第24卷第3期煤炭轉(zhuǎn)化Vol 24 No. 32001年7月COAL CONVERSIONJul.2001煤的改性提質(zhì)對(duì)水煤漿成漿性的影響郝愛民1)李新生?)宋永瑋3摘要對(duì)幾種不同變質(zhì)程度的煤采用了低溫?zé)崽幚砗透患旱奈⒂^顯微組分等手段,對(duì)煤的表面性質(zhì)進(jìn)行改性提質(zhì).結(jié)果明:低溫?zé)崽幚砜擅摮罕砻娴暮豕倌軋F(tuán),降低煤遘水后與水分子的結(jié)合能力,使不同變質(zhì)程度煤的制漿濃度有所提高.同時(shí)顯微鏡質(zhì)組的富集可改善水煤漿的性質(zhì),提高水煤漿的濃度,而絲炭和灰分的共同作用對(duì)水煤漿的成漿性產(chǎn)生不利的影響關(guān)鍵詞水煤漿,最高煤漿濃度,低溫?zé)崽幚?顯微組分中圖分類號(hào)TQ517一些表面性質(zhì)和顯微微觀性質(zhì)以考察對(duì)水煤漿成漿0引言性的影響水煤漿是由煤、水、添加劑混合制成的一種復(fù)雜1實(shí)驗(yàn)部分的固液分散體系.因此水煤漿的性質(zhì)是由成漿用煤的性質(zhì),與煤種相匹配的添加劑的性質(zhì)以及水煤漿的制漿工藝條件等因素決定的在特定添加劑和工1媒樣藝條件下,煤的性質(zhì)對(duì)水煤漿的成漿性起決定作用選用了幾種不同類型的煤樣作對(duì)比研究,其煤文中選取了幾種不同變質(zhì)程度的煤樣,通過對(duì)煤的質(zhì)分析見表1低溫?zé)崽幚砗透患旱娘@微組分等手段,改變煤的表1原煤的性質(zhì)Table 1 Properties of raw coal (%ProximateIntimate, daSampleMHCLigw11341.303417.194.0915271.1079.883.9314.4917705.6139.7080.3.288.9083.73Wulan5.5427.26Maximum moisture-holding capacity.1.2水煤漿樣品的制備1.3煤的低溫?zé)崽幚頌榱讼６葘?duì)水煤漿的影響,結(jié)合最大堆積將煤樣置于管式爐中以氮?dú)鉃楸Ｗo(hù)氣,流速為密度原理和實(shí)驗(yàn)室制漿經(jīng)驗(yàn),全部制漿煤樣均采用30ml/min,升溫速率為10C/min,加熱前,先用氮下列配比:60目~100目占14%;100目~200目占?xì)膺B續(xù)置換爐內(nèi)空氣5min,升至預(yù)定溫度時(shí),保持16%;小于200目占70%恒溫2h,在氮?dú)鈿饬飨吕鋮s至室溫,樣品備用1)助理研究員;2)高級(jí)工程師;3)研究員,中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所030001太原收稿日期:200104201.4顯微組分的分離由表2可知,五種煤的成漿性好壞依次為鳥蘭煤>大同煤>神木煤>羊腸灣>靈武煤.研究結(jié)果將煤樣粉碎至40目,用不同比重的氯化鋅溶液表明2…,煤中的水含量與煤漿的表觀粘度和流動(dòng)性來分離顯微組分每種顯微組分所適合的比重由預(yù)有直接的聯(lián)系.煤的吸水性的強(qiáng)弱,直接影響漿體中先經(jīng)過的浮沉實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的較佳條件決定,所得樣起潤滑作用的自由水分的多少,在相同濃度下,吸水品經(jīng)熱水反復(fù)洗滌直到無氯離子存在為止干燥后性強(qiáng)的煤,使較多的水分子被吸附在煤的表面而失磨制成水煤漿樣品備用去流動(dòng)性,致使起潤滑作用的自由水分減少,從而增1.5煤質(zhì)分析加了水煤漿的粘度,最終降低了煤的最高煤漿濃度我們用煤的最高內(nèi)在水分來表征煤的吸水性,并與(1)煤的總酸性基的分析采用Ba(OH)2法;游最高煤漿濃度進(jìn)行關(guān)聯(lián)(見圖1).由圖1可知煤的離羧基的分析采用Ca(AC)2法最高內(nèi)在水分與煤的成漿性具有很好的線性相關(guān)(2)煤的最高內(nèi)在水分的分析(MHC,%)采用性煤的內(nèi)在水分越高其最高煤漿濃度越低,成漿文獻(xiàn)[所述的方法性越差,靈武煤的最高內(nèi)在水分高達(dá)18.1%,所以1.6水煤漿的制備及性能測(cè)定在煤的成漿過程中表現(xiàn)出極難的成漿性(1)水煤漿的制備:實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一采用4號(hào)添加劑作為水煤漿用添加劑.在濃度為1%的添加劑溶液72中,加入一定量的煤樣,攪拌均勻,在勻漿機(jī)上以5000r/min攪拌10min,即成為流動(dòng)的水煤漿水煤漿濃度%干煤重(g)干煤重+添加劑重(g)×100%(2)表觀粘度的測(cè)定:采用NXS-11型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì),在25C條件下測(cè)定,以剪切速率28.38s-作s24。121163為成漿性的指標(biāo)MHC/M圖1最高煤漿濃度和最嗎內(nèi)在水分的關(guān)系ig. 1 The relationship bet ween the mcC and MHC2結(jié)果與討論眾所周知,煤的吸水性是由煤表面分布著的各種含氧官能團(tuán)所決定,其中羧基和酚羥基這兩種親2.1原煤的成漿性水基團(tuán)對(duì)煤的親水性具有較大的貢獻(xiàn).而眾多的優(yōu)質(zhì)水煤漿應(yīng)具有較高濃度、易流動(dòng)性和良好研究文獻(xiàn)表明煤的平衡吸水量主要依賴于羧基的的穩(wěn)定性等特點(diǎn)煤漿的表觀粘度是判斷水煤漿流含量.“煤的最高內(nèi)在水分與煤的表面活性含氧官動(dòng)性的一個(gè)指標(biāo),但表觀粘度隨煤漿濃度變化很大,能團(tuán)有著更為直接的聯(lián)系(見表3).表面含氧官能且不同煤種其變化規(guī)律也不盡相同.為了更直觀地團(tuán)的多少影響著煤的吸水量的多少,其中羧基含量表達(dá)煤的成漿性的好壞,本文采用在特定添加劑和的變化與最高內(nèi)在水分含量的變化趨勢(shì)是一致的成漿條件下,粘度為1500mPa·s時(shí)所能達(dá)到的煤因此煤表面含氧官能團(tuán)越高其最高內(nèi)在水分越高,漿濃度定義為最高煤漿濃度(MCC,%),以此為指而內(nèi)在水分的提高直接導(dǎo)致了煤的成漿性的降低標(biāo)來表征水煤漿成漿性的好壞.五種煤在上述條件裹3煤的表面含氧官能團(tuán)與最高內(nèi)在水分的關(guān)系下制漿時(shí)所能達(dá)到的最高煤漿濃度見表2Table 3 Relationship between the oxygen-bearing func-2不同煤種制漿時(shí)的最高煤漿濃度tional group and MHC of CwSTable 2 The Maximum coal concentration of CwSCarboxyl group/ HydroxylsampleMHC/%.adwith I 500 mPa.s at shear rate 28 38 s-Immol/gadmmol/ g,adMCC/%‖ sample2.26270.30Shenmu8.950YangrhangwarI)atong0.08Shenmu0.084第3期郝愛民等煤的改性提質(zhì)對(duì)水煤漿成漿性的蟛響2.2煤的低溫?zé)崽幚韺?duì)煤的成漿性的影響在影響煤的成漿性的諸多因素中,煤的最高內(nèi)在水分對(duì)煤的成漿性有著最為直接和明顯的影響,而影響內(nèi)在水分的最主要的因素為煤表面含氧官能團(tuán).而熱處理是煤脫水和脫羧的有效手段之一.為此實(shí)驗(yàn)對(duì)四種原料煤進(jìn)行了低溫?zé)崽幚?以便脫除煤表面的含氧官能團(tuán),降低煤的最高內(nèi)在水分,改善煤01002003004005006Temperature/℃的成漿性不同熱處理溫度下煤的成漿性、煤的最高內(nèi)在水分的變化情況見圖2和圖3圖3熱處理溫度和最高內(nèi)在水分的關(guān)系Fig 3 Relationship between heating-temperature不同熱處理溫度下四種煤的最大煤漿濃度曲線見圖2.由圖2可知,300C以前,煤漿濃度的提髙均▲-· Datong;△-- Shenmu● Yangehangwan;不十分明顯,當(dāng)溫度超過300C時(shí),煤漿濃度才有C-Lingwu時(shí)還伴隨著煤大分子結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)性斷裂過程,導(dǎo)致煤表面收縮及煤的徽孔閉合,上述因素綜合導(dǎo)致煤的吸水性降低,成漿性提高而對(duì)于神木煤和大同煤,當(dāng)煤在300C以前加熱時(shí),隨著含氧官能團(tuán)的分解降低,使煤的吸水性逐漸降低,但由于煤的變質(zhì)程度的提高特定溫度的上移,當(dāng)繼續(xù)加熱時(shí),煤大分子結(jié)構(gòu)并沒有受到大量的實(shí)質(zhì)性破壞,所以當(dāng)煤制漿時(shí),煤遇水其最高內(nèi)在水分又部分恢復(fù),因此表現(xiàn)Temperature/℃出400C以后加熱時(shí)煤的最高內(nèi)在水分略有升高圖2熱處理溫度與最高煤漿濃度的關(guān)系煤的最高煤漿濃度降低的結(jié)果Fig 2 Relationship between heating-temperature結(jié)果還表明,變質(zhì)程度越低的煤對(duì)加熱處理越and MCc敏感,成漿性的變化也越大,大同煤和神木煤均在△-- Shenmu;●400C~480C達(dá)到最大煤漿濃度的峰值,而靈武煤和羊腸灣煤直到550C,最大煤漿濃度仍呈上升明顯的上升,對(duì)于變質(zhì)程度較低,內(nèi)在水分較大的的趨勢(shì)靈武煤和羊腸灣煤,當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí),煤漿濃度依然保持升高的趨勢(shì)但對(duì)于神木煤和大同煤,當(dāng)溫度2.3煤的顯微組成對(duì)煤的成漿性的影響繼續(xù)升高至400C以上時(shí),煤漿濃度反而略有下降煤是由鏡質(zhì)組、絲質(zhì)組和殼質(zhì)組三種有機(jī)顯微這與加熱時(shí)煤的最高內(nèi)在水分所表現(xiàn)出的規(guī)律類似組分組成顯微組分的不同,決定了煤性質(zhì)的不同(見圖3)由圖3可知,300C之前隨著加熱溫度的通過富集鏡質(zhì)組和絲質(zhì)組這兩種具有明顯不同性質(zhì)升高煤的內(nèi)在水分逐漸堿少,但趨勢(shì)較緩慢,而超的顯微組分,考察富集顯微組分改質(zhì)對(duì)煤的成漿性過300C后,內(nèi)在水分下降的趨勢(shì)變快.當(dāng)溫度超過的影響實(shí)驗(yàn)用煤顯微組分的組成見第50頁表4.400C時(shí)對(duì)于靈武煤和羊腸彎煤,其內(nèi)在水分依然用表4中富含不同顯微組分的煤樣制備水煤處于下降趨勢(shì),而對(duì)于大同煤和神木煤其內(nèi)在水分漿,其最高煤漿濃度見第50頁表5結(jié)果表明,巖相卻略有回升.眾所周知,在煤的熱解過程中,最初的組分的不同,使得最高煤漿濃度表現(xiàn)出一定的差別低溫段主要是煤的干燥脫水和表面含氧官能團(tuán)的斷大部分富鏡質(zhì)煤制漿時(shí)的最高煤漿濃度比原煤高裂脫除過程只有超過某一特定溫度時(shí),才會(huì)發(fā)生煤其中烏蘭煤效果較為明顯.而富絲炭制漿時(shí)與原煤分子結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)性斷裂特定溫度隨著煤變質(zhì)程度相比大部分表現(xiàn)出較差的成漿性.一般來說,絲炭的的提高也會(huì)在一定溫度范圍內(nèi)提高.對(duì)于靈武煤和比重大,孔隙發(fā)達(dá),且常被礦物質(zhì)填充,不易從母體羊腸灣煤,由于其相對(duì)變質(zhì)程度較低,300C以后加煤中分離,因此富集較純凈的絲炭是件極困難的工熱時(shí),不儀僅是表面含氧官能團(tuán)迅速分解的過程同作,且富集得到的樣品含有較多灰分而灰分對(duì)水煤煤炭轉(zhuǎn)化2001年表4實(shí)驗(yàn)用媒顯微組分的分析煤漿,但對(duì)煤漿的穩(wěn)定性起著很好的作用;另一方Table 4 Analysis of coal maceral面,由于灰分比重大,增加灰分為水煤漿濃度的增大Proximate/另提供了堆實(shí)物料,因此對(duì)水煤漿的成漿性影響變得SampleVitrinite Inertinite Exinite較復(fù)雜.在實(shí)驗(yàn)中同類門的煤中,絲炭和灰分均在煤11.3413032.413058.100.60的成漿過程中表現(xiàn)出不良影響,二者綜合的結(jié)果使ngw214.2014.1834.2030.2769.290.44得富絲炭煤的成漿性變得較差15.825.6139.7077.6421.231.13Shmu26.186.8135.2059.2740.570.163結(jié)論58339.1087.90123.759.5752.003.00(1)煤的最高內(nèi)在水分是影響煤的成漿性能的tong24.2312.5061.720.75最為直接的因素.內(nèi)在水分高的煤,其成漿性差,反33.292.0733.9069.8028.30之則成漿性好.實(shí)驗(yàn)選取的五種煤的成漿性好壞依11.715.5427.2659.5040.50Wuan23.966.0528,0059,004L.00次為烏蘭煤>大同煤>神木煤>羊腸灣>靈武煤(2)低溫?zé)崽幚砜墒共煌冑|(zhì)程度煤的制漿濃Note:I-Raw coal :2-- Rich inrrtinilei3---Rich. vitrine度有所提高,其中低溫?zé)崽幚韺?duì)變質(zhì)程度低.內(nèi)在水表5不同巖相組分的最高煤漿濃度分含量高的煤更敏感,效果更為顯著.低溫?zé)崽幚泶鎀abl5 Maximum coal concentration on maceral of coal在的最大問題是處理后的煤遇水后會(huì)發(fā)生水分的再M(fèi)CC/%吸附和再化合,如何阻止和限制煤表畝的再水化作用,將是今后研究的課題之a(chǎn)tong 2(3)對(duì)于同種變質(zhì)程度的煤,鏡質(zhì)組含量高的煤易制備低粘高濃的水煤漿,而富絲炭和灰分綜合68.8Shenmu 2Wulan 2結(jié)果對(duì)成漿性是不利的由于大部分絲炭被無機(jī)礦76.7物質(zhì)浸染,因此富集絲炭時(shí)夾雜著部分的灰分,這部分物質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度很低,故可根據(jù)這一特點(diǎn),在水煤漿成漿性的影響較復(fù)雜.一方面由于灰分中的可溶漿制樣時(shí)進(jìn)行選擇性破碎,以減少不利于煤漿特性礦物質(zhì)溶出的高價(jià)金屬離子不利于制備高濃度的水的惰性組分,從而提高水煤漿的濃度參考文獻(xiàn)1]吉慶軍,吳家驪煤最高內(nèi)在水分測(cè)定方法改進(jìn),煤質(zhì)技術(shù)與科學(xué)管理.1990(5):22233] Wu Jashan, Sung Yongwei, Zhang Chunai et al. The Surface Propert ies of Coal and their Effects on Behavior uf CwS. InProc &th Int Symp On Coal Slurry Fuels Preparation and Utilization, Florida: Orlando. 1986. 10-183]西野順也鬼山和意,關(guān)昌夫.CWM中①石炭表面化學(xué)的研究,燃料協(xié)會(huì)志,198968(6):4694764] Schaler H N S. Factors Affecting the Equlibrium Moisture Contents of Low-rank Coals, Fuel. 1972.5I(4). 9EFFECT ON SLURRYABILITY OF CWS ABOUT MODIFIED COAL(Institute of Coul Chemistry, Chinese Academy of Sciences, 030001 TaiyuanabStRact Several kind of coal have been selected to be treated byrature and maceral group have been collected by ZnCl2 solution in order to change surface proal propertieheating-treated at lower temperature because of the decomposition of the oxygen-bearing func-tional groups on the coal surface which reduced the moisture holding capacity notably. The rich-vitrinite also can improve the maximum coal concentration than raw coalKEY WORDS CWS, maximum coal concentration, heating-treated at lower temperaturemaceral group