氧化铝工业用新型气化型煤复合粘结剂及工艺的研究

摘要

发展型煤技术不仅可以缓解粉煤过量块煤供不应求的局面，同样也可减少粉煤和块煤直接利用时对环境造成的危害，这对我国建设资源节约型和环境友好型社会具有重要意义。而氧化铝工业用气化型煤复合粘结剂及工艺的研究，更是拓宽了型煤的应用范围，具有广阔的市场前景和显著的社会效益。
　　本文针对目前氧化铝企业用气化型煤存在的粘结剂性能较差和成本较高的问题，以开发新型粘结剂和工艺为目的，采用六西格玛管理理论的方法进行配方设计，首先从常用粘结剂原材料着手，研制出基础配方；然后从降低成本和提高性能两个方面展开深入的研究，得到了一种高性价比并且环境友好的复合粘结剂配方；最后又研究了型煤的成型工艺和烘干工艺对型煤强度的影响，并且进行了理论分析。
　　本文主要内容如下：
　　1）本文以高岭土、膨润土和腐植酸钠为三因子安排正交试验，由分析可知，膨润土和高岭土对型煤高温性能有显著影响，而腐植酸钠对常温性能有显著影响，当粘结剂用量为高岭土1％、膨润土4％、腐植酸钠3％时，型煤性能最佳，称为基础配方。
　　2）本文采用酸活化-混合碱提取的腐植酸提取工艺，以盐酸作为活化酸，用量为8％，活化后常温强度提高明显；然后用泥炭以1：6的质量比与褐煤复配作为腐植酸提取原料，并且氢氧化钠添加量为15％时，常温强度最佳；最后以Na2CO3、Na3PO4和NaOH为三因子做混料试验，从响应优化器分析可知，当Na2CO3、Na3PO4和NaOH用量比例约为0.37、0和0.63时，型煤常温强度达到0.91MPa。
　　3）本文选用氯化钠作为型煤常温强度增强材料，当氯化钠添加量增加到50％时，型煤的常温强度增加到1.23MPa，增强效果显著；高温性能增强是通过对膨润土的改性来实现的，改性后膨润土用量为2％时，高温强度为0.76MPa，热稳定性达80％，改性时采用半干工艺，以碳酸钠溶液为钠化剂，添加量为5％、钠化含水量为30％、存放时间为3天、挤压次数为3次。
　　4）本文用响应曲面方法安排实验，用全概率公式评分法处理多指标，通过回归分析和建立模型的方法研制了一种新型粘结剂，研究表明，当改性褐煤、钠化膨润土、高岭土和氯化钠的添加量分别为4.5％、2％、1％和20％时，型煤综合性能最佳，可以满足生产中煤气发生炉气化的要求，并且对环境有利。
　　5）本文研究了成型压力、原煤粒度、成型温度、搅拌时间、成型水分、烘干时间和烘干温度等对型煤强度的影响，研究表明，加压次数为4次，原煤粒度为0~0.85mm的煤粒占60％、0.85~3mm占40％，搅拌时间为2min，成型水分为18％，烘干时间为2.5h，烘干温度为150℃时，型煤的常温强度最佳；接着从型煤孔隙率和烘干度方面研究了工艺参数影响的本质，测得新型型煤的最佳烘干度为12.3％，并且在本文研究的有粘结剂冷压型煤成型工艺下，型煤的孔隙率增大时，型煤的最佳烘干度也增大。

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1 绪论

1.1煤资源概况

1.2型煤技术及其发展

1.3氧化铝工业用气化型煤技术

1.4型煤粘结剂研究现状

1.5本课题研究的目的、意义及内容

2实验研究方法

2.1 实验原材料

2.2 实验仪器及设备

2.3 型煤试样成型方法

2.4 型煤性能指标及检测方法

2.5 本课题研究方法

3腐植酸钠-粘土系粘结剂配方的研究

3.1 引言

3.2 单因子试验

3.3 正交试验设计

3.4 本章小结

4 改性褐煤-粘土系粘结剂配方的研究

4.1 引言

4.2 腐植酸粘结剂的提取

4.3实验结果及分析

4.4 本章小结

5 改性褐煤-钠化粘土-无机盐系粘结剂配方的研究

5.1 引言

5.2 型煤常温性能的增强研究

5.3 型煤高温性能的增强研究

5.4 气化型煤复合粘结剂的响应曲面优化

5.5 本章小结

6 新型气化型煤工艺参数的研究

6.1 引言

6.2 成型工艺参数的研究

6.3 烘干工艺参数的研究

6.4 本章小结

7 主要结论及展望

7.1 主要结论

7.2 主要创新点

7.3 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读博士学位期间发表的论文