一种型煤用复合粘结剂及其在型煤生产中的应用

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本发明涉及粉煤或粉焦的成型技术，特另是涉及一种自动化程度较高的 企业所用燃料型煤或原料型煤的复合粘结剂及其在型煤生产中的应用。\n我国现有工业型煤的生产主要用石灰、粘土、腐植酸、沥青、纸浆等作 粘结剂。用石灰作粘结剂，经碳化后形成煤球，这种型煤的固定碳含量小 于50％，生产中碳化时间需要30个小时左右，强度较低，限制了应用范围 和生产中大批量的需要；用粘土作粘结剂，与粉煤混合后熟化24小时，经 压制成型的煤球，冷强度较差，仅能达到7.0MPa/只球，粘土反应活性 差，导致煤球气化活性差；用腐植酸作粘结剂，其致命弱点是热强度低， 不能用于自动化程度较高的企业需要，并受腐植酸产地的限制，超过一定 运距时腐植酸价格高，使制造成本超出接受范围；用沥青作粘结剂的型 煤，挥发份高，燃烧中有机硫问题和焦油问题，限制了在生产中的应用； 纸浆型煤，因其热稳定性差，使一些企业无法采用。\n因现有型煤生产技术不同程度地存在上述问题，使工业型煤的质量和加 工方式无法应用于自动化程度较高的氮肥厂、玻璃厂、水泥厂、炼钢厂、炼 铁厂等企业的燃料或大型造气炉。如中型氮肥厂，因其原料输送入炉采用自 动加焦机和皮带输送，所用型煤冷强度要求达到10MPa/只球以上，同时， 自动加焦的煤气炉炉面温度达500℃以上，高于小氮肥厂的380℃，因此热 强度要求达到5MPa/只球，故中型氮肥厂每小时消耗原料型煤达35吨左 右。因此，现代化工业生产要求型煤生产工艺必须保持连续性，中间环节不 允许有诸如碳化、熟化等仃留，否则限制了流水线生产和产量的提高。由于 现有工业型煤生产技术还没有较好地解决上述问题，所以，目前自动化程度 较高的企业还无采用型煤生产线生产的型煤，限制了这些厂的经济效益。\n同时，我国目前煤炭开采的块粉比为2∶8，煤炭市场块煤供不应求，粉煤 却大量积压甚至被迫填沟。随着采煤的机械化程度不断提高，块粉比例失 调将更严峻。如有些以煤为原料的氮肥厂，都不同程度地背着“高价买进 原料，低价处理粉煤”的沉重包袱，如何有效地利用粉煤，已经是个具有 战略意义的重要问题。\n我国目前粉焦也尚无成功的成型技术，亦造成粉焦大量浪费。\n本发明的目的便在于提供一种型煤用复合粘结剂及其在型煤生产中的应 用，以生产出质量高，加工简单，适宜连续性加工、大批量生产，能为自动 化程度较高的企业采用的型煤，提高生产的经济效益和社会效益。\n为达到提供一种复合粘结剂的目的，本发明的解决方案是：一种型煤用 复合粘结剂，由含量为74～95％重量的膨润土粘结剂、4～25％重量的 经氢氧化钠溶液熟化植物淀粉成胶化淀粉糊的植物淀粉粘结剂、0.1～1.0％ 重量的三聚磷酸钠混合而成，氢氧化钠浓度为10～50％重量，膨润土颗粒 直径为0.104mm～0.05mm(150目-300目)，将膨润土和水按膨润土∶水＝ 1∶0.7～1.5的重量比混合并搅拌制成膨润土粘结剂。三种原料按上述比例配 合，膨润土能提高型煤的热强度，胶化淀粉糊能提高型煤的冷强度，三聚磷 酸钠能提高型煤的热稳定性。膨润土粒度必须小于150目，如果大于150目 或直接使用干膨润土，则因膨润土加水后需要一个熟化期而不能及时进入流 水线生产，所得型煤的冷强度也差。\n植物淀粉加氢氧化钠溶液后，氢氧化钠中的氢氧根可起加长淀粉分子链 的作用，使淀粉溶液很快熟化成为胶化淀粉糊，从而提高植物淀粉粘结剂 的粘结性，胶化淀粉糊呈碱性，与膨润土粘结剂混合后还可防止膨润土粘 结剂沉淀。\n氢氧化钠溶液浓度以10～50％重量的熟化效果最佳，浓度低于10％重 量时，加入植物淀粉溶液中的氢氧化钠溶液太多，使整个粘结剂稀释；浓度 高于50％重量时，氢氧化钠溶液加入植物淀粉溶液中反应过快，搅拌困 难，局部成块状，不均匀，不好往煤里加。\n膨润土和水的重量比可控制在1∶0.7～1.5，加水太少，粘结剂不能在生 产过程中流动应用，加水太多，不仅会降低型煤的冷强度和热强度，还会 使型煤水分过大，有效成份减少，无法成型。\n膨润土中的Al2O3含量至少为12％重量，否则影响型煤的灰熔点和热 强度。\n植物淀粉粘结剂的制备方法可以先将植物淀粉加水搅拌制成淀粉溶液， 然后逐步兑入氢氧化钠溶液使淀粉熟化成胶化淀粉糊。再将熟化的胶化淀 粉糊加水稀释并搅拌成粘度较强的、流动性较好的植物淀粉粘结剂，使植 物淀粉粘结剂既能保持一定的粘度，又能保持一定的流动性。\n制备植物淀粉溶液时，可采用以干基计的植物淀粉∶水＝1∶5～8(重量 比)的比例，熟化时，氢氧化钠溶液用量为植物淀粉溶液重量的1/20～ 1/40。\n植物淀粉可用红薯粉或木薯粉，也可以用红薯粉和木薯粉的混合粉，芋 头粉、山药粉等也可采用，这些植物淀粉粘结剂的粘度都较高。\n为达到将上述复合粘结剂用于型煤生产工艺的目的，本发明的解决方案 是：在原料(粉煤或粉焦)中加入原料重量的10～20％的复合粘结剂， 再依次按型煤惯用成型技术经混合、压制成型、干燥后制成型煤。压制压力 一般不低于16MPa/cm2，原料粉煤含碳量最好≥70％，含水量≤3.0％，型煤 干燥至含水量≤3.0％。\n本发明用复合粘结剂制成的工业型煤，与我国现有其它型煤相比，具有 如下优点：\n一、冷态抗压强度高，冷态抗压强度是防止型煤入炉前破碎的重要指 标，我国目前其它型煤其冷态抗压强度一般不大于7.0MPa/只球，而本发 明制成的型煤，由于采用新工艺配料的复合粘结剂，使冷态抗压强度≥ 15.0MPa/只球，这样就可保证自动化程度较高的企业的自动生产线使用。\n二、热态强度高，热稳定性好\n热态强度和热稳定性是型煤入炉燃烧后防止粉碎的重要指标。一般型煤 热态强度仅达到3.0MPa/只球，而本发明由于加入了Al2O3含量不低于12％ 重量的膨润土，Al2O3熔点高，可提高型煤的灰熔点，所以提高了型煤的热态 强度，使之达到5.0MPa/只球。同时，由于复合粘结剂中添加了三聚磷酸钠， 型煤热稳定性可达到90％以上，因而解决了型煤入炉后的破碎问题。\n三、本发明型煤生产工艺不需配料后的仃留时间，从原料投入至合格型 煤产出入炉，粘结剂及型煤可采取流水线生产，因而生产工艺简单，可保 证流水线的连续加工和大批量生产，且工艺指标稳定，可有效保证产品质 量。\n四、经济和社会效益显著\n使用复合粘结剂制成的工业型煤的单位成本为140元/吨，而无烟块煤 的单位成本为250元/吨，本发明大大降低了产品成本。如可使合成氨成本 每吨降低50元，中型氮肥厂每年可增加利润500万元左右。\n本发明型煤可采用粉煤或粉焦加工，可缓解我国煤炭开采中的块粉失调 矛盾，可有效利用粉焦，可减少我国烟煤锅炉造成的大气污染。此种型煤 燃烧后的灰渣，还是制做水泥的理想原料。\n下面结合实施例详细说明本发明。\n实施例一\n1、膨润土粘结剂的制备：\n将粒度直径为0.104mm(150目)，Al2O3含量为13.5％重量，水分含量 ≤5％重量的粉状膨润土和水按1∶1.5的重量比均匀混合，并充分搅拌制成 膨润土粘结剂备用。\n2、植物淀粉粘结剂的制备：\n将以干基计的红薯淀粉和水按红薯淀粉∶水＝1∶6的重量比混合后搅 拌，制成红薯淀粉溶液，然后逐步兑入浓度为30％重量的氢氧化钠溶液， 使淀粉溶液熟化成胶化淀粉糊，氢氧化钠溶液用量为淀粉溶液重量的1/25。 再在胶化淀粉糊中逐步加入胶化淀粉糊重量的40％的清水，一边搅拌一边 稀释，直至搅拌成粘度较强又能保持一定流动性的植物淀粉粘结剂。\n3、复合粘结剂的制备：\n将上述膨润土粘结剂、红薯淀粉粘结剂和三聚磷酸钠按膨润土粘结剂∶ 红薯淀粉粘结剂∶三聚磷酸钠＝74∶25∶1的重量比混合，即制成复合粘结 剂。\n4、复合粘结剂用于型煤生产工艺：\n将含碳量≥70％的原料无烟粉煤经烘干机烘干，使其水份含量≤3.0％， 然后按无烟粉煤：复合粘结剂＝100∶11的重量比在原料粉煤中加入复合粘结 剂，经粉碎机粉碎混合物料，使无烟煤粒度≤3mm，将粉碎好的混合物料经皮 带输送至搅拌机，经充分搅拌后输送至型煤对辊成型机，在成型压力≥ 16MPa/cm2的条件下压制后，即成型煤，最后将该型煤烘干至水分≤3％。\n5、型煤工艺指标：\n固定碳            65％\n水分              3％\n灰分              23％\n挥发份            7.5％\n抗压强度(冷强度)  15MPa/只球\n热态抗压强度      5.0MPa/只球\n机械强度          不小于90％\n热稳定性          90.5％\n实施例二\n1、植物淀粉粘结剂的制备：\n植物淀粉为50％的红薯粉和50％的木薯粉的混合粉\n以干基计的红薯和木薯粉的混合粉与水的重量比：1∶8\n氢氧化钠溶液浓度：50％重量\n氢氧化钠溶液与淀粉溶液的重量比：1∶40\n胶化淀粉糊稀释时加入清水量为胶化淀粉糊重量的40％。\n2、膨润土粘结剂的制备：\n膨润土粒度：直径为0.05mm(300目)\n膨润土与水重量比例：1∶0.8\n膨润土水分含量：≤3％重量\n膨润土Al2O3含量：20％重量\n3、复合粘结剂的制备：\n膨润土粘结剂∶红薯木薯淀粉粘结剂∶三聚磷酸钠＝84∶15.8∶0.2(重量 比)\n4、复合粘结剂用于型煤生产工艺：\n烟煤(粉状)∶复合粘结剂＝100∶20(重量比)\n5、型煤工艺指标：\n水分       3％\n固定碳     67％\n挥发份     8.8％\n灰份       21％\n硫         0.45％\n冷强度     15.5MPa/只球\n热强度     5.0MPa/只球\n机械强度   ＞90％\n热稳定性   90％\n实施例三\n1、膨润土粘结剂的制备：\n膨润土粒度：直径为0.061mm(250目)\n膨润土与清水的重量比：1∶1\n膨润土水份含量：≤5％重量\n膨润土Al2O3含量：15.3％重量\n2、植物淀粉粘结剂的制备：\n以干基计的木薯淀粉与水的重量比：1∶7\n氢氧化钠溶液浓度：30％重量\n氢氧化钠溶液与淀粉溶液的重量比：1∶30\n胶化淀粉糊加入清水量为胶化淀粉糊重量的40％。\n3、复合粘结剂的制备：\n膨润土粘结剂∶木薯淀粉粘结剂∶三聚磷酸钠＝82∶17.6∶0.4(重量比)\n4、复合粘结剂用于型煤生产工艺：\n采用无烟粉煤，无烟粉煤∶复合粘结剂＝100∶15(重量比)\n5、型煤工艺指标：\n水份      2.8％\n固定碳    68％\n挥发份    7.6％\n灰份      21.15％\n硫        0.45％\n冷强度    135MPa/只球\n热强度    51MPa/只球\n机械强度  91％\n热稳定性  90％\n实施例四\n1、膨润土粘结剂的制备：\n膨润土粒度：直径为0.061mm(250目)\n膨润土与清水重量比：1∶1\n膨润土水份含量：≤5％重量\n膨润土Al2O3含量：16.2％重量\n2、植物淀粉粘结剂的制备：\n以干基计的红薯淀粉与水的重量比：1∶6.5\n氢氧化钠溶液浓度：35％重量\n氢氧化钠溶液与淀粉溶液的重量比：1∶35\n胶化淀粉糊加入清水量为胶化淀粉糊重量的40％\n3、复合粘结剂的制备：\n膨润土粘结剂∶红薯淀粉粘结剂∶三聚磷酸钠＝80∶19.8∶0.2(重量比)\n4、复合粘结剂用于型煤生产工艺：\n型煤原料采用焦粉，其加工的方法为：\n①、将焦粉用粉碎机破碎至粒度≤4mm。\n②、其它工艺方法同白煤和烟煤。\n③、焦粉用量∶复合粘结剂用量＝100∶13(重量比)。\n5、焦粉型煤的主要工艺指标：\n固定碳        66％\n水份          3.2％\n挥发份        7.8％\n灰份        22.54％\n硫          0.46％\n冷压强度    12MPa/只球\n热强度      4.8MPa/只球\n机械强度    90％\n热稳定性    91％\n几点说明：\n①.实施例二、三、四的其余工艺特征均同于实施例一；\n②.热稳定性测定是按整球入马弗炉分析；\n③.其余项目均按国际标准方法分析。