粉煤成型機理研究進(jìn)展

第2卷第3期轉化2001年7月COAL CONVERSIONlul. 2001粉煤成型機理研究進(jìn)展趙玉蘭1)常鴻雁”吉登高”劉翼洲艸摘要綜述了粉煤成型杌理研究進(jìn)展、褐煤無(wú)粘結劑成型杌理有瀝青、腐植酸、毛細孔等多種假說(shuō),這些假說(shuō)都認為,煤“自身粘結劑”的存在是成型的重要基礎;粉煤在粘結劑成型過(guò)程中,煤與粘結劑間相互潤濕是成型的前提條件,進(jìn)而依靠?jì)染哿驼掣搅κ狗勖撼尚?本項研究將為開(kāi)發(fā)粘結劑及成型新工藝提供理論依據關(guān)鍵詞粉煤,粘結劑,戍型機理中圖分類(lèi)號TQ536.10引言1粉煤無(wú)粗結劑成型機理21世紀是能源結構多元化時(shí)代,煤炭在能源消粉煤無(wú)粘結劑成型是指不外加粘結劑,而是依費結構中的主導地位不會(huì )改變專(zhuān)家估計未來(lái)二三靠煤炭自身的性質(zhì)和粘結性組分,在外力作用下壓十年煤炭需求量將會(huì )增加.伴隨機械化采煤產(chǎn)生的制成型煤的過(guò)程.適于無(wú)粘結劑成型的煤種為年輕大量粉煤需要處理,發(fā)展型煤技術(shù)勢在必行.中國從褐煤20世紀J0年代開(kāi)始研究民用型煤,其技木已達到國際水平;60年代開(kāi)始研究工業(yè)型煤,取得了一定1·1褐煤無(wú)粘結劑成型機理成果,建起了一批型煤廠(chǎng).據1996年煤炭部型煤技關(guān)于褐煤無(wú)粘結劑成型機理眾說(shuō)不一,有各種術(shù)現狀調査報道,所考察的近四十家工業(yè)造氣煤廠(chǎng)假說(shuō)如瀝青、腐植酸、毛細孔、膠體、分子粘合等假中沒(méi)有一個(gè)能正常生產(chǎn);近十幾年來(lái),型煤廠(chǎng)仍在說(shuō).但都認為“自身粘結劑”的存在,是褐煤無(wú)粘結劑低水平重復建設;型煤生產(chǎn)過(guò)程屮諸多問(wèn)題不能突成型的重要基礎破,嚴重制約了型煤產(chǎn)業(yè)化其主要原因是成型基礎(1)瀝青假說(shuō).瀝青假說(shuō)是早期的假說(shuō)瀝青假研究薄弱,正如 Bruhl所言,實(shí)踐一直超越理論的發(fā)說(shuō)認為,煤中瀝青質(zhì)是煤粒間粘結成型的主要物質(zhì)展.因此,加強粉煤成型性能及成型機理等基礎研究瀝青的軟化點(diǎn)為70C~80C.在加壓成型過(guò)程中迫在眉睫由于煤粒間相對位移,彼此相互推擠、摩擦產(chǎn)生的熱粉煤成型工藝分冷壓成型和熱壓成型以冷壓量,使瀝青質(zhì)軟化成為具有粘結性的塑性物質(zhì),將煤成型為主;冷壓成型又分為粘結劑成型和無(wú)粘結劑粒粘結在一起成為型煤成型,以有粘結劑成型為主根據我國國情,粉煤成(2)腐植酸假說(shuō)褐煤屮含有游離腐植酸,游離型多采用添加粘結劑、中低壓、免烘干、冷壓成型工腐植酸是一種膠體具有強極性.在成型過(guò)程中,外力作用使煤粒間緊密接觸.具有強極性的腐植酸分山西省自然科學(xué)基金資助項目(981017)、原煤炭部“九五”型煤科技攻關(guān)資助項目(XM970101))教授;2)碩士生;3)講師:4)工程師太原理工大學(xué)礦業(yè)T程學(xué)院,030024太原收確H期:2001m320第3期趙玉蘭等粉煤成型機理研究進(jìn)展13子,使煤粒間相結合的分子間力得以加強而成型3)毛細孔假說(shuō)毛細孔假說(shuō)認為,褐煤屮有大2粉煤有粘結劑成型機理量含水的毛細孔,成型時(shí)毛細孔被壓潰,其中的水被擠出,覆蓋于煤粒表面形成水膜進(jìn)而充填煤粒間的粉煤有粘結劑成型,是指粉煤與外加粘結劑充空隙,呈現出相互作用的分子間力,加強了煤粒的接分混合均勻后,在一定的壓力下壓制成型煤的過(guò)程觸而成型有粘結劑成型的煤種為年老褐煤、煙煤、無(wú)煙煤等;(4)膠體假說(shuō)膠體假說(shuō)認為,褐煤由固相和液粘結劑為煤焦油焦油瀝青、石油瀝青(又稱(chēng)石油殘相兩部分物質(zhì)組成固相物質(zhì)是由許多極小的膠質(zhì)渣)或水溶性粘結劑成型煤料為-3mm(占95%腐植酸顆粒構成,其粒度為1m~10m,在成型過(guò)以上)的粉煤,具有類(lèi)似砂土的碎散性從熱力學(xué)觀(guān)程中使膠粒密集而產(chǎn)生聚集力,形成具有一定強度點(diǎn)出發(fā),粉煤成型過(guò)程是體系的嫡減小的非自發(fā)過(guò)的型煤程.欲使粉煤成為具有一定強度的型煤,外力做功和(5)分子粘合假說(shuō)分子粘合假說(shuō)由那烏莫維粘結劑是重要的基礎條件粘結劑的選擇關(guān)系到型奇提出認為粒子間的結合是在壓力作用下由于粒煤的質(zhì)量和成本,也是型煤產(chǎn)業(yè)化的制約因素因子間接觸緊密而出現分子粘合的結果此,研究粉煤成型機理,關(guān)鍵是探討煤與粘結劑間的上述假說(shuō)都只從某一個(gè)方面解釋了成型過(guò)程中相互作用,即作用力的類(lèi)型、大小及其影響因素搞的一些現象還有待進(jìn)一步探討清粉煤成型機理將為開(kāi)發(fā)型煤粘結劑、實(shí)現型煤工業(yè)化,乃至粉料成型相關(guān)領(lǐng)域(包括冶金、化工、建1.2其他煤種無(wú)粘結劑成型機理材、醫藥等)提供理論依據.粉煤有粘結劑成型機理文獻[3]著(zhù)重介紹了無(wú)煙煤成型試驗研究結果,研究的文獻報道甚少,相關(guān)領(lǐng)域如礦粉團球、壓塊等分析了工業(yè)型煤無(wú)粘結劑成型的濕態(tài)粘結機理與下粉料成型機理研究也不多態(tài)粘結機理2.I浸(潤)濕與橋接(1)型煤的濕態(tài)粘結機理碎散性煤料在濕態(tài)煤粒與粘結劑間的浸濕和粘合直接影響型煤質(zhì)下被壓制成型的主要原因,是媒粒間存在著(zhù)一定的量以煤和焦油瀝青成型為例,除煤的含水量要影響煤粒與焦油瀝青的浸濕與粘合外,瀝青的粘度和組斷裂形成一些不飽和鍵,使煤粒表面產(chǎn)生微弱的負成也會(huì )影響成型過(guò)程瀝青的粘度決定型煤的冷態(tài)電荷極性的水分子被煤粒吸附形成水化膜,煤粒通抗壓強度;瀝青中含成焦組分的多少決定型煤的熱過(guò)粘結性的水化膜連接而成型穩定性.當瀝青與低揮發(fā)分煤成型時(shí),成焦組分在型(2)型煤的干態(tài)粘結機理在型煤干燥過(guò)程中煤結構中形成瀝青焦骨架,使型煤具有好的熱穩定隨著(zhù)型煤的水化膜逐漸變薄,液膜水的表面張力增性為了使瀝青類(lèi)粘結劑獲得最合適的粘度,前蘇聯(lián)大,煤粒受力彼此靠的更近媒分子間的范德華力增學(xué)者研究了瀝青的重要性質(zhì)研究發(fā)現,瀝青粘度發(fā)大直至液膜的水蒸于,煤分子間的范德華力達到最生顯著(zhù)變化的兩個(gè)階段,一個(gè)是從固態(tài)向塑性狀態(tài)大此外,千煤粒間摩擦阻力大,煤粒彼此鑲嵌產(chǎn)生的轉變階段;另一個(gè)是從液態(tài)向高流動(dòng)狀態(tài)的轉變較大的機械嚙合力因此,干態(tài)型煤主要靠煤分子間階段瀝青在室溫下呈固態(tài),只有在溫度高于其軟化的范德華力和煤粒間的機械嚙合力使煤粒緊密粘結點(diǎn)20C~25(下,才能與煤?；旌暇鶆虿⒊浞纸尚蜐?前蘇聯(lián)學(xué)者采用了一種特殊的料粒拋光技術(shù),通筆者研究∫弱粘結煤、肥煤、焦煤、無(wú)煙煤等不過(guò)顯微鏡觀(guān)察研究了煤與瀝青粘合劑的混合料.結同煤種的無(wú)粘結劑成型.發(fā)現焦煤成型性能最好,其果表明,在成型過(guò)程中瀝青粘結劑只能部分地將煤型煤表面致密光沽抗壓強度高,防水性能好;而無(wú)粒浸(潤)濕,進(jìn)入成型機的物料內,大部分煤粒通過(guò)煙煤成型性能最差,其型煤質(zhì)量低抗壓強度小這“粘結劑橋”連接而成型是由于焦煤的顯微硬度小,無(wú)煙煤顯微硬度大軟質(zhì)文獻[6]研究結果表明,成型前的粘結劑應呈塑煤在成型過(guò)程中易被壓碎,產(chǎn)生更細的煤粉填充到性狀態(tài)并具有良好的擴展性,成型后型煤內粘結劑煤粒間隙中,達到最緊密堆積,使型煤致密光潔,抗要盡快固化,形成能承受機械力作用的骨架結構,以壓強度高使型煤具有足夠的強度.型塊強度是顆粒和固化粘2001年結劑構成的類(lèi)似混凝土結構的總體強度的體現.若差異,表明在型煤中有新官能團生成即型煤內煤粒成型物料的結構強度低于由粘結劑固化形成的骨架間有化學(xué)鍵力的作用強度,則提高成型物料的粉碎細度,以增加顆?？偙砻娣e型塊強度取決于物料的結構強度3有粘結劑礦粉低溫固結機理研究2.2機被結合力與物理化學(xué)結合力傅菊英等10應用表面化學(xué)觀(guān)點(diǎn)研究了有粘結文獻[門(mén)]報道了褐煤成型主要工藝條件的研究劑鐵精礦低溫固結機理,認為低溫固結是粘結劑與結果,認為煤粒和粘結劑之間的作用過(guò)程十分復雜,造塊物料間粘附力和內聚力共同作用的結果粘附包括潤濕、傳質(zhì)結合等過(guò)程粘結劑與被粘結物之力是指粘結劑與造塊物料之間的作用力;內聚力是間的結合力是機械結合力與物理化學(xué)結合力的綜指粘結劑或造塊物料本身分子間吸引力.當有粘結合結果.對于煤這種非極性多孔物料機械結合力起劑存在時(shí)粘結劑對顆粒表面的潤濕作用使物料顆決定性作用型煤強度是粘結劑滲入煤粒間隙中脫粒由固-固接觸變?yōu)橐?固接觸因此,低溫固結實(shí)質(zhì)水、固化產(chǎn)生機械鍵合的結果.粘結劑脫水、硬化、固是固液界面現象粘附力的大小受物料顆粒的表面結過(guò)程中,型煤隨水分蒸發(fā)而收縮顆粒間距離減形狀粗糙度潤濕性、粒度等因素影響固結團塊強小,碎散阻力增大,型煤強度增加度既與分子間作用力(即范德華引力)顆粒表面凹凸不平而產(chǎn)生的機械聯(lián)接力有關(guān),也與靜電引力、化2.3最小接觸角及最大粘結功學(xué)鍵力有關(guān)李登新等以型煤抗壓強度定量表征煤與粘結朱德慶等表面潤濕熱、表面電性及紅外光劑間作用力的大小,即煤與粘結劑間的潤濕程度理譜測試入手,對粘結劑與鐵礦粉表面作用機理及生論分析認為粘結劑與煤粒間產(chǎn)生粘結的前提條件,球強度的機理作了大量研究從理論上導出了生球是粘結劑潤濕煤粒表面其潤濕程度可用接觸角粘強度界面能綜合模型提出了含粘結劑的磁鐵礦粉結功表示即接觸角越小,粘結功越大,潤濕程度越生球的強度取決于顆粒間的化學(xué)作用能粘滯作用大.利用CDA型協(xié)和接觸角儀、CBVD型協(xié)和表能、毛細引力能、范德華引力能靜電作用能和磁引面張力儀,分別測量了在型煤與粘結劑間的接觸角力能,主要由化學(xué)作用能粘滯作用能、毛細引力能及液態(tài)粘結劑的表面張力隨著(zhù)煤表面疏水基團的所決定的新觀(guān)點(diǎn),豐富和發(fā)展了生球強度理論增加,煤與水的接觸角變大,煤被水潤濕程度變小,型煤抗壓強度小即煤與粘結劑間的作用力小,4結束語(yǔ)諶倫建通過(guò)掃描電鏡對工業(yè)型煤微觀(guān)結構進(jìn)行了研究,發(fā)現在煤粒表面及孔隙中均有粘結劑水粉煤成型機理研究的重點(diǎn)是弄清型煤內煤粒之化形成的凝膠體和各種形態(tài)的結晶體.這些凝膠體間煤粒與粘結劑之間作用力的類(lèi)型、作用力的大小和晶體將煤粒包圍起來(lái),并相互連接形成晶體網(wǎng)絡(luò ),及其影響因素;其日的是為開(kāi)發(fā)型煤粘結劑,加快工從而將煤粒牢固粘結在一起成為型煤.型煤中凝膠業(yè)型煤產(chǎn)業(yè)化提供理論依據已有的研究結果表明體越多棒狀、柱狀及針狀晶體越發(fā)育,分布越均勻,型煤內煤粒之間、煤粒與粘結劑之間存在著(zhù)復雜的則型煤強度越高作用力,有機械力物理力化學(xué)力及物理化學(xué)力從筆者用同樣方法觀(guān)察了不同煤種與不同粘結劑有關(guān)文獻報道可知,此項研究定性多于定量理論分的型煤微觀(guān)結構,得到相同結論;并結合各型煤的紅析多于儀器測試.有待于加強儀器測試定量研究工外光譜圖,定性分析比較了型煤與原煤的官能團的作1許志華煤炭加工利用概論徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版杜、19881121192] hpus B褐煤無(wú)粘結劑成型的理論研究煤炭加工利用,19882);5359[3]周祥瑜,劉大華,宋伯云,工業(yè)型煤無(wú)粘結劑成型研究煤炭加工與綜合利用1992(2):335「4]趙玉蘭,吉鰹高,王琳原煤成型特性研究(【)煤的硬度和脆度與成型效果的關(guān)系,煤炭轉化,1992(2):59623] Elliuntt A.媒利用化學(xué):上冊.北京;化學(xué)工業(yè)出版社,191.524540(下轉第19頁(yè))第3期劉俊明等煤快速液化反應裝置的有效密封結構,全國壓力容器標準化技術(shù)委員會(huì ),GB501998鋼制壓力容器北京:中國標準出版社,199821胡國楨,石流,間家賓.化工密封技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1990章大勤袁風(fēng)隱壓力容器與化工設備實(shí)用手冊:上冊北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000RESEARCH ON EFFECTIVE SEALS OF COAL HIGH-SPEEDLIQUEFACTION EQUIPMENTLiu junming and Zou gangming(College of Chemical Engineering und Technology, Taiyuan Universityof Technology, 030024 Taiyuan)ABSTRaCt The new types of seal for special demands of coal high-speed liquefactionquipment are introduced. These new types of seal are no gasket line-contact seal, serew sleevesemi-self-sealing seal and magnetic driving seal. The process of design of these seals is explained.Magnetic driving seal can turn rotational seal into static seal, and no-leakage can be realized. Nogasket line-contact seal and screw sleeve semi-self-sealing seal have advantreliable sealassembling and disassemble and repair simplyKEY WORDS coal liquefaction, mixer, reactor, seal(上接第14頁(yè))6】江超鴻成型原料的粒度要求,煤炭加工利用,1986(2):21237]張貽趙會(huì )娟唐珂等.煤型煤主要工藝條作的研究環(huán)境保護科學(xué).199148(2):32-368]李登新,吳家珊,宋永瑋煤與粘結劑的相互作用和型煤抗壓強度的關(guān)系,煤炭轉化,1992.15(4):76819]諶論建柴一言祝朝暉.型媒微觀(guān)結構的研究煤炭學(xué)報1997,22(3):304[101簿菊英黃正天,王建暉,鐵精礦低溫固結團塊的研究燒結球團199621(3):9-131]]朱德慶邱冠周,傅守澄等.含粘結劑的磁鐵礦生球強度機理研究,有色金屬,1996,48(3):3238THE RESEARCH PROGRESS ON THE BRIQUETTINGMECHANISM OF FINE COALZhao Yulan ChangHongyan Ji Denggao and Liu Yizhou(College of Mining Engineering, Taiyuan University of Technology, 030024 TaiyuanABSTRACt ' This paper summarizes the research progress in briquettion mechanism of coalAbout briquetting mechanism without binder of brown coal there have been varied hypothesessuch as pith hypothesis, humic acid hypothesis and capillary hole hypothesis, etc It is importantbasis of briquetting that the coals have the binders itselves in these hypotheses. In briquettingprocess of fine coal with binder it is neccessary condition of briquetting that the coal and thebinder can moisten each other after that the cohesion and adhesion make fine coal briquettingThe paper points out the studies in briquetting mechanism of fine coal will supply the theoryfoundation for developing the binders and new briquetting processesKEY WORDS fine coal, biner, briquetting mechanism