配煤提高水煤漿濃1

配煤提高水煤漿濃度GUTian-ye,WUGuo-guang,LIQi-hui,SUNZhi-qiang,ZENGFang,WANGGuang-you,MENGXian-liang中國，徐州，中國礦業(yè)大學(xué)，化學(xué)工程與工藝摘要：利用三種不同的煤樣研究配煤對水煤漿濃度的影響。結(jié)果表明利用這兩種（hard-to-pulp）煤，它們的煤漿濃度能夠有效的提高并且能夠增加3%?5%。DLT煤（大柳塔煤礦）在成漿性和穩(wěn)定性方面比較差而且它的流動性也不是很好。當(dāng)已成漿煤的濃度超過30%時(shí)，水煤漿的所有性能都將會提高并且水煤漿將更適合作為一種燃料。煤化作用、多孔性、表明含氧官能團(tuán)、電動電勢和可磨性對于配煤制水煤漿的性能會有很大的影響。這就導(dǎo)致了在單煤制漿和配煤制漿對水煤漿的性能產(chǎn)生不同的影響。關(guān)鍵詞：低變質(zhì)程度煤、水煤漿、配煤、成漿性能、電動電勢說明水煤漿是一種新發(fā)現(xiàn)的作為替代石油的清潔的煤基液態(tài)燃料。水煤漿適用于多種工業(yè)鍋爐、工業(yè)電爐或者是火力發(fā)電廠的鍋爐。煤炭在水煤漿的成本中占很大一部分比例，由特殊煤制成的煤漿對產(chǎn)品的成本產(chǎn)生很大的影響。在我國用于生產(chǎn)焦炭的中等變質(zhì)程度的煙煤不是很豐富。長焰煤和不粘結(jié)煤在動力用煤中占有很大一部分比例，所有褐煤、低等變質(zhì)程度的煙煤和無煙煤常被用于電煤。褐煤和長焰煤的揮發(fā)份很高，燃點(diǎn)很低。但是這些煤內(nèi)水含量很高可磨性很差，這使得它們很難形成高濃度的水煤漿。而且制成的這些水煤漿都是難成漿和低熱值的。無煙煤內(nèi)水含量低、可磨性好有很高的熱值，但是無煙煤低揮發(fā)份和相對較低的燃點(diǎn)使得它很難燃燒。使用配煤的方法能夠提高這些難成漿煤種的成漿性能。配煤操作簡單成本較低，而且能夠幫助不同的煤種之間進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)。包括作者在內(nèi)的許多人都在研究如何利用難成漿的煤種制造出高濃度、低粘度、流動性又好的水煤漿。通過水煤漿的性能，我們研究了配煤對其的影響，希望從中找出提高地變質(zhì)程度煤成漿性能的方法。實(shí)驗(yàn)部分2?1煤樣對于這個(gè)實(shí)驗(yàn)我們選擇一下幾種不同煤樣：大柳塔煤礦的不粘結(jié)煤（DLT）、臨渙煤礦的焦煤（LH）、永城煤礦的無煙煤（YCH）。表1給出了這些煤的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)。表1煤樣基礎(chǔ)分析煤樣工業(yè)分析/%兀素分析/%灰渣特征HGI發(fā)熱量/KJ/gMadAadVdafCdafHdafOdafNdafSdt,adYCH1.4411.859.0992.053.192.971.170.55266.234.87LH0.7110.5721.2689.024.664.501.300.46784.836.49DLT11.545.4936.4280.864.0613.900.780.38257.630.472?2樣品的紅外光譜分析將一毫克煤（＜300目、在105-110°C下干燥）和100毫克溴化鉀放入瑪瑙研缽中，混合制成一個(gè)球。然后用傅里葉變換紅外光譜儀測量每一個(gè)樣品。傅里葉變換紅外光譜儀的參數(shù)：波長4000-400cm-1、分辨率0.5cm-1、掃描次數(shù)32/64。2.3孔隙度和孔徑分布煤是一種復(fù)雜的多孔固體。從分子尺度來看煤最基本的結(jié)構(gòu)單元是芳香環(huán)或者是氫化芳香環(huán)。健橋?qū)⒎枷銦N連接成立體三維結(jié)構(gòu)使其具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)。毛孔可以分為宏觀毛孔，中等大小毛孔微孔。大孔徑可能也是微米級別的而較小的孔徑就更小了，甚至連氦元素都無法進(jìn)入。用孔隙率計(jì)來衡量煤樣的比表面積，總孔容和孔徑分布。2.4煤的表面電位在不同的PH值下將煤粉放入去離子水中，用超聲分散儀分散五分鐘。用微電泳儀測量其電動電勢，用酸度計(jì)測量其PH。2.5制備水煤漿對于生產(chǎn)水煤漿的煤樣要用XMB-70型棒磨機(jī)磨制成不同大小的粉末。水煤漿的粒度大小要滿足“阿爾弗雷德”粒度分布：粒度的上限不能超過400》m，而且超過75%的粒子要小于75》m。分散劑使用萘系，需要進(jìn)一步的細(xì)節(jié)操作請參考文獻(xiàn)⑹。3?結(jié)果與討論3.1煤質(zhì)對水煤漿濃度的影響研究表明O/C元素比對水煤漿濃度有很大影響，O/C元素比越大成漿性能就越差。0/C元素比反映了有許多含氧官能團(tuán)存在于煤中，這些含氧官能團(tuán)包括羰基、羥基、羧基等。隨著煤的變質(zhì)程度的增加，o/c元素比和一些極性官能團(tuán)的數(shù)量會減少，但是煤的成漿性能會增加。煤的內(nèi)水含量越高其水煤漿的粘度就會越低，成漿性能就會很差。高內(nèi)水含量表明：煤的表面有許多的吸收分子；有相當(dāng)多的水分分布于煤的內(nèi)表面。對于給定質(zhì)量濃度是水煤漿，這樣水分的存在會減少用于懸浮漿的水的體積，從而導(dǎo)致了表觀粘度的增大。而且，灰含量越高其表觀粘度越低從而水煤漿就越穩(wěn)定。3.2含氧官能團(tuán)對水煤漿的影響4000站00 30fl0 2500 2000J5U01000 500WtivcuumhkEr(tm')圖1三煤樣的紅外光譜圖官能團(tuán)的振動分為四區(qū)：第一個(gè)用X-H表示伸縮振動區(qū)，這幾個(gè)伸縮振動區(qū)是C-H、N-H、O-H等，它們所使用的頻率是在4000-2500cm-1之間；第二個(gè)是雙鍵伸縮振動區(qū)，所使用的頻率是2000-1500cm-1之間，包括伸縮振動和骨架振動，其中的芳香環(huán)如C=C、C=O、C=N、NO2；第三區(qū)是單鍵振動區(qū)；第四區(qū)是指紋區(qū)。某些官能團(tuán)如-OH、-COOH具有電負(fù)性，煤表面的電負(fù)性隨官能團(tuán)組的增加而增加。羥基的吸收峰在3450-1260cm-1之間，然而羰基和羧基的吸收峰在1700cm-1。從圖1中能夠看出低價(jià)煤有較高的吸收峰值和較大的吸收面積。這些變化表明官能團(tuán)組數(shù)量的增加，能夠增加煤表面的電負(fù)性。大柳塔煤就是一種低變質(zhì)程度煤，它比其他煤含有更多的羧基和羥基，永成煤的羧基和羥基的數(shù)量比較少。煤表面的極性官能團(tuán)的數(shù)量越多，煤的親水性就越好。親水性越好煤表面的吸收的水分就越多，這種特性能夠使煤的表面形成堅(jiān)固的水化膜減少大量的自由水。極性官能團(tuán)也能夠更好的吸收表面活性劑分子。分散劑是兩親性表面活性劑，它有一個(gè)親油端和一個(gè)親水端。親油端被煤表面吸收，親水端被水吸收。這會導(dǎo)致水化薄膜的形成，使固體分散從而降低水煤漿的粘度。3.3煤樣的孔隙度表2三樣品孔隙度煤樣YCHLHDLT總孔隙體積0.02260.02000.0637內(nèi)表面積5.45974.959811.9962體積中值0.01630.01730.0300區(qū)域中值0.01050.01010.0103從表2中能夠看出大柳塔煤的總孔隙體積最大為0.0637毫升/克，臨渙煤的最小為0.0200毫升/克。煤樣的內(nèi)表面積有相同的趨勢，永城為5.46平方米/克，大柳塔為12平方米/克，臨渙為4.96平方米/克。從以上可以說明總孔隙體積和沒表面積隨煤質(zhì)的增加而增加。大柳塔煤包含許多的大孔徑和中孔徑，但是微孔徑很少。臨渙煤是一種中級煤，有緊湊的結(jié)構(gòu)。低階煤的孔隙是在成煤的過程中由膠體擠壓形成，所以形成的都是大孔徑。中等變質(zhì)程度的煤要進(jìn)一步的擠壓結(jié)構(gòu)變的更加緊密，所以形成的大都是微孔。高變質(zhì)程度的煤，例如無煙煤等，更進(jìn)一步的壓縮更大的內(nèi)部空間，所以就形成微裂隙。煤的孔隙影響煤的吸水性，因而進(jìn)一步影響水煤漿的成漿性能。不同煤對水的吸水是影響水煤漿表觀粘度的一個(gè)重要因素。有效的大孔徑和中孔徑有助于提高不同煤的水煤漿的成漿濃度。因此孔隙結(jié)構(gòu)越發(fā)達(dá)，內(nèi)表面積就越大。在潮濕環(huán)境下，孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)展一個(gè)重要的因素就是內(nèi)水含量很高：比表面積大也會導(dǎo)致添加劑的高消耗。微孔隙對于水煤漿的存儲有很大的影響，一個(gè)大的孔隙體積可能加快水煤漿由軟沉淀轉(zhuǎn)化為硬沉淀，這是因?yàn)榉稚┻M(jìn)入微孔隙。此外，發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)可能包含大量的空氣并有水滲透進(jìn)入，導(dǎo)致水煤漿發(fā)鼓、干燥和迅速老化。這導(dǎo)致水煤漿的運(yùn)輸和儲存有很大的困難。3.4表面電動電勢和等電點(diǎn)不同的煤樣從圖2中能夠看出，當(dāng)電動電勢為零時(shí)，PH值在等電點(diǎn)。1） 去離子水的表面電位在一定程度上降低PH值的增加，細(xì)小的顆粒有較小的表面積、低的PH值和等電點(diǎn)。這是因?yàn)樾☆w粒的相對表面積比大顆粒的要大的多，因此造成水溶性例子更容易滲出。2） 三種煤樣的等電點(diǎn)隨著煤變質(zhì)程度的增加而增加，這表明低階煤中的H+需要煤表面的負(fù)電中和。換句話說，就是隨著煤變質(zhì)程度的增加煤中帶負(fù)電荷的官能團(tuán)的數(shù)量也隨著增加。根據(jù)紅外頻譜分析，大柳塔煤的等電點(diǎn)最低，說明煤中象羥基和羧基這樣的含氧官能團(tuán)很多。表面電動電勢能夠反映煤表面的親水性，煤表面的親水性影響水煤漿的表觀

粘度、流動性和穩(wěn)定性。對于相同添加劑是水煤漿來說，高的電動電勢有利于水煤漿的粘度降低和改善其流變特性。圖2不同PH值煤樣的電動電勢3.5制備不同特性的水煤漿表3不同煤種水煤漿的屬性煤樣永城臨渙大柳塔濃度煤樣永城臨渙大柳塔濃度/%表觀粘度/mPa.s穩(wěn)定性/d最高濃度/%70.971402-768.911027468.868.72964466.25329170.621100-769.89998469.968.52621367.86523158.141156657.27941457.555.42619254.325331從表3中能夠看出作為動力煤的臨渙煤能夠形成更好的水煤漿。雖然永城煤是無煙煤，有很高的熱值，但是其燃燒性能很差。表 3中最高濃度都是以1000mPa.s為基點(diǎn)取的值。永城煤和臨渙煤的最高制漿濃度都在68%以上，因?yàn)楸坏?，所以兩種煤的粘度迅速下降。假設(shè)在容許的濃度區(qū)間，這兩種煤可以用來生產(chǎn)低粘度的水煤漿，并且水煤漿還具有良好的流變性、穩(wěn)定性很燃燒性。大柳塔煤的成漿性能較差，穩(wěn)定性也很差，最高制漿濃度只能達(dá)到57.5%。

3.6大柳塔煤配煤制漿大柳塔煤是一種難成漿煤種。依據(jù)單煤的性質(zhì)，將大柳塔煤、臨渙煤、永城煤進(jìn)行配煤制漿。分別將永城煤和臨渙煤按10%、20%、30%、40%的比例配入大柳塔煤中。臨渙煤和永城煤的絕對電動電勢比大柳塔煤的要小，細(xì)顆粒有更小的PH值和等電點(diǎn)。此外，大柳塔煤的孔隙比其他的煤要多。因此，大柳塔煤能與更小顆粒的永城煤和臨渙煤混合。80OoO951-H-AJJ-oooO0000739580OoO951-H-AJJ-oooO000073952-21100

U20 40 60 80 100 120Shearrate侶300710 2。斗0 60 80 100 120Shearrate(s-1)ooO冗孔90221700大柳塔煤與不同的永城煤之間配煤制漿結(jié)果大柳塔煤與不同臨渙煤之間配煤制漿結(jié)果大柳塔煤與不同的永城煤之間配煤制漿結(jié)果大柳塔煤與不同臨渙煤之間配煤制漿結(jié)果O90O9011+DLTt-￥CH+LH;1O%JOSveH-r.iiJOSveH-r.ii；2o%xYCH+UI：30^YCH-LII;4tmIX10IX100 20 40 60 100 120Shearrate(s1)大柳塔煤與永城煤和

臨渙煤的復(fù)配

圖4不同比例混煤水煤漿的流變特性從圖4中能夠看出臨渙煤和永城煤更易制漿，所以通過添加這兩種煤就能夠提高大柳塔煤的成漿性能。大柳塔煤的成漿濃度很低，在表觀粘度941mPa.s時(shí)濃度只有57.5%。當(dāng)臨渙煤和永城煤配比量高于30%，所制得水煤漿濃度很高，其制得的漿體濃度高于60%。最高濃度是水煤漿的一個(gè)重要指標(biāo)，高濃度可減少能源消耗和耗氧量。結(jié)論1） 內(nèi)水含量、哈氏可磨性指數(shù)和灰含量對水煤漿濃度有很大影響。配煤可以有效的降低含氧官能團(tuán)的數(shù)量和提高煤表面吸收陰離子的能力，增加成漿性。煤的電動