好,易貯存和運輸;其缺點是需加熱熔化,價格偏高,易造成二次污染。②生物質粘結劑來源廣,不增加型煤灰分,且有較高的發熱量,經化學處理后有較好的粘結性,生產的型煤燃點低,燃燒不結渣,日益受到人們的重視,但糧食類價格很高。例如淀粉、土豆、高粱面粉、薯類,不溶于水的碳水化合物、甜菜碎片、玉米秸稈、向日葵莖、木質素、木糖等。③工農業廢棄物粘結劑,絕大多數為有機化合物或以有機化合物為主體,它們來源廣、不增加型煤的灰分、且有較高的發熱量,生產的型煤燃點低,燃燒不結渣,性能比較好,可以實現廢物利用,近年來被廣泛應用,是型煤發展的趨勢。如各種秸稈、稻草、紙漿廢液、醋糟、活性污泥、制糖廢液、廢蜜糖、制革廢液、釀酒廢液、廢棄淀粉、薯類廢渣、輕工廢渣多聚物、脂肪酸殘渣、甘油殘泥、化工廠廢料、糠醛渣、纖維廠的亞硫酸廢液、電石渣、動物血漿以及家畜肥料等。

(3)合成高分子粘結劑。這類粘結劑粘結力強,防水性好,具有一定熱值,但穩定性較差,價格昂貴。這類粘結劑有聚乙烯醇、聚丙烯醇、聚酰胺、酚醛樹脂、聚乙烯醇水溶液及其甲醛、尿醛復合膠、HM粘結劑 (即聚乙酸乙烯酯乳液)以及改性的無規則聚丙烯 (APP)等。

(4)復合粘結劑。是指來自上述多類粘結劑中兩類或兩類以上的粘結劑復合成的粘結劑,如粘土-紙漿廢液、淀粉-膨潤土、麥秸-石灰等二種或三種粘結劑的復合物。不同的粘結劑可以取長補短,互相補充,從而提高型煤質量。這類復合粘結劑往往也將固硫 (脫硫)和助燃的作用考慮在內,是近年來研究、開發和生產中使用的主流粘結劑,因此,各國都致力于復合粘結劑的研究。

本文主要對型煤成型壓力,型煤粘結劑的篩選及用量進行蜂窩型煤加工的條件試驗,并對試驗結果進行分析討論。

1 煤泥性質

試驗煤樣選用來自于貴州省金沙縣龍鳳煤礦的煤樣,經洗選加工后得到的煤泥工業分析結果如表1所示。在弱還原條件下測得煤泥的灰熔點 (ST)為1400℃。從表中可以看出,該煤泥具有很高的利用價值。煤泥經自然風干后破碎至粒度在0.5 mm以下,備用。

2 型煤制備試驗

型煤制備方法:將型煤添加劑與煤泥按一定比例混合,加適量水攪拌混勻,在 HX-180型煤機上加工成4組F180×100鍋爐用蜂窩型煤,型煤高130 mm,重2.6 kg,開孔15個,孔徑20 mm。為了確定較好的工藝條件,主要對型煤粘結劑進行篩選試驗,并對粘結劑的用量及型煤的成型壓力進行了條件試驗。

2.1 粘結劑的選擇性試驗

試驗選擇在20 MPa的相同成型壓力下,分別選擇粘土、高嶺土和瀝青作為型煤添加粘結劑,與煤泥按1∶9的比例混合后壓制成蜂窩型煤,測定了型煤的抗壓力、灰熔點、水分、灰分、揮發分等指標,并與不加粘結劑的蜂窩型煤進行比較,試驗結果見表2。

表2 粘結劑選擇性試驗結果

表1 煤泥工業分析結果

由表2的試驗結果可知,各組型煤粘結劑與煤泥壓制成的型煤,其灰熔點與原煤泥相比均有所下降,降幅在50～150℃范圍內,其中瀝青型煤的灰熔點最低,粘土型煤次之;加入型煤粘結劑后灰分都有所增加,粘土和高嶺土型煤增加5%左右,瀝青型煤只增加1.5%;揮發分升高或降低幅度很小,變化不大。由于瀝青價格偏高,而且使用時需加熱融化,制備型煤過程更為復雜,所以選擇效果次之的粘土作為本試驗的型煤粘結劑。

2.2 粘土作為粘結劑的用量條件試驗

試驗仍然選擇在20 MPa的相同成型壓力下,分別選擇粘土用量占5%、10%和15%,與煤泥按比例混合后壓制成蜂窩型煤,然后再測定型煤的抗壓力、灰熔點、水分、灰分、揮發分等指標,試驗結果如表3所示。

表3 粘土用量試驗結果

由表3試驗結果可以看出,隨著粘土用量的增加,蜂窩型煤的抗壓力、水分、灰分和揮發分均有所增加,而灰熔點不斷下降。這是由于粘土礦物基本不含可燃成分,與煤泥混合壓制成型后導致灰分增大,而灰熔點隨粘土礦物用量的增加而不斷下降,說明粘土中存在某些會使灰熔點降低的物質。綜合考慮各項指標,試驗選定粘土用量為10%。

2.3 型煤成型壓力的條件試驗

試驗固定型煤粘結劑用量為10%,選擇型煤的成型壓力分別在10 MPa、20 MPa和30 MPa,將煤泥與粘結劑混合后壓制成蜂窩型煤,試驗結果見表4。

表4的試驗數據顯示,隨著成型壓力的增加,蜂窩型煤的抗壓力不斷增強,其他指標變化不大,可能原因應該是較大的壓力使煤粒與粘結劑之間更加緊密,孔隙度更低,因而抗壓力增強,但也會在一定程度使得燃燒受阻。由此確定型煤的成型壓力為20 MPa。

表4 型煤成型壓力條件試驗結果

3 結語

(1)發展型煤以替代塊煤,不僅有廣闊的市場需求,可以提高燃用效率,減少污染氣體排放,而且還可以充分利用大量粉煤和煤泥,減少它們本身對環境的污染。

(2)經過條件試驗,選擇粘土作為型煤粘結劑,用量與煤泥用量比例為1∶9,成型壓力20 MPa,壓制成的蜂窩型煤抗壓力為6600 N,灰熔點為 1280℃,水分為 2.95%,灰分為 38.21%,揮發分為22.95%,效果較好,符合DB61/T 284 -2007潔凈蜂窩煤地方標準。

[1]曹智,鐘宏.型煤用添加劑研究的新進展 [J].燃料與化工,1999(6)

[2]程芳琴等.改性生物質作為型煤黏結劑的研究 [J].煤化工,2008(5)

[3]戴財勝,楊洪波.紙漿黑液制氣化型煤黏結劑研究[J].煤化工,2006(5)

[4]唐黎華,朱子彬,趙慶祥等.活性污泥作為氣化用型煤粘結劑的研究 [J].環境科學學報,1999(1)

[5]張政,馬永川,李秦川等,疏水性型煤粘結劑的制備及應用 [J].化工環保,1998(4)

[6]孫孝仁.型煤粘結劑及其發展趨向 [J].科技情報開發與經濟.1999(1)

An experimental research on the preparation of honeycomb briquettes from coal slime

Liu Dachao1,2,3,Zhang Qin1,2,Ye Fei3
(1.School of Mines,Guizhou University,Guiyang,Guizhou province 550003,China; 2.Guizhou Provincial Key Laboratory of Non Metal Mineral Resources Comprehensive Utilization,
Guiyang,Guizhou province 550003,China; 3.Guizhou Lindong Mining Group Co Ltd,Guiyang,Guizhou province 550056,China)

TQ536.1

A

劉大超 (1975-),男,畢業于貴州大學,工程師,現就職于貴州林東礦業集團公司黃家莊煤礦。

(責任編輯 張毅玲)

國際合作專項《中高硫煤脫硫研究》(No.2008DFA70890)