膨润土等矿物材料在型煤黏结剂中的应用

型煤生产技术是研究人员重点关注的洁净煤制备技术。型煤燃烧效率高，污染范围小，非常适合我国资源环境的发展趋势，我国政府也出台了相关政策给予大力支持。

目前的型煤存在黏结性低、强度差、成本高等问题。型煤黏结剂可以提高型煤的机械强度等，目前使用最广泛的三大类型煤黏结剂为无机、有机和复合黏结剂。无机型煤黏结剂具有较好的稳定性和冷热强度，有机型煤黏结剂黏结性能优良，复合黏结剂是将有机黏结剂和无机黏结剂按特定比例复配而得的一种新型黏结剂，其同时具有无机型煤黏结剂和有机型煤黏结剂的优点。

膨润土具有良好的吸附性､离子交换性和黏结性等，主要成分是蒙脱石，是型煤黏结剂的重要潜在原料。我国膨润土储量丰富，价格低廉，但是单独用其作型煤的黏结剂效果不理想，目前大多将其与有机型煤黏结剂结合使用，得到的型煤成本低，且拥有良好的冷热强度和发热量。因此膨润土未来对型煤的发展具有重要影响，国内外对其作为型煤黏结剂的研究颇多。

1. 钠基膨润土用作型煤黏结剂

钠基膨润土的层间阳离子为Na+，当与水混合时会呈现出胶凝和悬浮的现象，表现出良好的黏滞性和润滑性。现用煤粉塑性差，煤粒间摩擦力较大，导致型煤强度低。目前绝大多数型煤采用冷压成型的制备工艺，在型煤压制过程中，成型压力卸除后型煤结构会松散而强度降低，这是因为煤粉会出现一定程度的膨胀。

当将钠基膨润土作为型煤黏结剂加入煤粉中后，其良好的黏滞性和润滑性将起到如同“胶水”的支撑黏结作用，将煤粒黏结成型，有效减少煤粒间的摩擦，从而提高型煤的强度。钠基膨润土因其本身具有高温稳定性，一定程度上能提高型煤的热强度和高温稳定性;但是钠基膨润土自身不燃烧，作为型煤黏结剂会降低型煤燃烧的发热量并增加灰分，因此在使用钠基膨润土作为型煤黏结剂时必须控制好用量来调节型煤的综合性能。

2. 钙基膨润土用作型煤黏结剂

钙基膨润土与钠基膨润土相似，不同的是其层间阳离子为Ca2+。李健等的研究表明，当燃烧温度为1 000､1 100､1 200℃时，钙基膨润土的热强度高于钠基膨润土;然而在800､900℃下，钙基膨润土相比钠基膨润土的热强度要低。在900℃下燃烧，加入相同质量膨润土的情况下，钠基膨润土的热强度高于钙基膨润土的热强度。

当燃烧温度高于1 000℃时，型煤灰渣熔融现象严重，膨润土中蒙脱石结构受到破坏，且会生成低温共熔物，降低型煤的强度。由于钠基膨润土具有在水中分散性好､黏度高､热稳定性好的特点，因而目前通常将钙基膨润土通过钠化改性制成钠基膨润土用于型煤黏结剂中。

3. 含膨润土的复合型煤黏结剂

有机和无机复合型煤黏结剂综合了无机黏结剂和有机黏结剂的优点，用于型煤可得到综合性能良好的型煤。有机黏结剂具有较强的黏结能力，但是成本高，尤其是燃烧性会让黏结剂在高温下分解失去黏结性;无机黏结剂资源丰富，可以在高温下保持黏结性，但其不参与燃烧，会增加型煤燃烧后的灰分，降低型煤发热量;

所以二者的复合使用，可综合提高型煤的强度。谢竹路等探究了复合型煤黏结剂的组分，研究表明，膨润土-糊化木薯淀粉复合制备的型煤的跌落强度先增强后减弱，当糊化木薯淀粉的掺量在0.9%~1.3%且与无机物的配比接近1∶1时，效果最佳。

4. 其他矿物材料在型煤黏结剂中的应用

与膨润土相似，高岭土､海泡石､凹凸棒石､累托石等矿物材料同为铝硅酸盐或镁硅酸盐，在水中易分散成胶粒，具有一定黏结性。在将这些矿物材料作为型煤黏结剂时，虽然制成的型煤也具有一定的机械性能，但与膨润土制备的型煤相比，其综合性能较差，难以达到型煤的使用标准。

高岭土是一种易分散悬浮于水中具有良好的可塑性和黏结性的硅酸盐矿物，因其耐火性好可作为性能良好的耐火材料，但就其作为型煤黏结剂而言，耐火性好反而会增加型煤燃烧的灰分，降低煤的发热量。

采用高岭土､海泡石､凹凸棒石､累托石作为型煤黏结剂，压制出的型煤强度远低于型煤的应用标准，其抗压强度分别为6.0､31.4､40.8､35.6N/个，效果很不理想。高岭土在复合型煤黏结剂中虽有应用，但是目前研究较少。

将高岭土､蒙脱石等无机黏结剂分别与腐植酸钠复合，制备高性能型煤，制得的型煤均具有良好的冷强度､热强度和热稳定性;在经气化成型后，发现高岭土､蒙脱石均可以提高型煤气化反应的碳转化率;但就气化性能而言，腐植酸钠复配高岭土的型煤低于复配蒙脱

5. 结论

型煤是一种重要的清洁能源，如何制备高性能的清洁型煤已成为当今备受关注的技术。目前，单一型煤黏结剂在使用中存在较多问题，复合型煤黏结剂的使用成为型煤技术研究的热点;因其兼有无机和有机型煤黏结剂的优点，且同时克服了无机黏结剂降低型煤发热量和有机黏结剂高温易分解的缺点，因此由二者组成的复合型煤黏结剂的黏结效果比较理想。大量研究表明，膨润土因其蒙脱石特有的晶体结构特征，在型煤黏结剂制备中具有较好的应用前景。掺入复合型煤黏结剂制得的型煤发热量高､机械强度高，且防水防潮，将会成为未来型煤制备工艺的重点研发方向。目前亟待加强的是对以膨润土为主的复合型煤黏结剂黏结机理的系统深入研究，促进该类环保型型煤黏结剂的开发利用。

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