配煤對水煤漿性能影響研究

周鴻宇，張甜甜

(隴東學院 化學化工學院，甘肅 慶陽 745000)

水煤漿(Coal Water-slurry，簡稱cws)是由煤漿燃料派生而來的，是一種煤基潔凈燃料，是把煤粉碎與添加劑水溶液進行混合制備成的漿體。水煤漿是一種復雜的分散體系，影響煤的成漿性、漿體流變性及穩定性的因素眾多。以往的工作[1]對制約水煤漿性能的因素進行了研究，但由于受到多種因素的影響，得出的結論和看法各不相同[2-5]。如空氣平衡水分與最高內在水分對煤漿性能的影響程度；煤中礦物質及礦物質在煤漿中的溶出特性對水煤漿性能的影響；煤的表面電化學性質對煤漿的影響及煤的孔隙結構與煤的比表面積對水煤漿性能的影響等均有不同觀點。

配煤制漿是一種能夠擴大制漿煤種而又簡易經濟的方法[6-7]。在水煤漿技術應用與推廣的過程中，如何用難制漿的的煤種制得高濃度、低黏度、流動性好的水煤漿一直是人們關注的問題。配煤制漿技術可以提高煤漿性能，降低生產成本，而且原料煤適用范圍大，對原料多樣化及合理利用資源具有重大意義[8-11]。本文通過對甘肅華亭、甘肅張掖和陜西神府三個地方的煤進行單煤制漿、不同質量比的兩種煤和三種煤配煤制漿實驗，研究配煤對水煤漿性能的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

1.1.1 實驗原料及試劑

華亭煤、張掖煤、神府煤、十二烷基苯磺酸鈉，聚丙烯酰胺10000以上原料規格均為工業用品。

1.2 實驗方法

1.2.1 煤漿制備

將3種原料煤先用顎式破碎機破碎至直徑20mm以下，再在密封式化驗制樣粉碎機中磨細。磨細后利用振蕩篩進行篩分，選取120目的煤樣，干燥貯存待用。

本實驗采用干法制漿，雖然干法制漿的能耗比濕法的高，但是干法制漿能使煤漿獲得最高的堆積效率，提高煤漿的濃度。稱取1.0g的十二烷基苯磺酸鈉，倒入蒸餾水中，用攪拌器充分攪拌使其溶解，溶解后，調慢攪拌器的轉速，快速加入已稱取的煤樣。保持攪拌器的轉速為800～1000r/min，攪拌時間為15min。即可成漿。在配煤制漿中，2種煤的質量比選為1:1、1:5、5:1，3種煤的質量比選為1:1:1、1:2:3。實驗煤和添加物的比例為6:4與7:3之間。

1.2.2 性能測定

1.2.2.1 黏度測定

使用NDJ-8S旋轉粘度計測量，選擇適當的轉子，開啟旋轉粘度計，計時，從第五分鐘開始讀數，每過一分鐘讀取一次并做記錄，共記10次，計算取其平均值作為最終黏度。

1.2.2.2 靜態穩定性[12]

① 攪拌水煤漿試樣使之均勻，將其倒入已知質量的瓶中，記錄水煤漿總質量mz，放置7天。

② 7天后，將瓶內水煤漿倒入預先精確稱量并干燥清潔的接收瓶中，將接收瓶倒置與裝有水煤漿的試樣瓶口對正，后將其顛倒過來傾倒，10min后停止傾倒，帶上接收瓶和試樣瓶瓶蓋。

③ 稱量接收瓶總質量，計算接收瓶中水煤漿的質量mb＇；稱量試樣瓶總質量，計算試樣瓶中殘留物的質量mb。

④ 穩定性計算公式：

式中：SBsta為水煤漿靜態穩定性，%；mb為水煤漿靜置7天后試樣瓶中殘留物的質量，g。

1.3 結果與討論

1.3.1 單煤制漿實驗

一般要求水煤漿的黏度小于1200mPa·s，而工業應用的水煤漿黏度通常為1000mPa·s。不同煤種水煤漿成漿性能比較見表1。

由表1可知：對于給定的水煤漿添加劑，由于煤質的差異，3種單煤成漿性能屬張掖煤最差，其黏度為1162mPa·s，穩定性為13.11%。由華亭煤制得的水煤漿黏度為996.8mPa·s，穩定性稍差，為15.34%。由神府煤制得的水煤漿黏度為987.6mPa·s，穩定性為13.26%。比較來說，神府煤成漿性能最好，符合國家標準，即是如此，還需通過配煤提高煤的成漿性能。

表1 3種煤的成漿特性數據Tab1 Maximum solid concentration and stability of three coals

1.3.2 配煤制漿實驗

在配煤制漿中，將華亭煤和張掖煤的組合記為組合1，張掖煤和神府煤的組合記為組合2，華亭煤和神府煤的組合記為組合3，華亭煤、張掖煤和神府煤的組合記為組合4。4種組合中分別以不同的比例配制水煤漿，實驗數據如表2所示。

表2 配煤制漿的組分、比例黏度以及穩定性Tab1 Maximum solid concentration and stability of blending coals

由表2可知： (1) 配煤組合制得的水煤漿的穩定性差別較大，且所有配煤水煤漿的黏度分布在591.8～1394.0mPa·s，符合國家標準。其中黏度最低為華亭煤和神府煤的組合，黏度最高的為張掖煤和神府煤的組合。

(2) 配煤所得的水煤漿的成漿性能不一定比單煤的好，有些配煤所得到的水煤漿的穩定性較單煤的成漿穩定性好，而有的比兩種單煤的成漿穩定性都要差。

(3) 同一配煤組合中，不同質量比所得到的水煤漿的穩定性相差較大，而且配煤的成漿穩定性和配煤比呈非線性關系。如：華亭煤和張掖煤在1:1的質量配比下得到的水煤漿的穩定性為20.28%，張掖煤的比重越大，配煤成漿的穩定性越好。

(4) 配煤的穩定性和粘度相差較大可能與三種煤的煤質因素和煤種間相互作用的效果不同有關。配煤煤種的選擇以及配比的不同，會影響配煤的水煤漿性能。

2 結論

根據對甘肅華亭，甘肅張掖，陜西神府3種煤進行單煤和不同質量比配煤的成漿性能的研究，獲得如下結論：

(1) 用十二烷基苯磺酸鈉作為分散劑制備的水煤漿其性能較好且經濟性好。在煤水質量比為6:4時黏度和穩定性最佳分別為1162.0 mPa·s和13.11%。

(2) 煤質因素是影響煤炭成漿性能的主要因素，高內在水分、高含氧量是難成漿煤種的特點。

(3) 由于煤種間相互作用的效果不同，配煤煤種的選擇以及配比的不同，都影響配煤的水煤漿性能。

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