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型煤技术 引 言\1 粉煤无粘结剂成型机理 赵玉兰 常鸿雁 吉登高 刘翼洲 0 引 言 21 世纪是能源结构多元化时代， 煤炭在能源消费结构中的主导地位不会改变． 专家估计未来二三十年 煤炭需求量将会增加．伴随机械化采煤产生的大量粉煤需要处理，发展型煤技术势在必行．中国从 20 世纪 50 年代开始研究民用型煤，其技术已达到国际水平；60 年代开始研究工业型煤，取得了一定成果，建起了 一批型煤厂．据 1996 年煤炭部型煤技术现状调查报道，所考察的近四十家工业造气煤厂中，没有一个能正 常生产；近十几年来，型煤厂仍在低水平重复建设；型煤生产过程中诸多问题不能突破，严重制约了型煤 产业化．其主要原因是成型基础研究薄弱，正如 Druhl 所言，实践一直超越理论的发展．因此，加强粉煤 成型性能及成型机理等基础研究迫在眉睫． 粉煤成型工艺分冷压成型和热压成型，以冷压成型为主；冷压成型又分为粘结剂成型和无粘结剂成型， 以有粘结剂成型为主．根据我国国情，粉煤成型多采用添加粘结剂、中低压、免烘干、冷压成型工艺． 1 粉煤无粘结剂成型机理 粉煤无粘结剂成型是指不外加粘结剂，而是依靠煤炭自身的性质和粘结性组分，在外力作用下压制成 型煤的过程．适于无粘结剂成型的煤种为年轻褐煤． 1．1 褐煤无粘结剂成型机理 关于褐煤无粘结剂成型机理众说不一，有各种假说，如沥青、腐植酸、毛细孔、胶体、分子粘合等假 说但都认为“自身粘结剂”的存在，是褐煤无粘结剂成型的重要基础． (1)沥青假说．沥青假说是早期的假说．沥青假说认为，煤中沥青质是煤粒间粘结成型的主要物质．沥 青的软化点为 70℃～80℃．在加压成型过程中，由于煤粒间相对位移，彼此相互推挤、摩擦产生的热 量， 使沥青质软化成为具有粘结性的塑性物质，将煤粒粘结在一起成为型煤． (2)腐植酸假说．褐煤中含有游离腐植酸，游离腐植酸是一种胶体，具有强极性．在成型过程中，外力 作用使煤粒间紧密接触．具有强极性的腐植酸分子，使煤粒间相结合的分子间力得以加强而成型． (3)毛细孔假说．毛细孔假说认为，褐煤中有大量含水的毛细孔．成型时毛细孔被压溃，其中的水被挤 出，覆盖于煤粒表面形成水膜，进而充填煤粒间的空隙，呈现出相互作用的分子间力，加强了煤粒的接触 而成型． (4)胶体假说．胶体假说认为，褐煤由固相和液相两部分物质组成，固相物质是由许多极小的胶质腐植 酸颗粒构成，其粒度为 1μm 一 10nm．在成型过程中使胶粒密集而产生聚集力，形成具有一定强度的型煤． (5)分子粘合假说．分子粘合假说由那乌莫维奇提出．认为粒子间的结合是在压力作用下，由于粒子间 接触紧密而出现分子粘合的结果． 上述假说都只从某一个方面解释了成型过程中的一些现象，还有待进一步探讨． 1．2 其他煤种无粘结剂成型机理 文献[3]着重介绍了无烟煤成型试验研究结果， 分析了工业型煤无粘结剂成型的湿态粘结机理与干态粘 结机理． (1)型煤的湿态粘结机理．碎散性煤料在湿态下被压制成型的主要原因，是煤粒间存在着一定的粘结 性．煤在破碎加工过程中，其中一些桥键或晶格断裂，形成一些不饱和键，使煤粒表面产生微弱的负电荷， 极性的水分子被煤粒吸附形成水化膜，煤粒通过粘结性的水化膜连接而成型． (2)型煤的干态粘结机理．在型煤干燥过程中，随着型煤的水化膜逐渐变薄，液膜水的表面张力增大， 煤粒受力彼此靠的更近， 煤分子间的范德华力增大． 直至液膜的水蒸干， 煤分子间的范德华力达到最大． 此 外，干煤粒间摩擦阻力大，煤粒彼此镶嵌产生较大的机械啮合力．因此，干态型煤主要靠煤分子间的范德 华力和煤粒间的机械啮合力使煤粒紧密粘结而成型， 笔者研究了弱粘结煤、肥煤、焦煤、无烟煤等不同煤种的无粘结剂成型．发现焦煤成型性能最好，其 型煤表面致密、光洁，抗压强度高，防水性能好；而无烟煤成型性能最差，其型煤质量低，抗压强度小．这 是由于焦煤的显微硬度小，无烟煤显微硬度大．软质煤在成型过程中易被压碎，产生更细的煤粉填充到煤 粒间隙中，达到最紧密堆积，使型煤致密光洁，抗压强度高. 2 粉煤有粘结剂成型机理 粉煤有粘结剂成型，是指粉煤与外加粘结剂充分混合均匀后，在一定的压力下压制成型煤的过程．有粘结 剂成型的煤种为年老褐煤、烟煤、无烟煤等；粘结剂为煤焦油、焦油沥青、石油沥青(又称石油残渣)或水 溶性粘结剂．成型煤料为-3mm(占 95％以上)的粉煤，具有类似砂土的碎散性．从热力学观点出发，粉煤成 型过程是体系的熵减小的非自发过程．欲使粉煤成为具有一定强度的型煤，外力做功和粘结剂是重要的基 础条件．粘结剂的选择关系到型煤的质量和成本，也是型煤产业化的制约因素．因此，研究粉煤成型机理， 关键是探讨煤与粘结剂间的相互作用，即作用力的类型、大小及其影响因素．搞清粉煤成型机理将为开发 型煤粘结剂、实现型煤工