一种冶金生产用工业型煤及其制备方法与流程

本发明涉及型煤生产，具体地说，涉及一种冶金生产用工业型煤及其制备方法。

背景技术：

1、工业型煤是一种经过特殊工艺处理的煤炭产品，它是将粉煤、褐煤等原料通过添加特定粘结剂和其他添加剂，经混合、搅拌和高压成型机压制后形成的具有一定强度、形状和大小的燃料块。

2、现有工业型煤的制备方法可能仅依赖单一或简单类型的粘合剂，导致煤粉亲水性和塑性不佳，煤颗粒间粘结力不足，从而影响型煤的抗压强度和整体结构稳定性，目前固硫技术对硫化合物的吸附和转化效率不高，导致二氧化硫等有害气体排放较高，鉴于此，我们提出一种冶金生产用工业型煤及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种冶金生产用工业型煤及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的现有工业型煤的制备方法可能仅依赖单一或简单类型的粘合剂，导致煤粉亲水性和塑性不佳，煤颗粒间粘结力不足，从而影响型煤的抗压强度和整体结构稳定性，目前固硫技术对硫化合物的吸附和转化效率不高，导致二氧化硫等有害气体排放较高的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种冶金生产用工业型煤，包括以下组分：煤粉75－90重量份、复合粘合剂5－15重量份、γ－巯丙基三甲氧基硅烷改性剂0.5－2.5重量份、固硫剂2－6重量份、助燃剂0.2－1.8重量份和造孔剂2－5重量份；

3、其中，所述复合粘合剂由腐植酸钠与热固性酚醛树脂混合得到，且腐植酸钠与热固性酚醛树脂的共混比例为1：1～3。

4、腐植酸钠具有良好的吸附性能、分散性和离子交换能力，可以改善煤粉的亲水性和塑性，并通过分子间的交联作用促进煤粉与热固性酚醛树脂的紧密结合，增强煤颗粒间的粘结力，有助于提高型煤在冷压成型过程中的强度和稳定性。同时，其含有的活性官能团可与煤粒表面发生化学作用，进一步增强煤球内部结构的一致性和抗压强度。

5、热固性酚醛树脂作为一种高性能的热固性树脂，它在受热条件下能够固化并形成稳定的交联网络结构，赋予型煤极高的热稳定性和机械强度，尤其在高温冶炼过程中能够保持较好的形状和强度，减少灰分损失，并有助于提高煤气化效率和焦炭质量。

6、既能满足冷态下成型的要求，又能确保型煤在热态环境下具备优良的耐高温性能和抗碎裂性，从而实现资源的有效利用和环保要求。

7、γ－巯丙基三甲氧基硅烷作为改性剂：

8、由于γ－巯丙基三甲氧基硅烷一端带有可水解的甲氧基，可以在一定条件下水解生成硅醇，并进一步缩合形成稳定的硅氧烷键，从而能够与煤粉表面的羟基或其它无机成分(如二氧化硅、氧化铝)发生化学结合，提高无机填料与聚合物基体间的粘接强度；

9、具体的，γ－巯丙基三甲氧基硅烷中的甲氧基(-och3)与水反应，释放出甲醇并留下活性的硅羟基(－si－oh)，硅羟基非常活泼，能够进一步与煤粉表面的羟基或其他含氧官能团发生脱水缩合反应，生成稳定的硅氧烷键，形成一层有机－无机杂化膜，即硅烷层，可以降低煤燃烧过程中某些有害物质的排放，例如硫氧化物和氮氧化物，从而有助于环保；通过硅烷改性后的煤粉，其燃烧效率和热稳定性可能会得到改善，因为疏水性的硅烷层可减轻磨蚀和破碎，，有助于防止煤粒过早破裂和氧化，硅烷层可以显著改变煤粉表面性质，从亲水转变为疏水，减少煤粉在潮湿环境下的吸湿性和结块现象。

10、再进一步的，γ－巯丙基三甲氧基硅烷另一端的巯基(－sh)官能团具有高度的反应活性，可以与含有活泼氢的热固性酚醛树脂进行交联反应，或者通过物理缠绕作用增强树脂对无机填料的包覆效果，提高复合材料的整体性能；

11、由于巯基对于金属硫化物的亲和性强，在某些情况下，γ－巯丙基三甲氧基硅烷通过其巯基与mgco3固硫剂中的镁基固硫剂体系发生反应，镁基固硫剂体系中的硫元素发生化学反应，促进固硫反应过程。

12、作为优选，所述γ－巯丙基三甲氧基硅烷改性剂由γ－氯丙基三氯硅烷与硫氢化钠发生置换反应得到，其制备方法具体为：

13、s1.1、将烯丙基氯与三氯硅烷在路易斯酸催化剂下进行加成反应，生成中间体γ－氯丙基三氯硅烷；

14、s1.2、将γ－氯丙基三氯硅烷转移至二甲基甲酰胺溶剂中，加入碱性物质吡啶作为缚酸剂，在50－100℃的反应温度下，持续反应2－3h，通过水解氯原子并用甲醇基团取代，形成γ－氯丙基三甲氧基硅烷；

15、s1.3、将γ－氯丙基三甲氧基硅烷溶解至装有甲醇溶剂的搅拌器中，搅拌至完全溶解后，加入硫氢化钠溶液，γ－氯丙基三甲氧基硅烷与硫氢化钠进行置换反应，得到γ－巯丙基三甲氧基硅烷。

16、作为优选，所述烯丙基氯与三氯硅烷按照1：1的摩尔比例进行加成反应：

17、ch2＝chch2cl+hsicl3→clch2ch2ch2sicl3；

18、其中γ－氯丙基三甲氧基硅烷的形成过程为：

19、clch2ch2ch2sicl3+3ch3oh→clch2ch2ch2si(och3)3+3hcl；

20、对于γ－氯丙基三甲氧基硅烷与硫氢化钠的置换反应，使用过量的硫氢化钠以确保氯原子完全被巯基取代：

21、clch2ch2ch2si(och3)3+nash→hsch2ch2ch2si(och3)3+nacl；

22、其中，氯原子作为离去基团，被硫氢根离子取代，生成了γ－巯丙基三甲氧基硅烷。

23、作为优选，所述s1.3中，搅拌器的搅拌速度为300－500rpm，搅拌时间为2－3h。

24、作为优选，所述固硫剂为mgco或mgo·cao中的任一种；镁化合物在高温下与硫反应生成稳定的硫酸盐。

25、作为优选，所述助燃剂为氧化铁、氧化铜或稀土元素氧化物中的任一种；

26、所述造孔剂为碳酸氢铵、碳酸铵、聚甲基丙烯酸甲酯微球或聚苯乙烯微球中的任一种。

27、另一方面，本发明提供了一种冶金生产用工业型煤的制备方法，用于上述中任意一项所述的一种冶金生产用工业型煤，包括如下步骤：

28、s2.1、取煤粉75－90重量份、复合粘合剂5－15重量份、改性剂0.5－2.5重量份、固硫剂2－6重量份、助燃剂0.2－1.8重量份和造孔剂2－5重量份；

29、其中，复合粘合剂中腐植酸钠与热固性酚醛树脂的共混比例为1：1～3；

30、s2.2、将煤粉粉碎至1.5－3mm后，加入改性剂，置入搅拌器中充分搅拌，使改性剂在煤粉中均匀分布，之后，依次将固硫剂、助燃剂和复合粘合剂加入搅拌器中搅拌，直至复合粘合剂均匀包裹在煤粉颗粒表面，得到混合物料；

31、s2.3、将混匀后的混合物料中加入粒径范围在180－200nm的造孔剂，再次搅拌，使造孔剂均匀分布于混合物料中；

32、造孔剂的粒径在180－200nm时，在型煤内部形成的孔隙相对较多且更细小，多孔结构有助于提高空气与煤粉之间的接触面积，使得氧气能够更有效地渗透至煤粉内部，从而加速燃烧反应，提高燃烧速度，既能保证一定孔隙率、增强气体扩散，又能维持型煤整体强度的粒径范围，以实现最佳的燃烧性能和燃尽率；

33、s2.4、将混合好的物料送入冷压机中，进行冷压成型，制成型煤；

34、s2.5、成型后的型煤进入烘房进行烘干，以去除水分并使粘合剂固化，增强型煤的强度和稳定性。

35、作为优选，所述s2.2中，搅拌器的搅拌速度为80－160rpm，搅拌时间为30－45min。

36、作为优选，所述s2.3中，搅拌器的搅拌速度为30－75rpm，搅拌时间为10－25min。

37、由于聚苯乙烯微球颗粒较小，为保证其均匀分散且不破坏微球结构，确保混合均匀的同时避免过度剪切导致微球破裂。

38、作为优选，所述冷压机压力为10－25mpa；烘房的烘干温度为60－180℃，烘干时间为10－15h，其中，为了防止型煤内部应力过大导致开裂，升温速率不宜过快，一般要保持平稳的升温过程，确保既能有效蒸发水分，又不会导致煤粉过热而影响其物理化学性质或造成粘合剂分解失效。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果：

40、1、该一种冶金生产用工业型煤及其制备方法中，复合粘合剂中的腐植酸钠在复合粘合剂中的存在显著改善了煤粉的亲水性和塑性，增强了煤颗粒间的粘结力，提高了型煤的抗压强度。同时，腐植酸钠的吸附和离子交换能力有助于优化型煤的整体结构；

41、而热固性酚醛树脂是提高型煤热稳定性和机械强度，在受热固化过程中形成的交联网络结构能够减少燃烧过程中的热损失，使得型煤在高温下释放热量更充分，保持良好的形状与强度，从而提升煤气化效率和焦炭质量。

42、2、该一种冶金生产用工业型煤及其制备方法中，γ－巯丙基三甲氧基硅烷改性剂能显著提升工业型煤的固硫效率，有效固定煤中硫元素并抑制其转化为二氧化硫排放，环保且降低脱硫成本；

43、γ－巯丙基三甲氧基硅烷改性剂不仅直接与镁基固硫剂体系发生化学反应，促进固硫过程，在固硫过程中，巯基可以与二氧化硫、硫化氢等含硫气体进行化学反应，形成稳定的硫化物，从而提高了固硫剂对硫化合物的吸附能力和硫化反应速率，有利于提高固硫效率和硫的固定量；

44、同时，γ－巯丙基三甲氧基硅烷改性剂自身官能团与煤粉表面、热固性酚醛树脂以及可能的无机填料形成稳定的化学键合和物理缠绕，进一步优化型煤的综合性能。