本发明涉及一种高温粘结剂的制备方法，还涉及一种利用所述高温粘结剂提高长焰煤与生石灰混合球团热解后强度的方法，属于粘结剂领域。
背景技术：
长焰煤是变质程度最低的一种烟煤，是煤化程度仅高于褐煤的最年轻的烟煤，从无粘结性到弱粘结性都有。煤的粘结性是指，烟煤在隔绝空气的条件下加热时，煤中的有机质大分子受热分解，形成气、液、固三相共存的混合物，称为胶质体。胶质体粘结其本身或外来惰性物质的能力，称之为煤的粘结性。对于粘结性强的煤，胶质体中液态产物多且流动性适宜，既能较好地充入固体颗粒间隙又有一定粘度，此时，胶质体透气性差，胶质体中的气态产物不能自由析出，因此出现膨胀现象。随着温度升高，胶质体中的液态产物产生进一步分解，一部分热解产物呈气态继续析出；另一部分则与固态颗粒融为一体，热缩聚而固化，生成高强度的半焦。对于无粘结性或者弱粘结性煤，胶质体中的液态产物很少，远远不能充满固态颗粒间隙，甚至不能浸润固态颗粒表面，则气态产物自由析出，固体颗粒各自分散，生成的半焦强度很差。
目前，对于毫无粘结性的长焰煤而言，其与生石灰的成型球团经过热解以后，球团的抗压强度很差。由于生石灰遇水以后会发生激烈的反应，生成氢氧化钙，因此需要加水的粘结剂均不适用于长焰煤与生石灰的成型，而对于无需加水的有机粘结剂而言，其所耐的温度太低，无法达到700℃～900℃的高温，并且粘结剂的成本太高。因此，亟待开发一种新型的高温粘结剂，以有效提高长焰煤与生石灰球团热解后的强度。
技术实现要素：
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种高温粘结剂的制备方法。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种利用所述高温粘结剂提高长焰煤与生石灰混合球团热解后强度的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
本发明首先公开了一种高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将粘结性煤粉碎，得到粘结性煤粉；(2)向粘结性煤粉中加入CS2/NMP混合溶剂进行萃取，然后离心分离，得到萃取液；(3)向萃取液中加入沥青粉和交联剂，混合均匀得到混合物；(4)将混合物进行反应，对反应完成后的混合物进行蒸馏，蒸发出CS2/NMP混合溶剂，得到残留物；(5)对残留物进行洗涤、烘干，得到高温粘结剂。
其中，步骤(1)所述粘结性煤为粘结指数大于50或胶质层厚度Y大于10的煤。
所述粘结性煤粉的粒度≤75μm。
步骤(2)所述CS2/NMP混合溶剂中，CS2与NMP的体积比为1：0.5-1；所述粘结性煤与CS2/NMP混合溶剂的重量比为1：10-20。步骤(2)可以分批次向粘结性煤粉中加入CS2/NMP混合溶剂进行反复萃取，萃取液中的萃取物主要为含有脂肪族结构和含有2～3个芳环的酚、醇、醚类结构的物质。本发明所述CS2(二硫化碳)和NMP(N-甲基吡咯烷酮)均为市售。
步骤(3)所述沥青粉与交联剂的加入量为：按照质量比计，粘结性煤：沥青粉：交联剂＝1：0.2-0.5：0.005-0.01。
所述交联剂为有机过氧化物。优选为过氧化苯甲酰或过氧化二异丙苯。
所述沥青粉的粒度≤75μm。优选的，所述沥青为低温沥青，其软化点＜70℃。
步骤(4)所述反应的条件包括：温度为100-200℃，压力为0.1-0.3MPa下，反应3-5小时。
步骤(5)所述洗涤为用水进行洗涤；所述烘干为烘干至水分含量≤5％(质量百分比)。
沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物，是高黏度有机流体的一种，可溶于二硫化碳，可将沥青分为饱和分、芳香分、胶质和沥青质四个组分。胶质中含有极性芳烃，化学稳定性较差。通过加入交联剂，使萃取物中的含有2～3个芳环的酚、醇、醚类结构的物质与沥青中的芳香分及胶质中的极性芳烃等发生交联反应，形成一种分子量适中的高温粘结剂。该粘结剂在加热过程中会产生胶质体，从而能够有效提高长焰煤与生石灰混合球团热解后的强度，使其满足入电石炉冶炼的要求。
本发明进一步公开了利用所述制备方法制备得到的高温粘结剂提高长焰煤与生石灰混合球团热解后强度的方法，包括以下步骤：(1)将长焰煤、生石灰和高温粘结剂分别粉碎，然后混合均匀，得到混合物料；(2)将混合物料进行成型，得到球团；(3)将球团进行热解，得到热解后球团，即得。
其中，步骤(1)按照质量比计，长焰煤：生石灰：高温粘结剂＝1：0.9-1.2：0.05-0.15；所述粉碎为粉碎至粒度≤150微米。本发明所述长焰煤的粘结指数为0。
步骤(2)所述球团为直径≤5cm的椭圆形球团。
步骤(3)所述热解的温度为700-900℃，热解的时间为1-2小时。
本发明可以采用本领域各类混料设备，如混料机，用于将长焰煤、生石灰和高温粘结剂混合均匀。所述的成型可以采用高压对辊成型机进行成型，所述热解在热解炉内进行。
本发明将长焰煤、生石灰并添加所述高温粘结剂制备的球团进行热解，得到高强度的热解后球团，热解后球团的抗压强度不低于700-900N/个，热稳定性不低于90％。该热解后的球团可以直接送入电石炉内进行冶炼，从而得到发气量不低于290L/kg的优质电石。然而，不添加本发明所述高温粘结剂，仅将长焰煤与生石灰混合制备的球团进行热解，热解后球团的抗压强度低于200N/个，热稳定性低于40％，其强度无法满足进电石炉的要求。
本发明技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明以粘结性煤为原料，通过加入CS2/NMP有机溶剂将粘结性煤中含有2～3个芳环的酚、醇、醚类结构的中小分子提取出来，将其与低温沥青粉中的芳香分及极性芳烃进行交联反应，形成分子量适中的高温粘结剂，该粘结剂在热解过程中主要生成胶质体液相，能够填充在固态颗粒之间，并且随着热解温度的提高，发生热缩聚反应，从而能够大幅提高长焰煤与生石灰球团的热解后强度。本发明粘结性煤和低温沥青的来源广泛，成本低廉。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但是应理解所述实施例仅是范例性的，不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改或替换均落入本发明的保护范围。
实施例1
向粘结性煤粉(粒度≤75μm)中加入CS2/NMP混合溶剂(混合溶剂中CS2与NMP的体积比为1：0.5)进行萃取，其中粘结性煤粉与CS2/NMP混合溶剂的重量比为1：10，离心分离后得到萃取液，然后向萃取液中加入沥青粉(其中沥青为低温沥青，其软化点低于70℃，沥青粉的粒度≤75μm)和交联剂(过氧化苯甲酰)，沥青粉的加入量为粘结性煤重量份的0.2倍，交联剂的加入量为粘结性煤重量份的0.005倍，充分混合均匀，然后在温度100℃，压力0.1MPa下反应3小时，通过蒸馏(蒸发出CS2/NMP混合溶剂)得到残留物，对残留物进行洗涤(用水对残留物进行反复洗涤)、烘干处理(将水分控制在5％以下)，得到高温粘结剂。
将长焰煤(粘结指数为0)、生石灰与该高温粘结剂(分别粉碎至粒度≤150微米)按照1:0.9:0.05的比例(质量比)进行混合处理，得到混合物料，将混合物料用高压压球机进行成型处理，得到直径不大于5cm的椭圆形球团，球团的抗压强度不低于500N/个，将该球团放入700℃的热解炉内进行热解处理，停留时间2小时，得到热解后的球团，热解后球团的抗压强度不低于700N/个，热稳定性不低于90％，将该球团装入电石炉内进行冶炼得到发气量不低于290L/kg的电石。
实施例2
向粘结性煤粉(粒度≤75μm)中加入CS2/NMP混合溶剂(混合溶剂中CS2与NMP的体积比为1：1)进行萃取，其中粘结性煤粉与CS2/NMP混合溶剂的重量比为1：20，离心分离后得到萃取液，然后向萃取液中加入沥青粉(其中沥青为低温沥青，其软化点低于70℃，沥青粉的粒度≤75μm)和交联剂(过氧化二异丙苯)，沥青粉的加入量为粘结性煤重量份的0.3倍，交联剂的加入量为粘结性煤重量份的0.007倍，充分混合均匀，然后在温度150℃，压力0.2MPa下反应4小时，通过蒸馏(蒸发出CS2/NMP混合溶剂)得到残留物，对残留物进行洗涤(用水对残留物进行反复洗涤)、烘干处理(将水分控制在5％以下)，得到高温粘结剂。
将长焰煤(粘结指数为0)、生石灰与该高温粘结剂(分别粉碎至粒度≤150微米)按照1:1.1:0.1的比例(质量比)进行混合处理，得到混合物料，将混合物料用高压压球机进行成型处理，得到直径不大于5cm的椭圆形球团，球团的抗压强度不低于500N/个，将该球团放入800℃的热解炉内进行热解处理，停留时间1.5小时，得到热解后的球团，热解后球团的抗压强度不低于800N/个，热稳定性不低于90％，将该球团装入电石炉内进行冶炼得到发气量不低于290L/kg的电石。
实施例3
向粘结性煤粉(粒度≤75μm)中加入CS2/NMP混合溶剂(混合溶剂中CS2与NMP的体积比为1：0.8)进行萃取，其中粘结性煤粉与CS2/NMP混合溶剂的重量比为1：15，离心分离后得到萃取液，然后向萃取液中加入沥青粉(其中沥青为低温沥青，其软化点低于70℃，沥青粉的粒度≤75μm)和交联剂(过氧化苯甲酰)，沥青粉的加入量为粘结性煤重量份的0.5倍，交联剂的加入量为粘结性煤重量份的0.01倍，充分混合均匀，然后在温度200℃，压力0.3MPa下反应5小时，通过蒸馏(蒸发出CS2/NMP混合溶剂)得到残留物，对残留物进行洗涤(用水对残留物进行反复洗涤)、烘干处理(将水分控制在5％以下)，得到高温粘结剂。
将长焰煤、生石灰与该高温粘结剂(分别粉碎至粒度≤150微米)按照1:1.2:0.15的比例(质量比)进行混合处理，得到混合物料，将混合物料用高压压球机进行成型处理，得到直径不大于5cm的椭圆形球团，球团的抗压强度不低于500N/个，将该球团放入900℃的热解炉内进行热解处理，停留时间1小时，得到热解后的球团，热解后球团的抗压强度不低于900N/个，热稳定性不低于90％，将该球团装入电石炉内进行冶炼得到发气量不低于290L/kg的电石。
对比例1
将处理好的长焰煤、生石灰(分别粉碎至粒度≤150微米)按照1:1的比例(质量比)进行混合，待混合均匀后，通过高压压球机进行压球试验，球团的抗压强度不低于500N/个，然后将球团放入热解炉内，设定热解终温为900℃，停留时间为1小时，热解后球团的抗压强度低于200N/个，热稳定性低于40％，其强度无法满足进电石炉的要求。
对比例2
将处理好的长焰煤、生石灰、过氧化苯甲酰(分别粉碎至粒度≤150微米)按照1:1:0.01的比例(质量比)进行混合，待混合均匀后，通过高压压球机进行压球试验，球团的抗压强度不低于500N/个，然后将球团放入热解炉内，设定热解终温为900℃，停留时间为1小时，热解后球团的抗压强度低于200N/个，热稳定性低于40％，其强度无法满足进电石炉的要求。