煤泥制备蜂窝型煤的试验研究＊

刘大超张 覃叶飞

(1.贵州大学矿业学院,贵州省贵阳市,550003; 2.贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室,贵州省贵阳市,550003; 3.贵州林东矿业集团有限责任公司,贵州省贵阳市,550056)

★煤炭科技·加工转化 ★

煤泥制备蜂窝型煤的试验研究＊

刘大超1,2,3张 覃1,2叶飞3

(1.贵州大学矿业学院,贵州省贵阳市,550003; 2.贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室,贵州省贵阳市,550003; 3.贵州林东矿业集团有限责任公司,贵州省贵阳市,550056)

概述了型煤粘结剂的分类及特点,并以其中常见的几种粘结剂与煤泥压制成蜂窝型煤,通过条件试验,考察试验结果的各项指标,确定在成型压力20 MPa的条件下,粘土作为粘结剂与煤泥按1∶9的比例混合后压制成蜂窝型煤效果较好。

型煤 煤泥 粘结剂 制备试验

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

型煤粘结剂根据其基本性质可分为无机粘结剂、有机粘结剂、合成高分子粘结剂、复合粘结剂4大类。

(1)无机粘结剂。主要包括粘土、陶土、膨润土、高岭土、水泥、石灰、水玻璃、石膏、水泥、以及各种无机盐等,其特点是价格低廉,具有一定粘结强度,内含的碱金属、碱土金属、碳酸盐或氧化物、氢氧化物等成分还能和煤中的硫起反应,起到固硫作用,减少二氧化硫排放;缺点是使型煤的灰分增加,部分配方有阻燃现象,发热量降低,防潮、防水性差。

(2)有机粘结剂。①焦油、沥青、腐殖酸类粘结剂均具有一定的热值,用它们制成型煤冷、热性能和强度均较好,易贮存和运输;其缺点是需加热熔化,价格偏高,易造成二次污染。②生物质粘结剂来源广,不增加型煤灰分,且有较高的发热量,经化学处理后有较好的粘结性,生产的型煤燃点低,燃烧不结渣,日益受到人们的重视,但粮食类价格很高。例如淀粉、土豆、高粱面粉、薯类,不溶于水的碳水化合物、甜菜碎片、玉米秸秆、向日葵茎、木质素、木糖等。③工农业废弃物粘结剂,绝大多数为有机化合物或以有机化合物为主体,它们来源广、不增加型煤的灰分、且有较高的发热量,生产的型煤燃点低,燃烧不结渣,性能比较好,可以实现废物利用,近年来被广泛应用,是型煤发展的趋势。如各种秸秆、稻草、纸浆废液、醋糟、活性污泥、制糖废液、废蜜糖、制革废液、酿酒废液、废弃淀粉、薯类废渣、轻工废渣多聚物、脂肪酸残渣、甘油残泥、化工厂废料、糠醛渣、纤维厂的亚硫酸废液、电石渣、动物血浆以及家畜肥料等。

(3)合成高分子粘结剂。这类粘结剂粘结力强,防水性好,具有一定热值,但稳定性较差,价格昂贵。这类粘结剂有聚乙烯醇、聚丙烯醇、聚酰胺、酚醛树脂、聚乙烯醇水溶液及其甲醛、尿醛复合胶、HM粘结剂 (即聚乙酸乙烯酯乳液)以及改性的无规则聚丙烯 (APP)等。

(4)复合粘结剂。是指来自上述多类粘结剂中两类或两类以上的粘结剂复合成的粘结剂,如粘土-纸浆废液、淀粉-膨润土、麦秸-石灰等二种或三种粘结剂的复合物。不同的粘结剂可以取长补短,互相补充,从而提高型煤质量。这类复合粘结剂往往也将固硫 (脱硫)和助燃的作用考虑在内,是近年来研究、开发和生产中使用的主流粘结剂,因此,各国都致力于复合粘结剂的研究。

本文主要对型煤成型压力,型煤粘结剂的筛选及用量进行蜂窝型煤加工的条件试验,并对试验结果进行分析讨论。

1 煤泥性质

试验煤样选用来自于贵州省金沙县龙凤煤矿的煤样,经洗选加工后得到的煤泥工业分析结果如表1所示。在弱还原条件下测得煤泥的灰熔点 (ST)为1400℃。从表中可以看出,该煤泥具有很高的利用价值。煤泥经自然风干后破碎至粒度在0.5 mm以下,备用。

2 型煤制备试验

型煤制备方法:将型煤添加剂与煤泥按一定比例混合,加适量水搅拌混匀,在 HX-180型煤机上加工成4组F180×100锅炉用蜂窝型煤,型煤高130 mm,重2.6 kg,开孔15个,孔径20 mm。为了确定较好的工艺条件,主要对型煤粘结剂进行筛选试验,并对粘结剂的用量及型煤的成型压力进行了条件试验。

2.1 粘结剂的选择性试验

试验选择在20 MPa的相同成型压力下,分别选择粘土、高岭土和沥青作为型煤添加粘结剂,与煤泥按1∶9的比例混合后压制成蜂窝型煤,测定了型煤的抗压力、灰熔点、水分、灰分、挥发分等指标,并与不加粘结剂的蜂窝型煤进行比较,试验结果见表2。

表2 粘结剂选择性试验结果

表1 煤泥工业分析结果

由表2的试验结果可知,各组型煤粘结剂与煤泥压制成的型煤,其灰熔点与原煤泥相比均有所下降,降幅在50～150℃范围内,其中沥青型煤的灰熔点最低,粘土型煤次之;加入型煤粘结剂后灰分都有所增加,粘土和高岭土型煤增加5%左右,沥青型煤只增加1.5%;挥发分升高或降低幅度很小,变化不大。由于沥青价格偏高,而且使用时需加热融化,制备型煤过程更为复杂,所以选择效果次之的粘土作为本试验的型煤粘结剂。

2.2 粘土作为粘结剂的用量条件试验

试验仍然选择在20 MPa的相同成型压力下,分别选择粘土用量占5%、10%和15%,与煤泥按比例混合后压制成蜂窝型煤,然后再测定型煤的抗压力、灰熔点、水分、灰分、挥发分等指标,试验结果如表3所示。

表3 粘土用量试验结果

由表3试验结果可以看出,随着粘土用量的增加,蜂窝型煤的抗压力、水分、灰分和挥发分均有所增加,而灰熔点不断下降。这是由于粘土矿物基本不含可燃成分,与煤泥混合压制成型后导致灰分增大,而灰熔点随粘土矿物用量的增加而不断下降,说明粘土中存在某些会使灰熔点降低的物质。综合考虑各项指标,试验选定粘土用量为10%。

2.3 型煤成型压力的条件试验

试验固定型煤粘结剂用量为10%,选择型煤的成型压力分别在10 MPa、20 MPa和30 MPa,将煤泥与粘结剂混合后压制成蜂窝型煤,试验结果见表4。

表4的试验数据显示,随着成型压力的增加,蜂窝型煤的抗压力不断增强,其他指标变化不大,可能原因应该是较大的压力使煤粒与粘结剂之间更加紧密,孔隙度更低,因而抗压力增强,但也会在一定程度使得燃烧受阻。由此确定型煤的成型压力为20 MPa。

表4 型煤成型压力条件试验结果

3 结语

(1)发展型煤以替代块煤,不仅有广阔的市场需求,可以提高燃用效率,减少污染气体排放,而且还可以充分利用大量粉煤和煤泥,减少它们本身对环境的污染。

(2)经过条件试验,选择粘土作为型煤粘结剂,用量与煤泥用量比例为1∶9,成型压力20 MPa,压制成的蜂窝型煤抗压力为6600 N,灰熔点为 1280℃,水分为 2.95%,灰分为 38.21%,挥发分为22.95%,效果较好,符合DB61/T 284 -2007洁净蜂窝煤地方标准。

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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

刘大超 (1975-),男,毕业于贵州大学,工程师,现就职于贵州林东矿业集团公司黄家庄煤矿。

(责任编辑 张毅玲)

国际合作专项《中高硫煤脱硫研究》(No.2008DFA70890)