生物质粘结剂由于来源广、成本低、节能等特点受到了国内外的重视。中国利用植物纤维和碱法草浆原生黑液、腐植酸钠渣等作复合粘结剂，用氢氧化钠处理稻草制备的粘结剂生产型煤（
秸秆压块机和
木屑颗粒机可以直径把农作物秸秆以及木屑等废弃物压制成生物质成型煤，如下图所示：）。美国、瑞典等采用脱水泥炭和磨细的生物质混合、挤压、切割成型生产型煤。国内许多高校如大连理工大学、浙江大学、太原大学、河南理工大学、昆明理工大学等在生物质型煤燃烧机理、特性及反应动力学方面做了一些研究。在排放及污染特性研究方面，美国加州大学的Jenkins BM等对牛物质中碱性元素在燃烧过程中的影响与排放进行了研究。国内南京林业大学等研究表明生物质具有良好的固硫效果。国内外对煤与生物质的成型技术和工艺方面也有很多研究，但对改性生物质和无机固化剂的交联粘结机理及影响因素系统研究较少。采用NaOH改性后的稻草秸秆添加无机固化剂制备新型复合粘结剂，通过实验研究其可行性，分析其成型和固硫机理。
1、实验原料
原料煤粉采用粒状、小块状，呈黑色而有光泽，质地细致的粉煤。生物质选用稻草秸秆，取自四川农村，粉碎至5cm以下备用。用2%的NaOH溶液在90℃下碱液环境中改性处理4h。无机固化剂采用Mg0和MgCI2，生物质样品及原料煤的工业分析数据。
析型煤的形貌结构和成分组成，研究复合粘结剂的成型及固硫效果，生物质成型燃料的含硫量是很微量的，所以可以在很多大中型城市取代煤燃烧使用。
2、实验原理
复合型煤粘结剂由改性后的生物质粘结剂和无机同化剂组成。稻草秸秆经NaOH碱处理制得固液混合物，由生物质纤维和黏稠液组成。碱液在90℃释放出-OH，-OH破坏细胞肇中木质素的吡喃环，拆开与木质素相互缠结的纤维素和半纤维素，分解了木质素与半纤维素的空间立体交联网状结构，破坏生物质的原始弹性。生物质分解产生的糖类物质以及果胶、单宁等物质具有粘结作用。当温度为90℃时，木质素的分解率可达到70%，部分分解，未分解的纤维素和半纤维素将在型煤中起物理连接、拉伸作用。通过生物质型煤的SEM图可以看出生物质纤维在型煤中形成复杂的空间网状结构，可以粘结大量煤粒。
实验所用的无机固化剂主要选用具有一定活度的氯化镁溶液和氧化镁，在水环境F发生凝固反应生成气硬性混凝士氯氧镁水泥，其反应方程式如下：
文献表明，Mg0和MgCl2会与H20反应生成具有高强度的镁水泥。镁水泥可以在常温常压下硬化，硬化后具有良好的抗渗性。因此，为了提高型煤的防水性，可使用适量Mg0和MgCI2与改性生物质秸秆组成复合粘结剂。实验采用的是湿态成型，无机固化剂在成型的过程中会发生凝固反应，提高型煤的强度。
3、实验结果分析
3.1抗压强度
抗压强度是生物质型煤各项机械性能指标中最直观、最具代表性的指标。实验制得的型煤样品抗压强度为796.6 N，满足储存运输的要求，而只添加改性生物质型煤的抗压强度为66.7 N。实验结果表明，添加复合粘结剂可以提高单一生物质型煤的抗压强度。
3.2添加复合粘结剂前后型煤分析
3.2.1形貌分析
采用SEM形貌表征和EDS能谱对样品进行元素分析。分析结果如下：
在型煤加压成型、干燥固结过程中，镁摹粘结剂发生水化反应，在煤粒表面和孔隙中形成了凝胶体和各种形态的晶体。镁基粘结剂属于结晶硬化和胶体硬化反应，它们与水作用生成凝胶。凝胶和不规则的晶体分布越均匀，型煤的粘结性就越好。这些絮状凝胶体、晶体，形成的固体桥键将煤粒牢固的粘结在一起。由于煤具有高孔隙率的分子筛结构，粘结剂进入煤粒内孔和裂隙中，加周了粘结剂和粉煤形成的固体桥键，使粘结剂与煤粒更紧密的结合。
从型煤的湿态粘结机理来看，煤在破碎加工过程中，其中一些桥键或品格断裂，形成一些不饱和键，使煤粒表面产生微弱的负电荷，亲水的无机镁基固化剂和极性的水分子被煤粒吸附形成水化膜，煤粒通过粘结性的水化膜连接而成型，无机固化剂在璎煤内形成晶体网络。生物质纤维的加入，型煤内的水分可以通过纤维形成的孔隙和表面积向外界发散。生物质的加入脱去了无机粘结剂中结晶水分，型煤随水分蒸发而收缩，颗粒间距离减小，碎散阻力增大，型煤强度增加。
3.2.2成分分析
添加粘结剂后，型煤中Na、Mg、CI等元素明显增加，依照图2可以看出，碱化处理后的生物质纤维在煤体内形成了良好的网络结构，这些元素是依附在生物质纤维及煤粒表面的主要成分。添加复合粘结剂后，煤的表面有较多的呈絮状的粘附物质，这些粘附物质在纤维表面和煤粒的表面都大量存在，复合粘结剂的吸附、粘结效果很明显。
图3是对型煤中生物质纤维表面以及与煤粒连接处的EDS元素分析，谱图1、2是测定生物质纤维的表面元素组成，谱图3是生物质纤维外附颗粒的元素组成，谱图4是生物质纤维与煤粒连接处的物质元素组成。由4个谱图元素的结果对比可以看出，生物质型煤中纤维表面以及和煤质的连接处有外加元素Na、Mg、Cl的存在，Na元素通过碱处理吸附在纤维内表面，在纤维的外表面及纤维与煤粒之间并不存在Na元素。Na元素足降解纤维的重要元素，但并不是起粘结作用的主要元素。Mg、CI元素在纤维表面及与煤粒的粘结处都存在，说明在生物质型煤的粘结中Mg、C1元素是主要的粘结物质。其中C1元素集中存在于纤维表面及煤粒问隙，是起粘结作用较强的元素。
3.3固硫效果的研究
对烧结前后的无粘结剂的型煤和添加粘结剂的型煤进行元素组成的分析，得到结果见表3。
由表3中S元素的成分变化可以看出，没有添加复合粘结剂的型煤有91. 88%的S以挥发物的成分排出，而添加粘结剂后的S的挥发比例降为66%。这表明复合粘结剂的固硫效果明显，固硫率为34%。
在型煤固硫中，可燃硫的存在形式主要取决于S02向反应表面扩散的速度，S02与固硫剂的反应速度以及硫酸盐的分解速度。复合粘结剂中的生物质粘结剂和镁基粘结剂都起到了一定的固硫效果。生物质在低温时就开始燃烧，在型煤内部产生许多微孔，这些微孔中含有具有极高表体比的生物质灰，对产生的S02有吸附作用。随着温度升高，生物质燃尽，使型煤具有高孔隙率，增强了S02和02向固硫剂( Mg0)颗粒内部的扩散，当S02通过这些孔隙时，会增加与固硫剂( Mg0)接触的机会，固硫剂( Mg0)在高温下可以与S经过复杂反应生成Mg-SO。固态，达到固硫效果。将表3燃烧前后生物质型煤中Mg的含量对比得出71.9%的Mg以固态形式存在在灰渣中。将煤完全燃烧的灰渣进行XRD谱图分析，如图4所示。
从图4可以看出，完全燃烧的型煤固硫物相为MgS04，其他物相不明显。这说明灰渣中的S主要是以MgS04的形式存在。这充分说明复合粘结剂中的镁基固化剂具有良好的固硫效果，生物质粘结剂的加入增强了固硫效果。
4、结 论
三门峡富通新能源生产的木屑压块机、木屑颗粒机可以生产生物质成型煤。
(1)通过实验得出，采用改性生物质和无机固化剂组成的复合粘结剂制备型煤是可行的。该复合粘结剂充分利用了改性生物质和无机固化剂的粘结优势，有效地提高了型煤的抗压强度。
(2) SEM、EDS分析得出NaOH是降解纤维的主要物质，Na元素主要存在纤维，并不是粘结作用的主要元素。纤维与煤粒表面主要吸附元素为Mg、Cl，这些元素的存在状态有待进一步分析，为后期的粘结剂配方调整提供有效依据。
(3)复合粘结剂具有良好的同硫效果。添加复合型煤粘结剂前后，型煤中的S以挥发成分排出的比例从91. 88%降至66%，复合粘结剂具有较好的固硫效果，固硫率为34%，固硫最终产物为MgS04。
