煤炭是一次能源的重要組成部分，但是煤炭的大量使用，不可避免地產(chǎn)生一系列環(huán)境污染問(wèn)題，對(duì)于生態(tài)平衡和人類生存有著極大的危害；同時(shí)我國(guó)的農(nóng)作物秸稈生物質(zhì)資源是非常豐富的可再生能源之一，但大多數(shù)秸稈用作民用燃料進(jìn)行直接燃燒，而熱效率只有6%～10%，部分地區(qū)還有秸稈就地焚燒現(xiàn)象，造成了資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染，富通新能源生產(chǎn)銷售的秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)成型顆粒燃料，如下圖所示：
生物質(zhì)型煤是指破碎成一定粒度和干燥到一定程度的煤與可燃生物質(zhì)，按一定比例摻混，利用生物質(zhì)中的木質(zhì)素、纖維索、半纖維素等與煤粘結(jié)性的差異，在高壓力下壓制而成的型煤，生物質(zhì)型煤技術(shù)是開(kāi)發(fā)利用煤和生物質(zhì)能的新途徑，它充分利用了煤和生物質(zhì)的自身優(yōu)勢(shì)，便于保證燃料熱值，利于克服常規(guī)型煤性能的不足，更重要的是生物質(zhì)纖維的網(wǎng)絡(luò)連接作用可省去粘結(jié)劑的使用，也沒(méi)有后續(xù)烘干工序，因此能大大降低加工成本。河南理工大學(xué)和清華大學(xué)，在生物質(zhì)型煤成型方法、燃燒特性和減少大氣污染等方面進(jìn)行了研究，結(jié)果表明生物質(zhì)型煤綜合性能良好，生物質(zhì)型煤技術(shù)對(duì)生物質(zhì)能大規(guī)模的工業(yè)化利用提供了可能的有效途徑。因此，以生物質(zhì)制備型煤可提高能源利用率和減少因簡(jiǎn)單直接燃燒帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，而且以生物質(zhì)作為型煤粘結(jié)劑不僅會(huì)增加型煤的機(jī)械強(qiáng)度，也會(huì)明顯降低型煤的著火溫度。本文探討在制備生物質(zhì)型煤過(guò)程中添加淀粉與無(wú)機(jī)固化劑，生物質(zhì)型煤各種物理性質(zhì)包括抗壓強(qiáng)度、浸水強(qiáng)度、復(fù)干強(qiáng)度、跌落強(qiáng)度的變化情況，并取得了較理想的結(jié)果。1、實(shí)驗(yàn)部分
稱取一定量玉米秸稈于三口燒瓶、加入一定量質(zhì)量濃度為1.5%的氫氧化鈉溶液，在精密增力電動(dòng)攪拌機(jī)上攪拌并水浴加熱至82℃，加熱2.5 h后，將溶液轉(zhuǎn)入250 mL燒杯中；然后取一定量淀粉加入100 mL燒杯，在80℃水浴中加熱并不斷攪拌使其充分糊化，待燒杯中白色混合物變成透明膠狀，趁熱倒入上述250 ml)燒杯；最后取14 g原煤樣(40～60目1.4 g，80～120目4.2 g，120目8.4 g)、1.2 g硅酸鈉、一定質(zhì)量氧化鎂和氯化鎂、0.2 g氫氧化鈣于上述250 mL燒杯混合均勻，并不斷攪拌，待混合物干燥到一定程度，用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)以25 MPa壓力下成型，產(chǎn)品在陰涼通風(fēng)處干燥。產(chǎn)品進(jìn)行物理性能（抗壓強(qiáng)度、跌落強(qiáng)度、浸水強(qiáng)度、復(fù)干強(qiáng)度）的檢測(cè)，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行討論分析。
抗壓強(qiáng)度的測(cè)定：在型煤液壓抗壓強(qiáng)度測(cè)定儀上進(jìn)行。將型煤逐個(gè)置于規(guī)定的實(shí)驗(yàn)機(jī)的施力面中心位置上。以規(guī)定的均勻位移速度單向施力。記錄型煤開(kāi)裂時(shí)實(shí)驗(yàn)機(jī)顯示施加的壓力。以各個(gè)型煤測(cè)定值的算術(shù)平均值作為生物質(zhì)型煤的抗壓強(qiáng)度，單位N/個(gè)，
跌落強(qiáng)度的測(cè)定：依據(jù)GBlT15459規(guī)定的方法進(jìn)行。從型煤試樣中各取5個(gè)樣品，先稱取樣品的質(zhì)量，然后從2m高處自由落下到12mm厚的鋼板上，如此反復(fù)跌落3次，然后用25 mm的篩子進(jìn)行篩分，將大于25 mm部分所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)作為型煤的跌落強(qiáng)度，
浸水強(qiáng)度的測(cè)定：按照MT/T749-2007規(guī)定的方法進(jìn)行，測(cè)定方法為：將一定數(shù)量的型煤放在室溫的水中浸泡達(dá)24 h后，取出，逐個(gè)置于規(guī)定的實(shí)驗(yàn)機(jī)的施力面中心位置上，以規(guī)定的均勻位移速度單向施力，記錄型煤開(kāi)裂時(shí)實(shí)驗(yàn)機(jī)顯示的施加力，以各個(gè)型煤測(cè)定值的算數(shù)平均值作為浸水強(qiáng)度，
復(fù)干強(qiáng)度的測(cè)定：按照MT/T749-2007規(guī)定的方法進(jìn)行，將一定數(shù)量的型煤在室溫的水中浸泡24 h后取出，在(105±5)℃溫度下干燥后冷卻到室溫，使其達(dá)到空氣干燥狀態(tài)。然后逐個(gè)置于規(guī)定的實(shí)驗(yàn)機(jī)的施力面中心位置上，以規(guī)定的均勻位移速度單向施力，記錄型煤開(kāi)裂時(shí)實(shí)驗(yàn)機(jī)顯示施加的壓力，以各個(gè)型煤測(cè)定值的算術(shù)平均值作為生物質(zhì)型煤的復(fù)干強(qiáng)度。
2、結(jié)果與討論
2.1生物質(zhì)型煤的物理性能分析
將型煤樣品按不同測(cè)試方法進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、跌落強(qiáng)度、浸水強(qiáng)度、復(fù)干強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示：
表1 生物質(zhì)型煤物性測(cè)性數(shù)據(jù)
| 抗壓強(qiáng)度/（N/個(gè)） | 跌落強(qiáng)度/% | 浸水強(qiáng)度/% | 復(fù)干強(qiáng)度/% | |
| 測(cè)試結(jié)果 | 1157.1 | 90.6 | 35.0 | 27.7 |
| 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) | 630 | 78 | 67.3 | 59.7 |
2.2淀粉用量對(duì)型煤物理性能的影響
2. 2.1淀粉用量對(duì)型煤抗壓強(qiáng)度和跌落強(qiáng)度的影響
試驗(yàn)中加入淀粉時(shí)，型煤的性質(zhì)發(fā)生變化，根據(jù)所得數(shù)據(jù)作圖。
加入淀粉后，型煤抗壓強(qiáng)度、跌落強(qiáng)度有大幅度提高，這是由于淀粉遇水，高溫糊化分子鏈從有序變成無(wú)序交叉纏繞形成網(wǎng)狀，網(wǎng)絡(luò)煤粒并且淀粉帶有羥基與煤粒表面發(fā)生氫鍵連接，從而使型煤抗壓強(qiáng)度、跌落強(qiáng)度迅速增強(qiáng)。但并不是淀粉用量越多越好，當(dāng)?shù)矸塾昧砍^(guò)10%時(shí)，抗壓強(qiáng)度、跌落強(qiáng)度基本不變，因?yàn)檫^(guò)多的淀粉減小了煤粒之間的作用力，而且可能發(fā)生氫鍵連接的煤粒有限，淀粉用量達(dá)飽和。
2.2.2淀粉用量對(duì)型煤浸水強(qiáng)度和復(fù)干強(qiáng)度的影響
試驗(yàn)中加入淀粉時(shí)，型煤的浸水強(qiáng)度和復(fù)干強(qiáng)度發(fā)生變化，根據(jù)所得數(shù)據(jù)作圖，結(jié)果如圖2所示。
由圖2可知，型煤浸水強(qiáng)度隨淀粉用量增加先增大后減小，這是因?yàn)榈矸酆蠓肿渔湉挠行蜃兂蔁o(wú)序交叉纏繞形成網(wǎng)狀，增強(qiáng)了型煤防水性，使型煤不被水完全侵蝕，所以隨淀粉用量的增加，型煤浸水強(qiáng)度增強(qiáng)，當(dāng)型煤再次通風(fēng)干燥后未水解的淀粉交叉纏繞形成網(wǎng)狀起到膠粘作用，所以隨淀粉用量的增加，型煤復(fù)干強(qiáng)度增強(qiáng)。但過(guò)多的用量使煤粒之間的作用力減小，型煤遇水發(fā)生嚴(yán)重分散，型煤浸水強(qiáng)度降低。由此可知，淀粉用量并不是越多越好，其最佳量為10%。
通過(guò)淀粉用量對(duì)型煤物理性能影響的實(shí)驗(yàn)，得到淀粉的最佳用量為10%.此時(shí)生物質(zhì)型煤有較高的抗壓強(qiáng)度、跌落強(qiáng)度，其浸水強(qiáng)度、復(fù)干強(qiáng)度也得到很大改善。
2.2.3無(wú)機(jī)固化劑用量對(duì)型煤抗壓強(qiáng)度和跌落強(qiáng)度的影響
試驗(yàn)中加入無(wú)機(jī)固化劑Mg0、MgCl2時(shí)，型煤的抗壓強(qiáng)度和跌落強(qiáng)度發(fā)生變化，根據(jù)所得數(shù)據(jù)。
由圖3、4可知，加入固化劑量越多型煤抗壓強(qiáng)度、跌落強(qiáng)度越好，這是由于無(wú)機(jī)固化劑Mg0和MgCl2加入形成5Mg(OH)2。MgCl2·8H20相為主、3Mg( OH)2。MgCl2·8H20相及Mg(OH)2共存的3種物相，其中5Mg(OH)2。Mg-CI2.8H20相是比較穩(wěn)定的結(jié)晶相，是一種具有硬度和防水特征的混合物。當(dāng)加入型煤成型時(shí)所需的水時(shí)，三者結(jié)合迅速形成SMg(OH)2。MgCl2。8H20相，該結(jié)晶相呈現(xiàn)微細(xì)針狀，且隨著硬化不斷繼續(xù)，這些微細(xì)針狀晶體相互交織成網(wǎng)狀連接煤粒，使型煤有較高的抗壓強(qiáng)度和跌落強(qiáng)度。但不同配比對(duì)型煤的影響情況不同，當(dāng)Mg0用量一定時(shí)、型煤抗壓強(qiáng)度、跌落強(qiáng)度隨MgCl2用量的增加而增強(qiáng)。但考慮到無(wú)機(jī)添加劑過(guò)多會(huì)增加型煤的灰分，減小型煤的熱值，影響型煤在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，所以Mg0、MgCl2用量選擇遵循少量高效的原則。從圖中可知，Mg0最合適用量為4.5%、MgCl2最合適用量為3.0%。
2.2.4無(wú)機(jī)固化劑用量對(duì)型煤浸水強(qiáng)度和復(fù)干強(qiáng)度的影響
試驗(yàn)中加入無(wú)機(jī)固化劑Mg0、MgCl2時(shí)，型煤的浸水強(qiáng)度和復(fù)干強(qiáng)度也發(fā)生變化。根據(jù)所得數(shù)據(jù)作圖。
由圖5、6可知無(wú)機(jī)固化劑Mg0、MgCl：用量越多，型煤浸水強(qiáng)度與復(fù)干強(qiáng)度越好，因?yàn)?Mg(OH)2.MgCl2·8H20、3Mg(OH)2.MgCl2.8Hz0及Mg(OH)2都具有防水特征，使煤粒、生物質(zhì)秸稈、淀粉在水中發(fā)生較小的變化，所以固化劑Mg0、MgCl2用量越多型煤浸水強(qiáng)度、復(fù)干強(qiáng)度越強(qiáng)，而且通過(guò)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，固化劑加入后型煤浸水強(qiáng)度、復(fù)干強(qiáng)度均超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)67.3和59.7的標(biāo)準(zhǔn)，
通過(guò)無(wú)機(jī)固化劑用量對(duì)型煤物理性能影響的綜合考慮，無(wú)機(jī)固化劑最佳用量為Mg04.5%，MgCI23.0%.此時(shí)型煤有較高抗壓強(qiáng)度，跌落強(qiáng)度、浸水強(qiáng)度、復(fù)干強(qiáng)度。
3、結(jié)束語(yǔ)
生物質(zhì)型煤抗壓強(qiáng)度和跌落強(qiáng)度較高，但浸水強(qiáng)度和復(fù)干強(qiáng)度很差，加入淀粉粘結(jié)劑與無(wú)機(jī)固化劑后型煤浸水強(qiáng)度、復(fù)干強(qiáng)度得到很大改善，抗壓強(qiáng)度、跌落強(qiáng)度更有了進(jìn)一步提高，從而成功制備出有較高抗壓強(qiáng)度、跌落強(qiáng)度、浸水強(qiáng)度、復(fù)干強(qiáng)度，性能優(yōu)良的生物質(zhì)型煤，并由實(shí)驗(yàn)可知，淀粉的最佳用量為10%，無(wú)機(jī)固化劑Mg0用量4.5%、MgCl2用量為3.0%。
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