本發(fā)明涉及一種高溫粘結(jié)劑的制備方法，還涉及一種利用所述高溫粘結(jié)劑提高長(zhǎng)焰煤與生石灰混合球團(tuán)熱解后強(qiáng)度的方法，屬于粘結(jié)劑領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

長(zhǎng)焰煤是變質(zhì)程度最低的一種煙煤，是煤化程度僅高于褐煤的最年輕的煙煤，從無(wú)粘結(jié)性到弱粘結(jié)性都有。煤的粘結(jié)性是指，煙煤在隔絕空氣的條件下加熱時(shí)，煤中的有機(jī)質(zhì)大分子受熱分解，形成氣、液、固三相共存的混合物，稱(chēng)為膠質(zhì)體。膠質(zhì)體粘結(jié)其本身或外來(lái)惰性物質(zhì)的能力，稱(chēng)之為煤的粘結(jié)性。對(duì)于粘結(jié)性強(qiáng)的煤，膠質(zhì)體中液態(tài)產(chǎn)物多且流動(dòng)性適宜，既能較好地充入固體顆粒間隙又有一定粘度，此時(shí)，膠質(zhì)體透氣性差，膠質(zhì)體中的氣態(tài)產(chǎn)物不能自由析出，因此出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象。隨著溫度升高，膠質(zhì)體中的液態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)生進(jìn)一步分解，一部分熱解產(chǎn)物呈氣態(tài)繼續(xù)析出；另一部分則與固態(tài)顆粒融為一體，熱縮聚而固化，生成高強(qiáng)度的半焦。對(duì)于無(wú)粘結(jié)性或者弱粘結(jié)性煤，膠質(zhì)體中的液態(tài)產(chǎn)物很少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能充滿(mǎn)固態(tài)顆粒間隙，甚至不能浸潤(rùn)固態(tài)顆粒表面，則氣態(tài)產(chǎn)物自由析出，固體顆粒各自分散，生成的半焦強(qiáng)度很差。

目前，對(duì)于毫無(wú)粘結(jié)性的長(zhǎng)焰煤而言，其與生石灰的成型球團(tuán)經(jīng)過(guò)熱解以后，球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度很差。由于生石灰遇水以后會(huì)發(fā)生激烈的反應(yīng)，生成氫氧化鈣，因此需要加水的粘結(jié)劑均不適用于長(zhǎng)焰煤與生石灰的成型，而對(duì)于無(wú)需加水的有機(jī)粘結(jié)劑而言，其所耐的溫度太低，無(wú)法達(dá)到700℃～900℃的高溫，并且粘結(jié)劑的成本太高。因此，亟待開(kāi)發(fā)一種新型的高溫粘結(jié)劑，以有效提高長(zhǎng)焰煤與生石灰球團(tuán)熱解后的強(qiáng)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種高溫粘結(jié)劑的制備方法。

本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種利用所述高溫粘結(jié)劑提高長(zhǎng)焰煤與生石灰混合球團(tuán)熱解后強(qiáng)度的方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明首先公開(kāi)了一種高溫粘結(jié)劑的制備方法，包括以下步驟：(1)將粘結(jié)性煤粉碎，得到粘結(jié)性煤粉；(2)向粘結(jié)性煤粉中加入CS₂/NMP混合溶劑進(jìn)行萃取，然后離心分離，得到萃取液；(3)向萃取液中加入瀝青粉和交聯(lián)劑，混合均勻得到混合物；(4)將混合物進(jìn)行反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)完成后的混合物進(jìn)行蒸餾，蒸發(fā)出CS₂/NMP混合溶劑，得到殘留物；(5)對(duì)殘留物進(jìn)行洗滌、烘干，得到高溫粘結(jié)劑。

其中，步驟(1)所述粘結(jié)性煤為粘結(jié)指數(shù)大于50或膠質(zhì)層厚度Y大于10的煤。

所述粘結(jié)性煤粉的粒度≤75μm。

步驟(2)所述CS₂/NMP混合溶劑中，CS₂與NMP的體積比為1：0.5-1；所述粘結(jié)性煤與CS₂/NMP混合溶劑的重量比為1：10-20。步驟(2)可以分批次向粘結(jié)性煤粉中加入CS₂/NMP混合溶劑進(jìn)行反復(fù)萃取，萃取液中的萃取物主要為含有脂肪族結(jié)構(gòu)和含有2～3個(gè)芳環(huán)的酚、醇、醚類(lèi)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。本發(fā)明所述CS₂(二硫化碳)和NMP(N-甲基吡咯烷酮)均為市售。

步驟(3)所述瀝青粉與交聯(lián)劑的加入量為：按照質(zhì)量比計(jì)，粘結(jié)性煤：瀝青粉：交聯(lián)劑＝1：0.2-0.5：0.005-0.01。

所述交聯(lián)劑為有機(jī)過(guò)氧化物。優(yōu)選為過(guò)氧化苯甲?；蜻^(guò)氧化二異丙苯。

所述瀝青粉的粒度≤75μm。優(yōu)選的，所述瀝青為低溫瀝青，其軟化點(diǎn)＜70℃。

步驟(4)所述反應(yīng)的條件包括：溫度為100-200℃，壓力為0.1-0.3MPa下，反應(yīng)3-5小時(shí)。

步驟(5)所述洗滌為用水進(jìn)行洗滌；所述烘干為烘干至水分含量≤5％(質(zhì)量百分比)。

瀝青是由不同分子量的碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成的黑褐色復(fù)雜混合物，是高黏度有機(jī)流體的一種，可溶于二硫化碳，可將瀝青分為飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)四個(gè)組分。膠質(zhì)中含有極性芳烴，化學(xué)穩(wěn)定性較差。通過(guò)加入交聯(lián)劑，使萃取物中的含有2～3個(gè)芳環(huán)的酚、醇、醚類(lèi)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與瀝青中的芳香分及膠質(zhì)中的極性芳烴等發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成一種分子量適中的高溫粘結(jié)劑。該粘結(jié)劑在加熱過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生膠質(zhì)體，從而能夠有效提高長(zhǎng)焰煤與生石灰混合球團(tuán)熱解后的強(qiáng)度，使其滿(mǎn)足入電石爐冶煉的要求。

本發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)了利用所述制備方法制備得到的高溫粘結(jié)劑提高長(zhǎng)焰煤與生石灰混合球團(tuán)熱解后強(qiáng)度的方法，包括以下步驟：(1)將長(zhǎng)焰煤、生石灰和高溫粘結(jié)劑分別粉碎，然后混合均勻，得到混合物料；(2)將混合物料進(jìn)行成型，得到球團(tuán)；(3)將球團(tuán)進(jìn)行熱解，得到熱解后球團(tuán)，即得。

其中，步驟(1)按照質(zhì)量比計(jì)，長(zhǎng)焰煤：生石灰：高溫粘結(jié)劑＝1：0.9-1.2：0.05-0.15；所述粉碎為粉碎至粒度≤150微米。本發(fā)明所述長(zhǎng)焰煤的粘結(jié)指數(shù)為0。

步驟(2)所述球團(tuán)為直徑≤5cm的橢圓形球團(tuán)。

步驟(3)所述熱解的溫度為700-900℃，熱解的時(shí)間為1-2小時(shí)。

本發(fā)明可以采用本領(lǐng)域各類(lèi)混料設(shè)備，如混料機(jī)，用于將長(zhǎng)焰煤、生石灰和高溫粘結(jié)劑混合均勻。所述的成型可以采用高壓對(duì)輥成型機(jī)進(jìn)行成型，所述熱解在熱解爐內(nèi)進(jìn)行。

本發(fā)明將長(zhǎng)焰煤、生石灰并添加所述高溫粘結(jié)劑制備的球團(tuán)進(jìn)行熱解，得到高強(qiáng)度的熱解后球團(tuán)，熱解后球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度不低于700-900N/個(gè)，熱穩(wěn)定性不低于90％。該熱解后的球團(tuán)可以直接送入電石爐內(nèi)進(jìn)行冶煉，從而得到發(fā)氣量不低于290L/kg的優(yōu)質(zhì)電石。然而，不添加本發(fā)明所述高溫粘結(jié)劑，僅將長(zhǎng)焰煤與生石灰混合制備的球團(tuán)進(jìn)行熱解，熱解后球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度低于200N/個(gè)，熱穩(wěn)定性低于40％，其強(qiáng)度無(wú)法滿(mǎn)足進(jìn)電石爐的要求。

本發(fā)明技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

本發(fā)明以粘結(jié)性煤為原料，通過(guò)加入CS₂/NMP有機(jī)溶劑將粘結(jié)性煤中含有2～3個(gè)芳環(huán)的酚、醇、醚類(lèi)結(jié)構(gòu)的中小分子提取出來(lái)，將其與低溫瀝青粉中的芳香分及極性芳烴進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，形成分子量適中的高溫粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑在熱解過(guò)程中主要生成膠質(zhì)體液相，能夠填充在固態(tài)顆粒之間，并且隨著熱解溫度的提高，發(fā)生熱縮聚反應(yīng)，從而能夠大幅提高長(zhǎng)焰煤與生石灰球團(tuán)的熱解后強(qiáng)度。本發(fā)明粘結(jié)性煤和低溫瀝青的來(lái)源廣泛，成本低廉。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將會(huì)隨著描述而更為清楚。但是應(yīng)理解所述實(shí)施例僅是范例性的，不對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的細(xì)節(jié)和形式進(jìn)行修改或替換，但這些修改或替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

向粘結(jié)性煤粉(粒度≤75μm)中加入CS₂/NMP混合溶劑(混合溶劑中CS₂與NMP的體積比為1：0.5)進(jìn)行萃取，其中粘結(jié)性煤粉與CS₂/NMP混合溶劑的重量比為1：10，離心分離后得到萃取液，然后向萃取液中加入瀝青粉(其中瀝青為低溫瀝青，其軟化點(diǎn)低于70℃，瀝青粉的粒度≤75μm)和交聯(lián)劑(過(guò)氧化苯甲酰)，瀝青粉的加入量為粘結(jié)性煤重量份的0.2倍，交聯(lián)劑的加入量為粘結(jié)性煤重量份的0.005倍，充分混合均勻，然后在溫度100℃，壓力0.1MPa下反應(yīng)3小時(shí)，通過(guò)蒸餾(蒸發(fā)出CS₂/NMP混合溶劑)得到殘留物，對(duì)殘留物進(jìn)行洗滌(用水對(duì)殘留物進(jìn)行反復(fù)洗滌)、烘干處理(將水分控制在5％以下)，得到高溫粘結(jié)劑。

將長(zhǎng)焰煤(粘結(jié)指數(shù)為0)、生石灰與該高溫粘結(jié)劑(分別粉碎至粒度≤150微米)按照1:0.9:0.05的比例(質(zhì)量比)進(jìn)行混合處理，得到混合物料，將混合物料用高壓壓球機(jī)進(jìn)行成型處理，得到直徑不大于5cm的橢圓形球團(tuán)，球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度不低于500N/個(gè)，將該球團(tuán)放入700℃的熱解爐內(nèi)進(jìn)行熱解處理，停留時(shí)間2小時(shí)，得到熱解后的球團(tuán)，熱解后球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度不低于700N/個(gè)，熱穩(wěn)定性不低于90％，將該球團(tuán)裝入電石爐內(nèi)進(jìn)行冶煉得到發(fā)氣量不低于290L/kg的電石。

實(shí)施例2

向粘結(jié)性煤粉(粒度≤75μm)中加入CS₂/NMP混合溶劑(混合溶劑中CS₂與NMP的體積比為1：1)進(jìn)行萃取，其中粘結(jié)性煤粉與CS₂/NMP混合溶劑的重量比為1：20，離心分離后得到萃取液，然后向萃取液中加入瀝青粉(其中瀝青為低溫瀝青，其軟化點(diǎn)低于70℃，瀝青粉的粒度≤75μm)和交聯(lián)劑(過(guò)氧化二異丙苯)，瀝青粉的加入量為粘結(jié)性煤重量份的0.3倍，交聯(lián)劑的加入量為粘結(jié)性煤重量份的0.007倍，充分混合均勻，然后在溫度150℃，壓力0.2MPa下反應(yīng)4小時(shí)，通過(guò)蒸餾(蒸發(fā)出CS₂/NMP混合溶劑)得到殘留物，對(duì)殘留物進(jìn)行洗滌(用水對(duì)殘留物進(jìn)行反復(fù)洗滌)、烘干處理(將水分控制在5％以下)，得到高溫粘結(jié)劑。

將長(zhǎng)焰煤(粘結(jié)指數(shù)為0)、生石灰與該高溫粘結(jié)劑(分別粉碎至粒度≤150微米)按照1:1.1:0.1的比例(質(zhì)量比)進(jìn)行混合處理，得到混合物料，將混合物料用高壓壓球機(jī)進(jìn)行成型處理，得到直徑不大于5cm的橢圓形球團(tuán)，球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度不低于500N/個(gè)，將該球團(tuán)放入800℃的熱解爐內(nèi)進(jìn)行熱解處理，停留時(shí)間1.5小時(shí)，得到熱解后的球團(tuán)，熱解后球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度不低于800N/個(gè)，熱穩(wěn)定性不低于90％，將該球團(tuán)裝入電石爐內(nèi)進(jìn)行冶煉得到發(fā)氣量不低于290L/kg的電石。

實(shí)施例3

向粘結(jié)性煤粉(粒度≤75μm)中加入CS₂/NMP混合溶劑(混合溶劑中CS₂與NMP的體積比為1：0.8)進(jìn)行萃取，其中粘結(jié)性煤粉與CS₂/NMP混合溶劑的重量比為1：15，離心分離后得到萃取液，然后向萃取液中加入瀝青粉(其中瀝青為低溫瀝青，其軟化點(diǎn)低于70℃，瀝青粉的粒度≤75μm)和交聯(lián)劑(過(guò)氧化苯甲酰)，瀝青粉的加入量為粘結(jié)性煤重量份的0.5倍，交聯(lián)劑的加入量為粘結(jié)性煤重量份的0.01倍，充分混合均勻，然后在溫度200℃，壓力0.3MPa下反應(yīng)5小時(shí)，通過(guò)蒸餾(蒸發(fā)出CS₂/NMP混合溶劑)得到殘留物，對(duì)殘留物進(jìn)行洗滌(用水對(duì)殘留物進(jìn)行反復(fù)洗滌)、烘干處理(將水分控制在5％以下)，得到高溫粘結(jié)劑。

將長(zhǎng)焰煤、生石灰與該高溫粘結(jié)劑(分別粉碎至粒度≤150微米)按照1:1.2:0.15的比例(質(zhì)量比)進(jìn)行混合處理，得到混合物料，將混合物料用高壓壓球機(jī)進(jìn)行成型處理，得到直徑不大于5cm的橢圓形球團(tuán)，球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度不低于500N/個(gè)，將該球團(tuán)放入900℃的熱解爐內(nèi)進(jìn)行熱解處理，停留時(shí)間1小時(shí)，得到熱解后的球團(tuán)，熱解后球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度不低于900N/個(gè)，熱穩(wěn)定性不低于90％，將該球團(tuán)裝入電石爐內(nèi)進(jìn)行冶煉得到發(fā)氣量不低于290L/kg的電石。

對(duì)比例1

將處理好的長(zhǎng)焰煤、生石灰(分別粉碎至粒度≤150微米)按照1:1的比例(質(zhì)量比)進(jìn)行混合，待混合均勻后，通過(guò)高壓壓球機(jī)進(jìn)行壓球試驗(yàn)，球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度不低于500N/個(gè)，然后將球團(tuán)放入熱解爐內(nèi)，設(shè)定熱解終溫為900℃，停留時(shí)間為1小時(shí)，熱解后球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度低于200N/個(gè)，熱穩(wěn)定性低于40％，其強(qiáng)度無(wú)法滿(mǎn)足進(jìn)電石爐的要求。

對(duì)比例2

將處理好的長(zhǎng)焰煤、生石灰、過(guò)氧化苯甲酰(分別粉碎至粒度≤150微米)按照1:1:0.01的比例(質(zhì)量比)進(jìn)行混合，待混合均勻后，通過(guò)高壓壓球機(jī)進(jìn)行壓球試驗(yàn)，球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度不低于500N/個(gè)，然后將球團(tuán)放入熱解爐內(nèi)，設(shè)定熱解終溫為900℃，停留時(shí)間為1小時(shí)，熱解后球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度低于200N/個(gè)，熱穩(wěn)定性低于40％，其強(qiáng)度無(wú)法滿(mǎn)足進(jìn)電石爐的要求。