生物質粘結劑由于來源廣、成本低、節能等特點受到了國內外的重視。中國利用植物纖維和堿法草漿原生黑液、腐植酸鈉渣等作復合粘結劑，用氫氧化鈉處理稻草制備的粘結劑生產型煤（
秸稈壓塊機和
木屑顆粒機可以直徑把農作物秸稈以及木屑等廢棄物壓制成生物質成型煤，如下圖所示：）。美國、瑞典等采用脫水泥炭和磨細的生物質混合、擠壓、切割成型生產型煤。國內許多高校如大連理工大學、浙江大學、太原大學、河南理工大學、昆明理工大學等在生物質型煤燃燒機理、特性及反應動力學方面做了一些研究。在排放及污染特性研究方面，美國加州大學的Jenkins BM等對牛物質中堿性元素在燃燒過程中的影響與排放進行了研究。國內南京林業大學等研究表明生物質具有良好的固硫效果。國內外對煤與生物質的成型技術和工藝方面也有很多研究，但對改性生物質和無機固化劑的交聯粘結機理及影響因素系統研究較少。采用NaOH改性后的稻草秸稈添加無機固化劑制備新型復合粘結劑，通過實驗研究其可行性，分析其成型和固硫機理。
1、實驗原料
原料煤粉采用粒狀、小塊狀，呈黑色而有光澤，質地細致的粉煤。生物質選用稻草秸稈，取自四川農村，粉碎至5cm以下備用。用2%的NaOH溶液在90℃下堿液環境中改性處理4h。無機固化劑采用Mg0和MgCI2，生物質樣品及原料煤的工業分析數據。
析型煤的形貌結構和成分組成，研究復合粘結劑的成型及固硫效果，生物質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燒使用。
2、實驗原理
復合型煤粘結劑由改性后的生物質粘結劑和無機同化劑組成。稻草秸稈經NaOH堿處理制得固液混合物，由生物質纖維和黏稠液組成。堿液在90℃釋放出-OH，-OH破壞細胞肇中木質素的吡喃環，拆開與木質素相互纏結的纖維素和半纖維素，分解了木質素與半纖維素的空間立體交聯網狀結構，破壞生物質的原始彈性。生物質分解產生的糖類物質以及果膠、單寧等物質具有粘結作用。當溫度為90℃時，木質素的分解率可達到70%，部分分解，未分解的纖維素和半纖維素將在型煤中起物理連接、拉伸作用。通過生物質型煤的SEM圖可以看出生物質纖維在型煤中形成復雜的空間網狀結構，可以粘結大量煤粒。
實驗所用的無機固化劑主要選用具有一定活度的氯化鎂溶液和氧化鎂，在水環境F發生凝固反應生成氣硬性混凝士氯氧鎂水泥，其反應方程式如下：
文獻表明，Mg0和MgCl2會與H20反應生成具有高強度的鎂水泥。鎂水泥可以在常溫常壓下硬化，硬化后具有良好的抗滲性。因此，為了提高型煤的防水性，可使用適量Mg0和MgCI2與改性生物質秸稈組成復合粘結劑。實驗采用的是濕態成型，無機固化劑在成型的過程中會發生凝固反應，提高型煤的強度。
3、實驗結果分析
3.1抗壓強度
抗壓強度是生物質型煤各項機械性能指標中最直觀、最具代表性的指標。實驗制得的型煤樣品抗壓強度為796.6 N，滿足儲存運輸的要求，而只添加改性生物質型煤的抗壓強度為66.7 N。實驗結果表明，添加復合粘結劑可以提高單一生物質型煤的抗壓強度。
3.2添加復合粘結劑前后型煤分析
3.2.1形貌分析
采用SEM形貌表征和EDS能譜對樣品進行元素分析。分析結果如下：
在型煤加壓成型、干燥固結過程中，鎂摹粘結劑發生水化反應，在煤粒表面和孔隙中形成了凝膠體和各種形態的晶體。鎂基粘結劑屬于結晶硬化和膠體硬化反應，它們與水作用生成凝膠。凝膠和不規則的晶體分布越均勻，型煤的粘結性就越好。這些絮狀凝膠體、晶體，形成的固體橋鍵將煤粒牢固的粘結在一起。由于煤具有高孔隙率的分子篩結構，粘結劑進入煤粒內孔和裂隙中，加周了粘結劑和粉煤形成的固體橋鍵，使粘結劑與煤粒更緊密的結合。
從型煤的濕態粘結機理來看，煤在破碎加工過程中，其中一些橋鍵或品格斷裂，形成一些不飽和鍵，使煤粒表面產生微弱的負電荷，親水的無機鎂基固化劑和極性的水分子被煤粒吸附形成水化膜，煤粒通過粘結性的水化膜連接而成型，無機固化劑在瓔煤內形成晶體網絡。生物質纖維的加入，型煤內的水分可以通過纖維形成的孔隙和表面積向外界發散。生物質的加入脫去了無機粘結劑中結晶水分，型煤隨水分蒸發而收縮，顆粒間距離減小，碎散阻力增大，型煤強度增加。
3.2.2成分分析
添加粘結劑后，型煤中Na、Mg、CI等元素明顯增加，依照圖2可以看出，堿化處理后的生物質纖維在煤體內形成了良好的網絡結構，這些元素是依附在生物質纖維及煤粒表面的主要成分。添加復合粘結劑后，煤的表面有較多的呈絮狀的粘附物質，這些粘附物質在纖維表面和煤粒的表面都大量存在，復合粘結劑的吸附、粘結效果很明顯。
圖3是對型煤中生物質纖維表面以及與煤粒連接處的EDS元素分析，譜圖1、2是測定生物質纖維的表面元素組成，譜圖3是生物質纖維外附顆粒的元素組成，譜圖4是生物質纖維與煤粒連接處的物質元素組成。由4個譜圖元素的結果對比可以看出，生物質型煤中纖維表面以及和煤質的連接處有外加元素Na、Mg、Cl的存在，Na元素通過堿處理吸附在纖維內表面，在纖維的外表面及纖維與煤粒之間并不存在Na元素。Na元素足降解纖維的重要元素，但并不是起粘結作用的主要元素。Mg、CI元素在纖維表面及與煤粒的粘結處都存在，說明在生物質型煤的粘結中Mg、C1元素是主要的粘結物質。其中C1元素集中存在于纖維表面及煤粒問隙，是起粘結作用較強的元素。
3.3固硫效果的研究
對燒結前后的無粘結劑的型煤和添加粘結劑的型煤進行元素組成的分析，得到結果見表3。
由表3中S元素的成分變化可以看出，沒有添加復合粘結劑的型煤有91. 88%的S以揮發物的成分排出，而添加粘結劑后的S的揮發比例降為66%。這表明復合粘結劑的固硫效果明顯，固硫率為34%。
在型煤固硫中，可燃硫的存在形式主要取決于S02向反應表面擴散的速度，S02與固硫劑的反應速度以及硫酸鹽的分解速度。復合粘結劑中的生物質粘結劑和鎂基粘結劑都起到了一定的固硫效果。生物質在低溫時就開始燃燒，在型煤內部產生許多微孔，這些微孔中含有具有極高表體比的生物質灰，對產生的S02有吸附作用。隨著溫度升高，生物質燃盡，使型煤具有高孔隙率，增強了S02和02向固硫劑( Mg0)顆粒內部的擴散，當S02通過這些孔隙時，會增加與固硫劑( Mg0)接觸的機會，固硫劑( Mg0)在高溫下可以與S經過復雜反應生成Mg-SO。固態，達到固硫效果。將表3燃燒前后生物質型煤中Mg的含量對比得出71.9%的Mg以固態形式存在在灰渣中。將煤完全燃燒的灰渣進行XRD譜圖分析，如圖4所示。
從圖4可以看出，完全燃燒的型煤固硫物相為MgS04，其他物相不明顯。這說明灰渣中的S主要是以MgS04的形式存在。這充分說明復合粘結劑中的鎂基固化劑具有良好的固硫效果，生物質粘結劑的加入增強了固硫效果。
4、結 論
三門峽富通新能源生產的木屑壓塊機、木屑顆粒機可以生產生物質成型煤。
(1)通過實驗得出，采用改性生物質和無機固化劑組成的復合粘結劑制備型煤是可行的。該復合粘結劑充分利用了改性生物質和無機固化劑的粘結優勢，有效地提高了型煤的抗壓強度。
(2) SEM、EDS分析得出NaOH是降解纖維的主要物質，Na元素主要存在纖維，并不是粘結作用的主要元素。纖維與煤粒表面主要吸附元素為Mg、Cl，這些元素的存在狀態有待進一步分析，為后期的粘結劑配方調整提供有效依據。
(3)復合粘結劑具有良好的同硫效果。添加復合型煤粘結劑前后，型煤中的S以揮發成分排出的比例從91. 88%降至66%，復合粘結劑具有較好的固硫效果，固硫率為34%，固硫最終產物為MgS04。
