粉煤無粘結(jié)劑成型機(jī)理

 21世紀(jì)是能源結(jié)構(gòu)多元化時代，煤炭在能源消費結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)地位不會改變．專家估計未來二三十年煤炭需求量將會增加．伴隨機(jī)械化采煤產(chǎn)生的大量粉煤需要處理，發(fā)展型煤技術(shù)勢在必行．中國從20世紀(jì)50年代開始研究民用型煤，其技術(shù)已達(dá)到國際水平；60年代開始研究工業(yè)型煤，取得了一定成果，建起了一批型煤廠．據(jù)1996年煤炭部型煤技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)查報道，所考察的近四十家工業(yè)造氣煤廠中，沒有一個能正常生產(chǎn)；近十幾年來，型煤廠仍在低水平重復(fù)建設(shè)；型煤生產(chǎn)過程中諸多問題不能突破，嚴(yán)重制約了型煤產(chǎn)業(yè)化．其主要原因是成型基礎(chǔ)研究薄弱，正如Druhl所言，實踐一直超越理論的發(fā)展．因此，加強(qiáng)粉煤成型性能及成型機(jī)理等基礎(chǔ)研究迫在眉睫．
    粉煤成型工藝分冷壓成型和熱壓成型，以冷壓成型為主；冷壓成型又分為粘結(jié)劑成型和無粘結(jié)劑成型，以有粘結(jié)劑成型為主．根據(jù)我國國情，粉煤成型多采用添加粘結(jié)劑、中低壓、免烘干、冷壓成型工藝．
1 粉煤無粘結(jié)劑成型機(jī)理
    粉煤無粘結(jié)劑成型是指不外加粘結(jié)劑，而是依靠煤炭自身的性質(zhì)和粘結(jié)性組分，在外力作用下壓制成型煤的過程．適于無粘結(jié)劑成型的煤種為年輕褐煤．
1．1 褐煤無粘結(jié)劑成型機(jī)理
    關(guān)于褐煤無粘結(jié)劑成型機(jī)理眾說不一，有各種假說，如瀝青、腐植酸、毛細(xì)孔、膠體、分子粘合等假說但都認(rèn)為“自身粘結(jié)劑”的存在，是褐煤無粘結(jié)劑成型的重要基礎(chǔ)．
    (1)瀝青假說．瀝青假說是早期的假說．瀝青假說認(rèn)為，煤中瀝青質(zhì)是煤粒間粘結(jié)成型的主要物質(zhì)．瀝青的軟化點為70℃～80℃．在加壓成型過程中，由于煤粒間相對位移，彼此相互推擠、摩擦產(chǎn)生的熱 量，使瀝青質(zhì)軟化成為具有粘結(jié)性的塑性物質(zhì)，將煤粒粘結(jié)在一起成為型煤．
    (2)腐植酸假說．褐煤中含有游離腐植酸，游離腐植酸是一種膠體，具有強(qiáng)極性．在成型過程中，外力作用使煤粒間緊密接觸．具有強(qiáng)極性的腐植酸分子，使煤粒間相結(jié)合的分子間力得以加強(qiáng)而成型．
    (3)毛細(xì)孔假說．毛細(xì)孔假說認(rèn)為，褐煤中有大量含水的毛細(xì)孔．成型時毛細(xì)孔被壓潰，其中的水被擠出，覆蓋于煤粒表面形成水膜，進(jìn)而充填煤粒間的空隙，呈現(xiàn)出相互作用的分子間力，加強(qiáng)了煤粒的接觸而成型．
    (4)膠體假說．膠體假說認(rèn)為，褐煤由固相和液相兩部分物質(zhì)組成，固相物質(zhì)是由許多極小的膠質(zhì)腐植酸顆粒構(gòu)成，其粒度為1μm一10nm．在成型過程中使膠粒密集而產(chǎn)生聚集力，形成具有一定強(qiáng)度的型煤．
    (5)分子粘合假說．分子粘合假說由那烏莫維奇提出．認(rèn)為粒子間的結(jié)合是在壓力作用下，由于粒子間接觸緊密而出現(xiàn)分子粘合的結(jié)果．
    上述假說都只從某一個方面解釋了成型過程中的一些現(xiàn)象，還有待進(jìn)一步探討．
1．2 其他煤種無粘結(jié)劑成型機(jī)理
    文獻(xiàn)[3]著重介紹了無煙煤成型試驗研究結(jié)果，分析了工業(yè)型煤無粘結(jié)劑成型的濕態(tài)粘結(jié)機(jī)理與干態(tài)粘結(jié)機(jī)理．
    (1)型煤的濕態(tài)粘結(jié)機(jī)理．碎散性煤料在濕態(tài)下被壓制成型的主要原因，是煤粒間存在著一定的粘結(jié)性．煤在破碎加工過程中，其中一些橋鍵或晶格斷裂，形成一些不飽和鍵，使煤粒表面產(chǎn)生微弱的負(fù)電荷，極性的水分子被煤粒吸附形成水化膜，煤粒通過粘結(jié)性的水化膜連接而成型．
    (2)型煤的干態(tài)粘結(jié)機(jī)理．在型煤干燥過程中，隨著型煤的水化膜逐漸變薄，液膜水的表面張力增大，煤粒受力彼此靠的更近，煤分子間的范德華力增大．直至液膜的水蒸干，煤分子間的范德華力達(dá)到最大．此外，干煤粒間摩擦阻力大，煤粒彼此鑲嵌產(chǎn)生較大的機(jī)械嚙合力．因此，干態(tài)型煤主要靠煤分子間的范德華力和煤粒間的機(jī)械嚙合力使煤粒緊密粘結(jié)而成型，
    筆者研究了弱粘結(jié)煤、肥煤、焦煤、無煙煤等不同煤種的無粘結(jié)劑成型．發(fā)現(xiàn)焦煤成型性能最好，其型煤表面致密、光潔，抗壓強(qiáng)度高，防水性能好；而無煙煤成型性能最差，其型煤質(zhì)量低，抗壓強(qiáng)度小．這是由于焦煤的顯微硬度小，無煙煤顯微硬度大．軟質(zhì)煤在成型過程中易被壓碎，產(chǎn)生更細(xì)的煤粉填充到煤粒間隙中，達(dá)到最緊密堆積，使型煤致密光潔，抗壓強(qiáng)度高.