第4期選煤技術(shù)2004年8月COAL PREPARATION TECHNOLOGYg2004文章編號:1001-3571(2004)04-0045-05超細(xì)煤水煤漿流變特性的研究董平12,呂玉庭2,陳俊濤(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京校區(qū))化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京2.黑龍江科技學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱摘要:利用不同變質(zhì)程度超細(xì)煤粉進(jìn)行超細(xì)煤水煤漿的成漿試驗,研究了超細(xì)煤粉的粒度組成、制漿濃度和添加劑種類及用量對趯細(xì)煤水煤漿流變特性的影響。試驗結(jié)果表明,不同變質(zhì)程度的煤成漿特性有很大的區(qū)別。另外,還介紹了一種評價水煤漿分散劑分散效果的方法一—潤濕熱對比法。關(guān)鍵詞:超細(xì)煤粉;超細(xì)煤水煤漿;流變特性;添加劑;澗濕熱中圖分類號:TQ536文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A超細(xì)煤水煤漿是介于常規(guī)水煤漿和精細(xì)水煤漿之間的一種全新的、環(huán)保效果顯著的水煤漿。由于常規(guī)水煤漿的煤粒粒度較粗,流變粘度大等問題,收稿日期:2004-06-16基金項目:黑龍江省科技廳2002年攻關(guān)項目(200201010)給商業(yè)化應(yīng)用帶來了極大的不便。而精細(xì)水煤漿制作者簡介:董平(1963-男,遼寧省北票市人,副漿成本高,工業(yè)化應(yīng)用與試驗開展得很少,限制了教授。中國礦業(yè)大學(xué)北京校區(qū)在讀博士研究生,現(xiàn)在黑龍該技術(shù)的推廣應(yīng)用。因此,降低制漿原料的粒度上江科技學(xué)院黑龍江省潔凈煤技術(shù)研究中心從事潔凈煤技術(shù)限及粗粒含量,減小煤粒的平均粒度,已成為目前研究工作。聯(lián)系電話:0451-88036141。水煤漿技術(shù)研究的重點(diǎn)。85h以后微溶或不溶的那部分結(jié)構(gòu)鐵被解釋為高該地高嶺土中的鐵含量最低可降至0.26%。嶺石四面體晶格中的鐵是比較合理的,因為以類質(zhì)(2)影響浸出除鐵效果的主要因素是浸出溫同象形式進(jìn)入四面體中的鐵更難溶些( Erbil-度和試劑濃度。隨著溫度升高,鐵的浸出率增大Ion,1976)。當(dāng)浸出溫度小于60℃時,溫度變化對鐵浸出率的影響不大,當(dāng)溫度超過80℃時,各試劑的鐵浸出0282率均明顯增大,但此時高嶺石的結(jié)構(gòu)受到破壞。酸濃度增大,除鐵效果均明顯提高,其中鹽酸濃度的0.42變化對除鐵率的影響最大。0.390.56(3)浸出試驗的鐵、鋁溶解比較動力學(xué)分析表明,礦物相的鐵、高嶺石晶格中四面體配位的鐵和浸出時間/h八面體配位的鐵是該地高嶺土中鐵的三種賦存形式。圖3鐵、鋁溶解比較動力學(xué)關(guān)系參考文獻(xiàn)以上討論表明,浸出試驗既可確定礦物相鐵的[1]彭崇慧,等。絡(luò)合滴定原理[M].北京:北京大含量,還提供了一種區(qū)別鐵的存在形式的方法,并學(xué)出版社,1981且根據(jù)其鐵、鋁溶解比較動力學(xué)分析進(jìn)一步確定了21 J M Miller(美),化學(xué)分析中戶分離方法[M鐵的賦存狀態(tài)葉明呂,等譯,上海:上海科技出版社,1981.[3]華中師范大學(xué)編,分析化學(xué)[M],北京:人民4結(jié)論育出版社,1981[4]周公度,晶體結(jié)構(gòu)測定[M],北京:科學(xué)出版社(1)該地高嶺土浸出除鐵效果最好的是鹽酸最佳浸出條件是:浸出溫度80℃,酸濃度25%,[5]楊晚杰,東勝高嶺土選礦工藝礦物學(xué)研究及化學(xué)浸出時間4h,礦漿濃度5%。浸出除鐵后高嶺土的功率超聲剝片方法的揮討[D].北京:中國礦業(yè)鐵含量從0.73%降為0.28%,鐵脫除率為62%。大學(xué)北京研究生部,1996第4期2004年8月25日1超細(xì)煤粉的制備業(yè)集團(tuán)大隆礦原煤(t)和山西西山杜兒坪三尺煤(xs)。所采集的煤樣按照GB13212-77、GB476-試驗煤樣主要來源于黑龍江省七臺河礦業(yè)精煤79進(jìn)行化驗,各煤樣的元素分析和工業(yè)分析結(jié)果集團(tuán)新興選煤廠的洗選精煤(qth)、遼寧省鐵法礦見表1。表1各煤樣的元素分析與工業(yè)分析結(jié)果樣品名稱(Ca)w(H灬)(N)(S4)(0)M,A大隆()77.715.511.190.3915.203.6121.7637.94七臺河(qth)87.431.250.215.582.578.7530.6233.141.261.002.352.245.7113.8435.99所需超細(xì)煤粉利用QLM-90氣流磨加工。根不同粒度組成的超細(xì)煤粉樣。根據(jù)超細(xì)煤粉的特?fù)?jù)QLM-90氣流磨的工作原理,確定不同的渦輪點(diǎn),利用FM9300激光粒度分析儀對樣品進(jìn)行粒度式超微細(xì)分級器轉(zhuǎn)數(shù)(改變調(diào)頻器的轉(zhuǎn)數(shù)),得到測定,所得煤粉粒度特征見表2。表2不同煤樣超細(xì)化后的粒度特征表頻率/比表面積煤樣名稱H7.091564quh-156.303.761.5961.983qh-原樣18.9929.8917.977.710.7702.2317.4831.0817.160.97916.6.0ltf-1515.621.0561.587.6119.623.881.5451.5614.63Xs-1018.95X8-151.1610.5825.4216.778.030.798x-202010995512.457.30注:七臺河原樣是指利用振動磨粉碎后的煤樣水煤漿流變特性細(xì)煤粉進(jìn)行水煤漿的成漿試驗。水煤漿成漿試驗在實驗室內(nèi)完成,所用水煤漿分散劑為國內(nèi)常見的陰水煤漿是由煤粉、水和少量的添加劑混合而成離子型萘磺酸鹽DXF、A1和木質(zhì)素磺酸鹽類A2。的固液兩相流體。水煤漿的流變特性是指受外力作煤漿以1500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10min。制備好的水用發(fā)生流動與變形的特性。到目前為止的研究表煤漿馬上用國產(chǎn)的NXS-11型旋轉(zhuǎn)式粘度儀測定水明1“:由于制漿原料煤的性質(zhì)、制漿工藝、添加煤漿的流變特性及表觀粘度,并以剪切速率為50s-1劑種類和數(shù)量等因素的影響,水煤漿的流變特性千所對應(yīng)的表觀粘度來評價各煤樣的流變特性。用陰差萬別。大量試驗表明,水煤漿存在明顯的結(jié)構(gòu)化離子型萘磺酸鹽A1作水煤漿添加劑,用量為1%特征,一般都有屈服應(yīng)力的存在,而且有的還具有(按干基煤計算),所制備的水煤漿濃度見表3,表較大的觸變性和粘彈性。因此水煤漿更符合屈服冪觀粘度與平均粒徑的關(guān)系見圖1~圖3和表4。定律模型,即表3三種不同變質(zhì)程度超細(xì)煤粉的制漿濃度%T=7,+K()…(1)鐵法七臺河山西67.16式中:r,為屈服剪切應(yīng)力,N/m2。3超細(xì)煤水煤漿流變特性的研究3.1超細(xì)煤粉平均粒徑對超細(xì)煤水煤漿流變特性的影響本文利用事先制備好的三種不同變質(zhì)程度的超圖1鐵法煤樣制備的水煤漿流變特性曲線董平等:超細(xì)煤水煤漿流變特性的研究2004年8月25日(按于基煤計算),制備濃度為68%的水煤漿,其流變特性曲線見圖4。從圖4可以看出,摻混比為0.85:0.15和0.80:0.20時,水煤漿的流變特性300與qth-原樣沒有太大的區(qū)別;當(dāng)摻混比為0.75:0152025303540455055剪切速率/s1時,水煤漿的流變特性介于qth-原樣于圖2七臺河煤樣制備的水煤漿流變特性曲線15之間,說明水煤漿的流變特性發(fā)生了明顯的60P改變。由此可知七臺河煤樣的平均粒徑可控制在20μm之間,漿體的濃度可達(dá)68%,表觀粘度可低于1000mPa·s。據(jù)此類推,對于利用相同超細(xì)粉碎設(shè)備所制備的鐵法煤樣的平均粒徑可控制在15-17μm之間,這時漿體的濃度可達(dá)58%,表觀圖3山西煤樣制備的水煤漿流變特性曲線粘度可保證低于720mPa·s;山西西山煤樣的平均表4媒樣粒度與水蝶漿表觀粘度的關(guān)系(剪切速率50s)粒徑可控制在10~14μm之間,漿體的濃度可達(dá)媒樣名稱n/mPa69%,表觀粘度可低于500mPa·s;Tf-517.48Tf-1016.05670.231600TET-20Qth-原樣19965.21090.131350.26101418222630343842465054Qth-101430.40圖4七臺河煤樣不同粒度組成的水煤漿流變特性1448.371512.05(6)在所有制漿試驗中,除鐵法褐煤外,中xs-514.63350.00等變質(zhì)程度的煤表現(xiàn)出非常良好的成漿特性和漿體的流變特性,尤其是山西西山煤樣,該煤樣可制備1510.58出高濃度(最高可達(dá)71.34%)、低表觀粘度(最大表觀粘度為635.59mPa·s)的高質(zhì)量的水煤漿由圖1~圖3和表4可知:雖然用中等變質(zhì)程度的煤粉制備的水煤漿的流(1)低變質(zhì)程度的煤樣無法制備出較高濃度變特性為脹塑性流體,但這些水煤漿在較高制漿濃的水煤漿,鐵法煤樣最高試驗制漿濃度為58%。度情況下表現(xiàn)出了良好的流動特性。作者認(rèn)為出現(xiàn)(2)試驗煤樣制備的水煤漿的剪切應(yīng)力隨剪這種有別于大多數(shù)常規(guī)水煤漿流變特性的原因為:切速率的加大而增加,在相同剪切速率(5051)(1)由于煤經(jīng)超細(xì)化處理后,煤的表面結(jié)構(gòu)條件下,剪切應(yīng)力隨制漿煤粉平均粒徑的減小而提更趨向于偏平幾何結(jié)構(gòu),煤的比表面積大幅度提高高,表面張力和表面疏水性明顯增加。在制備水煤(3)除鐵法煤粉制備的水煤漿屬屈服假塑性漿的過程中,由于分散劑的加入,改善了超細(xì)煤粉流體外,七臺河和山西煤粉制備的水煤漿為脹塑性的親水性能,形成了結(jié)構(gòu)較為緊密的水化膜。當(dāng)大流體。量超細(xì)煤粉在有限空間內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)力混合時,超細(xì)煤4)試驗煤樣制備的水煤漿的表觀粘度在相粉顆粒間開始擠壓、接近,當(dāng)顆粒間距達(dá)到一定值同剪切速率(505)條件下,隨制漿煤粉平均粒時原有包在顆粒表面的水化膜首先在顆粒表面突出徑的減小而提高。部分兼并或破裂,發(fā)生顆粒間的聚集,逐漸形成了(5)從降低制漿成本角度出發(fā),可適當(dāng)控制大片的平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由于顆粒間的聚集是通過小超細(xì)煤粉的平均粒徑。為了考察制漿粉體粒度級配顆粒為橋梁聯(lián)系在一起的,因此微小顆粒充填到片對水煤漿流變特性的影響,本文選用七臺河煤平均狀平面網(wǎng)形結(jié)構(gòu)的空隙內(nèi),由于微小顆粒的填充作粒徑為18.99μm的原樣與平均粒徑為4.62μm的用,使網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的水被排擠出來,形成更加致密超細(xì)粉體煤樣按0.85:0.15、0.80:0.20和0.75的結(jié)構(gòu)。這些被排擠出來的水分布在層與層之間,025比例摻混,以A1為分散劑,用量為0.6%起到了潤滑作用,因此在一定濃度下(一般制漿第4期選煤技術(shù)2004年8月25日濃度高于65%)可制備出表觀粘度較低且流動性表面,極少一部分的水被結(jié)構(gòu)化在致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)良好的水煤漿。內(nèi)。當(dāng)再加入少量的水,使?jié){體的濃度低于臨界濃(2)在高剪切的情況下,某些原可以充填到度時,水煤漿的表觀粘度立即下降,流動狀態(tài)明顯網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的微小顆粒來不及充填而隨層間一起運(yùn)改善。因此,超細(xì)煤水煤漿臨界濃度是制漿最大濃動,形成了某種體積的“膨脹”。另外,這些微小度。在實際生產(chǎn)過程中要非常重視超細(xì)煤水煤漿臨顆粒在層與層間不斷地翻轉(zhuǎn),與其他顆粒碰撞,甚界濃度的存在。至粘附,使得層間不斷有能量的交換,增大了層間3.3分散劑的種類及用量對水煤漿表觀粘度的彩的內(nèi)摩擦力,使?jié){體表現(xiàn)出一定的脹塑性。32制漿濃度與水煤漿表觀粘度的關(guān)系3.3.1添加劑種類對超細(xì)煤水煤漿表觀粘度的影七臺河和山西西山煤制備的水煤漿濃度與漿體表觀粘度的關(guān)系見圖5和圖6。試驗條件為:室溫在制備超細(xì)煤水煤漿時,研究選用的分散劑是下制備不同濃度的水煤漿,添加劑為A1,用量為由中國礦業(yè)大學(xué)北京校區(qū)提供的陰離子型萘磺酸鹽0.8%(按干基煤計算)。通過對曲線的回歸分析,DXF、淮南礦業(yè)集團(tuán)提供的陰離子型萘磺酸鹽A1可得七臺河原樣制備的水煤漿濃度與表觀粘度的關(guān)和淄博化學(xué)公司提供的木質(zhì)素磺酸鹽類A2,添加系式為:劑量為1.0%。用山西西山煤-5、七臺河原樣和μ=16259-646.4C+6.25C2……(2)鐵法-10制備濃度分別為67.58%、66.39%和山西西山-5煤樣制備的水煤漿濃度與表觀粘58.28%的水煤漿。添加劑種類對水煤漿表觀粘度度的關(guān)系式為:的影響見圖7~圖9。。=269004.61-8227.94C+62.95C2(3)式中:C為制漿濃度,%。2002025勤速1550556065圖7添加劑種類與山西-5水煤漿流變特性的關(guān)系6264666870圖5七臺河原樣制備的水煤漿濃度與表觀粘度的關(guān)系101520253035404550圖8添加劑種類與七臺河原樣水煤漿粘度的關(guān)系1500圖6山西西山-5煤制備的水煤漿濃度與表觀粘度的關(guān)系從式(2)和式(3)中可以發(fā)現(xiàn),超細(xì)煤粉5101520253035404550556065的制漿濃度與漿體的表觀粘度的關(guān)系符合著名的愛圖9添加劑種類與鐵法-10水煤漿粘度的關(guān)系因斯坦方程式。從圖7~圖9可以發(fā)現(xiàn),不同種類的添加劑對超細(xì)煤水煤漿是一種典型的高濃度懸浮液,隨上述三種煤樣制備的水煤漿表觀粘度的影響是不同著制漿濃度的增加,漿體的表觀粘度增加。在漿體的,這種影響與煤粉的變質(zhì)程度有關(guān)。對于中高等濃度較低時,漿體的表觀粘度以線性趨勢增長;當(dāng)變質(zhì)程度的七臺河和山西西山煤的超細(xì)水煤漿,添濃度較高時,漿體的表觀粘度急劇增長。當(dāng)漿體濃加劑A1的性能要好于DXF,DXF好于A2;對于度達(dá)到臨界值時,漿體的粘度驟然增加,出現(xiàn)類似低變質(zhì)程度的鐵法褐煤,添加劑A2的降粘性能要瀝青一樣的膠體。這種膠體粘性大,具有明顯的粘好于添加劑A和DXF。彈性。這時所加入的水大部分用來潤濕超細(xì)煤粉的平等:超細(xì)煤水煤漿流變特性的研千究2004年8月25日3.3.2添加劑用量對超細(xì)煤水煤漿表觀粘度的影試驗結(jié)果為解釋添加劑種類對鐵法-10水煤漿表觀粘度的影響提供了理論依據(jù)。以陰離子型萘磺酸鹽A1為分散劑,用量分別為1.0%、0.8%、0.6%、0.4%和0.2%,用七臺4結(jié)論河原樣制備濃度為66.49%的水煤漿,其流變特性(1)低變質(zhì)程度的煤樣無法制備出較高濃度曲線如圖10所示。的水煤漿,鐵法煤樣的最高試驗制漿濃度為58%。(2)試驗煤樣制備的水煤漿的剪切應(yīng)力隨剪切速率的加大而增加,在相同剪切速率(50s-)條件下,剪切應(yīng)力隨制漿煤粉平均粒徑的減小而提高。(3)除鐵法煤粉制備的水煤漿屬屈服假塑性405060剪切速率/s1流體外,七臺河和山西煤粉制備的水煤漿為脹塑性圖10不同藥劑量對七臺河原樣水煤漿粘度的影響流體。當(dāng)添加劑用量低于0.4%時,所制備的漿體粘(4)試驗煤樣制備的水煤漿的表觀粘度在相度大,且成漿困難。從圖10可以了解到添加劑用同剪切速率(50s)條件下隨制漿煤粉平均粒徑量對水煤漿表觀粘度的影響比較復(fù)雜。因此,在保的減小而提高。證漿體流變特性符合實際應(yīng)用的前提下,添加劑用5)超細(xì)煤水煤漿存在著制漿臨界濃度。當(dāng)量應(yīng)盡可能地減少。試驗表明,對于用七臺河原樣漿體達(dá)到臨界濃度時,漿體的粘度驟然增加,出現(xiàn)制備的水煤漿,最合理的添加劑用量應(yīng)在0.8%類似瀝青一樣的膠體。這種膠體粘性大,具有明顯0.6%之間。34水煤漿分散劑分散效果評價的新方法—潤(6)超細(xì)煤粉在不同液相中的潤濕熱測定結(jié)濕熱對比法果可以用來對不同添加劑分散效果進(jìn)行評價。潤濕利用法國產(chǎn)的 SETARAM-C80Ⅱ微熱量儀和熱越高,分散劑的分散效果越好。國內(nèi)較常用的水煤漿添加劑A1(萘磺酸甲醛共聚7)應(yīng)合理選擇分散劑的用量,這樣不僅可物)和A2(磺化木質(zhì)素)為浸潤液對鐵法煤樣進(jìn)以調(diào)整超細(xì)煤水煤漿的流變特性,還會有效降低制行潤濕熱的測試試驗,試驗結(jié)果如圖11所示。漿成本。參考文獻(xiàn)[1]康宏清修,等,水煤漿的流變特性[A],水煤漿加入A1≥技術(shù)譯文集(1)[C],北京:[出版者不詳],[2]吳家驪,宋永瑋,等,煤的性質(zhì)對水煤漿特性的影時間/s時間/s響[A].水煤漿技術(shù)論文集[C].北京:[出版圖11鐵法-10煤樣加入不同添加荊后的潤濕熱者不祥],1987試驗表明,加入A后的浸潤熱低于加入A2[3]周德悟,煤的氧化和巖相組威及復(fù)合添加劑對煤成的浸潤熱,說明A2更容易在鐵法-10超細(xì)煤粉的漿性的影響[冂]·燃料化學(xué)報,1996,24(3)表面吸附,使得其表面的親水性增強(qiáng)。因此,對于[4]孫威功,煤的孔結(jié)構(gòu)特征對水煤蒙性質(zhì)的彩響[冂鐵法-10煤樣,A2的分散性能要好于A1。這個燃料化學(xué)報,1996,24(5)三項煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通過審查2004年8月20-22日,煤炭工業(yè)煤礦專用設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會選煤機(jī)械分會在河北省秦皇島市組織召開了由煤炭科學(xué)研究總院唐山分院負(fù)責(zé)起草的《煤用有壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器》、《煤用分級破碎機(jī)》、《煤泥濾餅碎干機(jī)》三項煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)專家審查會。來自科研、生產(chǎn)、設(shè)計、質(zhì)檢和教學(xué)等部門的專家20余人參加了會議。在標(biāo)準(zhǔn)主要起草人向?qū)＜覀冊敿?xì)介紹標(biāo)準(zhǔn)立項和制定主要內(nèi)容及依據(jù),并對“征求意見稿”的征求意見過程作了匯報后,與會專家對標(biāo)準(zhǔn)制定的必要性、送審材料的完整性、標(biāo)準(zhǔn)制定的內(nèi)容及依據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)的格式等進(jìn)行了認(rèn)真的討論,對“送審稿”逐條、逐句進(jìn)行了詳細(xì)審查。專家們一致認(rèn)為,標(biāo)準(zhǔn)起草人在標(biāo)準(zhǔn)制定過程中做了大量的工作,標(biāo)準(zhǔn)制定技術(shù)內(nèi)容正確、依據(jù)充分、編寫規(guī)范,標(biāo)準(zhǔn)的制定將有利于促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高和選煤技術(shù)的進(jìn)步;標(biāo)準(zhǔn)具有科學(xué)性、先進(jìn)性、實用性;所制定的標(biāo)準(zhǔn)填補(bǔ)了煤炭機(jī)械產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的空白,一致同意經(jīng)過必要的修改后上報主管部門審批(本刊訊)