型煤干燥特性的试验研究
赵红涛，武建军，胡雪莲**
作者简介：赵红涛，（1986-），男，硕士研究生，主要从事洁净煤技术研究
通信联系人：武建军，（1964-），男，博士生导师，主要从事煤炭加工利用、型煤及型焦方面的研究. E-mail:
JJuw@126.com
（中国矿业大学化工学院，江苏 徐州 221116）
5 摘要：本文首先采用热重分析仪研究了腐植酸钠和沥青热分解过程，然后从型煤的干燥特性
出发，研究了干燥时间对型煤质量的影响，型煤水分、干燥温度、干燥时间对型煤抗压强度
的影响。结果表明：以腐植酸钠和沥青为粘结剂的型煤，其干燥温度应当控制在150 ℃以
下，以防止粘结剂分解；型煤干燥过程中，当其内部含水量降到3%以下时，型煤的抗压强
度达到4.65 KN/个以上；干燥温度为100 ℃，干燥时间为4 h 时，所得型煤的抗压强度达
10 到4.97 KN/个，此干燥条件很适合实验中的型煤。
关键词：型煤；干燥；腐植酸钠；沥青；抗压强度
中图分类号：TQ536
 0 引言
近年来，随着型煤技术的不断发展和成熟，型煤技术已经广泛应用于气化型煤[1-2]、型
焦制造[3-5]、燃烧型煤[6-7]等行业。而现阶段综采设备逐步在煤矿开采中普及，从而使得块煤
产率很低，而粉煤却大量产生，因此发展型煤技术成为解决这个问题的理想途径。
35 由于刚成型的湿型煤含水量高达10%-18%，并且强度较低，不方便直接运输，此外，
直接将湿型煤用于燃烧时，湿型煤中大量的水分蒸发使得型煤的发热量很低，大大降低了型
煤的利用效率。干燥后的型煤用于制型焦时能够提高型煤入炉完整率，避免型煤的破碎，也
能缩短结焦时间，同时提高焦炭质量[8-10]。这些年来，有一些研究者为了去除型煤干燥这一
工序，进行了一些探索[11-12]，但其方法中又加入了无机成分，对于型煤发热量要求较高的行
40 业这种方法不适用。型煤的工业化生产过程中，由于生产规模很大，所以不可能使型煤自然
晾干。所以为了保证型煤的连续生产供应，应当采用干燥手段，快速提高型煤的机械强度，
为型煤的较好利用提供便利。
 本实验中以腐植酸钠和沥青为主要粘结剂，它们在粉煤成型中发挥着重要的粘结作用，
研究他们的热分解过程对于选取适当的型煤干燥温度至关重要，研究型煤的干燥特性对于开
45 发和改进型煤的干燥工艺具有重要意义。
1 实验
1.1 样品
以神府不粘煤为主要原料，配入适当粘结性煤料，将两种煤料破碎至＜3mm，添加5%
的腐植酸钠和2%的沥青作为粘结剂，粘结剂破碎至＜1mm。按比例称取各种原料，加水，
50 将配料搅拌均匀，称取15g 配料装入模具中，在压片机上以25MPa 的成型压力下压制成圆
柱形型煤。将压好的湿型煤在烘箱（带鼓风）里干燥一定时间，然后取出来自然冷却。将制
好的型煤装入密封袋。
1.2 实验仪器及方法
采用德国NETZSCH 公司STA-409C 型热重分析仪，研究粘结剂腐植酸钠和沥青的热分
55 解过程，以高纯氮气为吹扫气体，气体流量为100 ml/min，称取样品15 mg，升温速率10 ℃
/min，终温300 ℃。
根据国标MT/T748-2007，采用TYE-20 型抗压试验机测定型煤的冷态抗压强度。将一
组10 个型煤逐个测定，测定结果取平均值，即为型煤的冷态抗压强度值，单位为KN /个。
2 结果与讨论
60 2.1 粘结剂的热重分析
2.1.1 腐植酸钠的热重分析
0 50 100 150 200 250 300
80
85
90
95
100
TG
DTG
Temperature /℃
TG / %
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
DTG , %/min
图1 腐植酸钠的TG-DTG 曲线
Fig. 1 TG-DTG curves of sodium humate
65
如图1 所示，从DTG 曲线可知腐植酸钠在76.8 ℃时，失重速率达到最大值2.61 %/min。
在室温―150 ℃内，腐植酸钠的失重速率较快，这个阶段主要是水分的脱除；150 ℃以后至
结束，失重速率值在0.50 %/min 附近，说明在这个阶段腐植酸钠发生了稳定的分解反应，
主要是不稳定的含氧官能团-COOH 发生分解。由TG 曲线可知，100 ℃时腐植酸钠失重速
70 率仍然较快，此时腐植酸钠残余量为91.50%，150 ℃时残余物为88.14%，而后TG 曲线逐
渐趋于平缓。因此，以腐植酸钠为粘结剂的型煤在干燥过程中，应当控制干燥温度在150 ℃
 以下，避免腐植酸钠发生分解，而降低其粘结性。
2.1.2 沥青的热重分析
0 50 100 150 200 250 300
80
85
90
95
100
TG
DTG
Temperature / ℃
TG / %
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
DTG ,%/min
75 图2 沥青的TG-DTG 曲线
Fig. 2 TG-DTG curves of asphalt
如图2 所示，从DTG 曲线可以看出，沥青的失重速率逐渐增大，300 ℃时达到最大失
重速率2.73 %/min。从TG 曲线可以看出，沥青从150 ℃时重量开始减少，说明此时沥青开
80 始进入分解阶段，此后沥青持续分解，重量逐渐下降，300 ℃时沥青残余量为86.98%。因
此，以沥青为粘结剂的型煤的干燥温度应当低于150 ℃。
2.2 型煤的干燥分析
2.2.1 干燥时间对型煤质量的影响
0 1 2 3 4 5 6
13.5
14.0
14.5
15.0
型煤质量 / g
干燥时间 / h
100℃
150℃
85 图3 不同干燥时间下型煤质量曲线
Fig. 3 curves of coal briquette weight at different drying time
从图3 可以看出，初始质量相同的型煤，其质量都随干燥时间的增加而降低。干燥温度
为100 ℃时，刚开始两个小时内，型煤的质量迅速下降，当干燥时间在4 h 后，随着干燥时
90 间的延长，型煤的质量基本保持不变。而干燥温度为150 ℃时，型煤达到恒重时的时间为2
h，干燥时间比100 ℃时缩短了一半，而此后随着干燥时间延长，型煤的质量略微有点波动，
这可能是由于干燥温度过高，将型煤从烘箱取出来称量的过程中吸收了空气中部分水分。
 2.2.2 型煤水分对型煤强度的影响
0 1 2 3 4 5 6 7
4.2
4.4
4.6
4.8
5.0
5.2
5.4
型煤抗压强度, KN/个
型煤水分含量 / %
95 图4 不同含水量下型煤抗压强度曲线
Fig. 4 curve of coal briquette compressive strength at different moisture
从图4 可以看出，型煤在干燥过程中，其抗压强度值随着内部水分含量的减少而增大。
在干燥开始时，型煤内部水分含量较多，这些水分与腐植酸钠结合在一起形成一层粘结剂液
100 膜[13]，型煤强度较低。但当干燥进行到一定阶段后，型煤中水分降到3％以下时，型煤的抗
压强度达到4.65 KN/个以上；当型煤中水分降低到1.5％以下时，煤粉颗粒间距离迅速减小，
型煤强度急剧增大；当水分达降到1％时，型煤强度达到较大值5.11 KN/个。粉煤成型过程
中加水，使得腐植酸钠粘结剂溶解，从而形成高粘结性的胶体，将粉煤颗粒粘结在一起。而
湿型煤在干燥过程中，其内部水分含量逐渐减少，腐植酸钠粘结剂固化，它一方面把煤粉颗
105 粒相互胶结和吸附在一起，另一方面，腐植酸钠中的活性官能团(如-COOH、-OH)与煤灰分
中的金属离子和氧化物经络合或螯合作用[14]，形成稳定的物质，从而使得经过干燥后的型
煤强度倍增。
2.2.3 干燥温度和干燥时间对型煤强度的影响
型煤的干燥条件对型煤的强度有重大影响，干燥温度的高低及干燥时间的长短，直接影
110 响到型煤生产的能耗及型煤的强度。从图1 和图2 知，腐殖酸钠和沥青的分解温度都在150
℃左右，因此型煤的干燥温度超过150 ℃时，会使得它们会发生分解反应，粘结剂进而失
去粘结能力。此外，干燥温度太高，也会造成型煤中水分蒸发过快，导致型煤产生裂痕。过
高的干燥温度还会使型煤内部产生热应力[15]，进而改变型煤的内部结构，使得型煤机械强
度降低，甚至会造成型煤燃烧，因此适当的控制干燥温度，对于提高型煤的强度意义重大。
0 1 2 3 4 5 6
4.2
4.4
4.6
4.8
5.0
5.2
5.4
型煤抗压强度, KN/ 个
干燥时间 / h
115
图5 不同干燥时间下型煤抗压强度曲线（干燥温度100℃）
Fig. 5 curve of coal briquette compressive strength at different drying time (drying temperature 100℃)
 由图5 可知，在100 ℃干燥型煤时，型煤的抗压强度随着干燥时间的延长呈显著的上
升趋势，并且在干燥时间为4 h、5 h 时，型煤的抗压强度分别达到4.97 KN/个和5.12 KN/
120 个。此后，型煤的强度随着干燥时间的增加逐渐缓慢增大，因此考虑到型煤干燥过程中耗能
的问题，所以干燥时间选取4 h。
0 1 2 3 4 5 6
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
型煤抗压强度, KN/个
干燥时间 / h
图6 不同干燥时间下型煤抗压强度曲线（干燥温度150℃）
Fig. 6 curve of coal briquette compressive strength at different drying time (drying temperature 150℃)
125
从图6 可知，在干燥温度为150 ℃时，型煤的抗压强度明显呈现先增大后减小的趋势。
在干燥进行的前2 h 内， 型煤强度急剧增大，并在干燥时间为2 h 时达到最大值4.65 KN/
个，而后随着干燥时间的再延长，型煤的强度逐渐降低，这是由于此时干燥温度很高，干燥
时间太长使得型煤中粘结剂腐植酸钠发生明显的分解，粘结作用降低。因此，选择干燥温度
130 为100 ℃，干燥时间为4 h，对于实验过程中的型煤干燥很合适。
3 结论
（1）由腐植酸钠和沥青的热重分析可知，以腐植酸钠和沥青为粘结剂的型煤，其干燥
温度应当控制在150 ℃以下，以防止它们发生分解反应，进而导致型煤强度降低。
（2）型煤干燥时，随着干燥时间的延长，型煤内部含水量逐渐降低，含水量降到3%
135 以下时，型煤的抗压强度达到4.65 KN/个以上。
（3）干燥温度为150 ℃时，干燥2h，型煤即可达到最大抗压强度4.65 KN/个；而干燥
温度为100 ℃时，干燥4 h 所得型煤的抗压强度值达到4.97 KN/个，因此后者的干燥条件更
为合适。