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成型假说

发稿时间:2016-05-29 15:21来源:压球机 【 字体:
二、成型假说
根据成型过程中发生的现象,以及褐煤本身的性质和结构,提出了各种学说来解释褐煤成型的原因。其中具有代表性的有沥青质学说、毛细管学说、腐植酸学说以及胶体学说等。
沥育假说是用煤中所含沥青的胶结作用解释型煤的形成。
褐煤沥青由碳氢化合物、醇类、脂肪酸、醚和蜡组成。年轻褐煤的沥青产率可达20%以上,老年褐煤降至3%。沥青产率超过6%的褐煤通常易于成型。
沥青在70〜9(TC温度时软化和熔化T变成可塑性物质.按照沥青假说,这时沥青将煤粒粘结到一起,起到粘结剂的作用根据这一假说,煤中所含水分将减轻煤粒之间的摩擦,使煤粒彼此容易靠近,同时还能防止沥青过热和分解。
在减小煤炭粒度、颗粒受热和沥青软化的情况下可使用制出来的型煤更为结实.
沥青假说是毕期的假说。它与实验结果不完全一致。
腐植酸假说认为,煤中的自由腐植酸是胶体,且具有强极性,在成型过程中可将煤炭颗粒粘结到一起。年轻褐煤的腐植酸产率较高,并随煤化度的增加而降低。煤炭的腐植酸产率越高,越容易成型。
按照这一假说,在压力作用使煤粒相互间紧密接触时,腐植酸的分子由于有很强的偶极性,而使颗粒间相结合的分子力得到加强。
抽出腐植酸之后的煤炭成咿试验证明,这时煤的可成型性可能变好,也可能变坏。由不含腐棺酸的物料,例如木质素(水解的废弃物也可压制出结实的型坱,这说明煤和泥炭成钯时腐植酸没有起粘结剂的作用。
毛细孔假说把褐煤看作是硬化的胶体物(胶冻),在其众多的毛细孔中充满水。煤粒内部的微孔是原生毛细孔,而在颗粒间接触点上形成的是次生毛细孔。原生毛细孔的数量和尺寸与煤化度有关。年轻褐煤与老年褐煤相比,毛细孔多得多,相应地含水分也就高。
二燥后的褐煤在压力作用下,一部分毛细孔被破坏,一部分被压缩。毛细孔压缩时,原生毛细孔中的一部分水被挤出,覆盖在煤粒表面上形成水膜,并充填在煤粒接触点的次生毛细孔中,由毛细孔挤出的水起润滑作用,促使颗粒间的接触更加紧密,并呈现出相互作用的分了力。
型煤的压力去掉后,由于弹性作用,被压缩的毛钿孔略有扩张,被挤出的水又有一部分吸入到毛细孔中,而另一部分仍留在煤粒接触点上的水,因表面张力的影响而形成弯月状。在毛细管力的作用下,使颗粒结合成结实的块状。
然而这个假说不能解释如下现象:为什么完全干燥的煤在高压下仍能制成型煤?将煤砖逐渐完全烘干后,为什么仍能保持很高的强度?
胶体假说认为型煤是在分子粘附力或范德华内聚力的作用下形成的。按照这种假说,可以把褐煤看作是由固液两相组成的物质。固相由胶态腐植质微粒组成。在压力作用下使这些粒靠紧时,产生分了内聚(粘附)力,于是形成腐植酸的亲极性基因。这种内聚力显有电性,使液体与晶体分子相联系,组成胶冻的胶体粒了。这种被称为次化合价力的力,纯化学结合的主化合价力不同之处是比较弱,且不饱和,因而胶体粒子的表而具杳物理化学作用的活性。各种煤炭次化合价力不同,褐煤的自然件质及煤化度有关。
在压力作用下胶体粒了相靠近的程度,决定着型煤的强度。粒度越小,比表面积越大,则表面粘合力也越大。
胶体假说在很大程度上将毛细孔与腐植睃假说统一起来,并给予补充,能够较好地解释成型的机理。按照胶体假说,煤粒得以粘合成型,决定了煤的胶体构造,然而有些非胶体物料(金属粉末、盐类晶体等)却也容品成型。
关于褐煤胶体结构的概念已过时。R前多数研究者认为,揭煤是不规则的、非晶形的高分子聚合物。
分子粘合假说认为,粒了间的结合是在压力作用下,粒子间由于接触紧密,而出现分子粘合现象的结果:分子粘合力与颗粒的自然性质以及接触面的尺寸存关。这种力的作用,对颗粒表面吸附的水分没有影响。当被压制的物料中没有毛细水分时,制成的塑煤中颗粒的结合牢。相反,在有毛细孔凝结水分时,颗粒间的聚合力减弱。
分子粘合假说的依据娃,粒度为0〜0.25mm的泥炭干燥到佳水分15%时,只含有吸附水分,至于褐煤的颗粒粒度,则比这大许多倍(达0〜6_>。由于粒度不同,界限粒级在干燥后的水分差达20%〜25%,
有关研究证明,粒度为0〜6mm、十燥至佳水分18%〜19%的褐煤用冲压机成型后,所看粒级颗粒的内部除了吸附水分外,还含有毛细孔水分。通过测定经过不问程度干燥后每种粒度颗粒内部毛细孔的尺寸,以及为了挤出毛细孔水分所需施加的外部压力。从而确定,所需的外伍力等于各种粒度颗粒在成型时为了获得大型煤强度的佳成型压力,这说明,褐煤成型既有分子力也有毛细孔力在起作用。
由原生毛细孔中挤来的水分充填到颗粒之间的空隙中形成次生毛细孔吸附力。由各种粒度颗粒压制成的型煤强度,与毛细孔水分含量有关。
这种新的分子一毛细理论,可以较好地解释褐煤成型的机理,己为实验研究和实践所证实。它能够解释型煤生产中的许多现象和规律,并使成型过程主要丄艺参数建立在科学基础之上。
简而言之,沥青质学说认为褐煤中的沥青质萣褐煤颗粒发生粘结的主要物质;毛细管学说强调褐煤中存在着大量的毛细管,在这些毛细管中有大国的毛细水,褐煤颗粒在外力作用下,或因毛细管破裂、或因受压挤出,将毛细水排出来,覆盖于煤粒表面,形成薄膜水,褐煤颗粒之所以发生粘结,就娃因为这些薄膜水在起怍用;腐棺酸学说认为褐煤中的腐植酸是粘结的主要物质;胶体学说的看让是褐煤本身就是胶体物质,胶体物质本身就具有粘结力,因此起粘结作用的是褐煤股体本兑。
总之f这些学说的共同点就是都认为在年靑褐煤中有大量的“自身粘结剂”物质存在,所不同的只是对这些“自身粘结剂”的说法不一致而已。
实际上,年青褐煤在成型过程中起作用的不仅仅是上述这些“自身粘结剂”,还包括褐煤本身的性质,即硬度、弹性、塑性以及表面的化学和物理性质等,在成型时都将起到很大作用。然而,上述各种学说并未把这些因素考虑进去。
因此,全面地说,粉煤无粘结剂成型与煤粒的成分、硬度、弹性、塑性以及亲水性、疏水性等有密切关系,其中弹性和塑性关系大。
煤的弹性是指煤粒在外力作用下发生的压缩变形,这种压缩变形在外力消除后,煤粒能恢复到初始状态,煤的这种性能称为弹性6这种变形,称为弹性变形。
煤粒在外力作用下发生压缩变形,但这种压缩变形在外力消除后煤粒并不恢复到初始状态,煤的这种性能称为塑性,这种变形称为塑性变形。
从能量的观点看,煤粒的塑性是把能吸收起来,使煤粒相靠紧而成型;而弹性是把能国暂时积蓄起来,在外力消除后,这些能畺又释放出来,使煤粒恢复到原来形状,不能紧密成型。
粉煤成型吋,在外力作用下煤粉颗粒的这两种性能都将发牛.作用,不过成型效果的好坏将取决于这两种性能的作用大小。在相同条件下,塑性高、弹性低,成甩效泶就好;弹性高、塑性低,成稍效果就差。
年轻的褐煤是塑性高、弹性低的煤种,只需要在不太高的成型压力下就可使煤粒互相靠紧。在靠紧之后,“自身粘结剂”物质将会发挥作用,使煤粒彼此粘结起来而成型。因此,年轻的褐煤能在中压下成型。
石灰碳化煤球是用石灰作粘结剂,压出的煤球在co2气流中千燥,Ca(OH)2*C02作用形成坚固的碳酸钙骨架,使型煤具有足够的强度。
煤颗粒之间,由煤表面特性决定,在不外加粘结剂的情况下,相互间粘结能力很弱。$煤表面被水润湿时,水化膜少,成型制品强度不髙。这是为水化膜少,作用较大的毛细管力就很小,而煤粒表面之间范德华力作用范围小,使得物料颗粒间的吸引力与排斥力相差不大。
无机粘结剂大部分是水溶性物质,具有胶体性质和较强的粘结能力。粉煤中加入无机粘结剂后,在适量水分和一定外力的作用下,煤中矿物质和粘结剂颗粒发生相对滑动,颗粒靠近,导致吸力和斥力同时升髙。这时吸引力有毛细管力、接触面上的离子相互作用产生的离子键力和共价键力,吸力较强,而且塑性较太的无机粘结剂在除去外力并经过干燥、固化后,在型煤中起“骨架”作用,因而型煤具有足够的强度。
粉煤中加入有机粘结剂时,根据相似相容原理,煤对粘结剂有较强的亲和力。具有活性基闭的粘结剂分子和煤中的活性基团(如含氧官能团〉通过原子间的共用电子对形成共价键或氢键,非极性分了间也可能产生色散力。有机粘结剂甚至会滲透到煤的微孔结构中,干燥固化后,粘结剂在界面产生了啮合力,这些都大大增加了成型物之间的吸引力,使型煤的强度提卨。
总之,加入粘结剂后,总趋势是增加了颗粒间的内聚力(吸引力),使型煤获得较高的强度。由丁煤炭是占有机物和矿物质组成,极性表面和非极性表共存,所以成窄时选用有机一无机复合粘结剂从理论上讲应该是合适的。