我国是一个富煤,贫油、少气的国家,褐煤和烟煤等非炼焦煤资源相对丰富,优质炼焦煤资源极其匮乏。伴随着国民经济的快速发展,我国钢铁工业发展迅猛,规模不断扩大。然而钢铁生产所需要的优质炼焦煤和焦炭的供应越来越紧张,矛盾日益突显。以扩宽炼焦煤资源、节约优质主焦煤为目标,针对利用低阶煤制备炼焦用新型粘结剂以及粘结剂在炼焦中的应用基础展开研究,以期获得高反应性和高反应后强度焦炭,为高炉低燃料比下提高冶炼效率和维持稳定顺行提供原料支撑。本论文首先研究了单一煤粉制备超精煤粘结剂(HPC)的有机溶剂热萃取工艺;为提高煤粉萃取率,探究了低阶煤与生物质协同热萃取制备生物质-煤粉混合型超精煤(BIOC-HPC)的可行性;基于HPC的强粘结性,进行了配加HPC炼焦研究,探究了不同HPC类型对焦炭质量的影响以及作用规律具体包括:(1)从化学成分、形貌特点、碳质结构和显微组分特点等方面分析了原煤与HPC的基础性能异同,探究了低阶煤制备HPC的工艺条件。与原煤相比,溶剂热萃取得到的HPC理化性质变化明显,燃烧性能、高位发热值和粘结性都大幅提高,灰分含量显著降低。研究了煤阶、反应温度、热萃取时间、液固比对HPC萃取率的影响,得到了适宜的反应条件:反应温度为340-360℃,液固比为50 mL/1 g,反应时间为60 min。获得了HPC与原煤在碳质结构、光学组织和元素含量上的变化规律,与原煤相比,HPC的H/C 比提高,O/C比降低,镜质组含量提高,说明溶剂热萃取过程中低阶煤的碳骨架结构发生断裂,HPC中脂肪烃含量增加,有序碳含量降低。(2)利用红外光谱、拉曼光谱、XPS光电子能谱和X射线衍射仪对低阶煤和生物质协同共热萃取制备的BIOC-HPC的理化性能进行了分析。结果表明,生物质种类对BIOC-HPC萃取率有一定的影响,木质素含量高的生物质对煤的萃取具有协同作用,而油脂含量高的生物质对煤的萃取具有拮抗作用。生物质的配加比例对BIOC-HPC萃取率的影响与煤的煤阶有关,对于煤阶高的煤种,提高生物质配比有助于提高BIOC-HPC的萃取率;对于煤阶低的煤种,生物质的配比不宜超过50%,主要原因是过多的添加生物质,会增加溶液中小分子物质的含量,在高温高压作用下自身会发生络合反应生成难萃取的大分子化合物,从而降低了萃取率。通过分析BIOC-HPC碳质结构的变化规律,明晰了生物质对低阶煤萃取的作用机理,为实现低阶煤和生物质的高值化应用提高了理论基础。(3)从BIOC-HPC焦炭(配煤中添加BIOC-HPC炼焦制得的焦炭)的微晶结构、孔结构分布、光学组织等方面分析了生物质添加量、BIOC-HPC添加量对BIOC-HPC焦炭强度的影响规律。结果表明,萃取时生物质的适宜添加比例为20%,继续增加生物质含量,BIOC-HPC的粘结指数下降,制备焦炭的冷态强度降低。生物质的增加会提高BIOC-HPC中氧氮杂环的含量,BIOC-HPC的挥发分含量升高,在碳化过程中孔隙结构发生变化,不均匀度提高,减小了 BIOC-HPC的热塑区间,导致成焦过程中焦炭的劣化;过多的生物质热解,容易产生小分子和还原性氢,使得萃取后的中型分子继续断裂,降低了胶质体含量,BIOC-HPC的粘结性能变差。(4)研究了 BIOC-HPC添加比例对焦炭气化反应以及气化前后焦炭冷热强度的影响。BIOC-HPC可以作为添加剂配煤炼焦,但存在适宜的使用比例。通过分析BIOC-HPC焦炭反应前后碳质结构和强度变化,得到了 BIOC-HPC适宜添加比例为10%-15%。当BIOC-HPC的添加量超过20%时,焦炭的冷热强度都急剧下降。探究了 BIOC-HPC添加比例对焦炭CO2气化反应行为的影响,并对焦炭的气化反应动力学进行研究,发现与RPM模型具有较高的拟合度,计算了不同配比下BIOC-HPC焦炭气化反应动力学参数,发现BIOC-HPC焦炭在气化过程中存在动力学补偿效应。随着BIOC-HPC比例的增加,焦炭的气化反应性提高,说明添加BIOC-HPC可以提高焦炭的气化反应性能。通过探究碳质结构、挥发分含量、比表面积和光学组织对焦炭气化反应性能的影响,发现比表面积和光学组织是决定BIOC-HPC焦炭气化反应性能的主要因素。研究结果将为低阶煤和生物质的绿色、高值化应用提供新的思路。