2012年第2期煤炭工程研究探討利用高濃度印染廢水制備水煤漿的研究鄭福爾1,劉以凡2,劉明華12(1.福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,福建福州350108;2.福建省生物質(zhì)資源化技術(shù)開(kāi)發(fā)基地,福建福州350108;3.福建省石獅市清源精細(xì)化工有限公司,福建泉州362700摘要:采用神華集團(tuán)的神華配煤和高濃度卬染廢水制備水煤漿,研究其成漿性能,并與自來(lái)水制備的水煤漿進(jìn)行性能比較,結(jié)果表明:當(dāng)添加劑LS-A的用量為0.7%時(shí),能夠制備出濃度合理、剪切黏度小于1200mPa·s的水煤漿,且漿體流動(dòng)性妤;隨著卬染廢水pH值的增大,水煤漿的靜態(tài)穩(wěn)定性越好,制漿性能基本沒(méi)變;用印染廢水制備的水煤漿主要表現(xiàn)為賓漢塑性流體和屈服假塑性流體,具有剪切變稀的流動(dòng)特性,能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)男枰?。關(guān)鍵詞:水煤漿;神華配煤;印燊廢水;流變性能中圖分類號(hào):TQ534.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1671-0959(2012)02008504Study on High Density Dyeing and Printing Waste WaterApplied to Preparation of Coal Water SlurryZHENG Fu-er, LIU Yi-fan LIU Ming-hua"2(1. School of Environment and Resources, Fuzhou University, Fuzhou 350108,China2. Fujian Provincial Biological Resource Technology and Development Base, Fuzhou 350108, China3. Fujian Shishi Qingyuan Fine Chemical Company Ltd, Quanzhou 362700, ChinaAbstract: Shenhua blended coal from Shenhua Group and high density dyeing and printing waste water were applied toprepare the coal water slurry. The slurry performances were studied and the performance comparison was conductedbetween the coal water slurry prepared with the high density dyeing and printing waste water and the tap-water. Theresults showed that when the IS-A additive was applied as 0. 7%, the coal water slurry with rational density and theshearing viscosity bellow 1200mPa.s could be prepared with a good flowability of the slurry liquid. With a pH value of thedyeing and printing waste water was increased, the static stability of the coal water slurry would be better and the slurryperformances would be not changed basically. The coal water slurry prepared with dyeing and printing waste water would bethe Bingham plastic fluid and the yield false plastic fluid mainly, would have the shearing diluting flow feature and comeet the requirements of the actual production and transportationKeywords: coal water slurry: Shenhua blended coal; dyeing and printing waste water; rheology performance印染廢水具有水量大、有機(jī)污染物濃度高、種類多、擴(kuò)充。含有毒有害成分、色度深、堿性大、水質(zhì)變化大、成分復(fù)水煤漿(CWS)作為一種新型燃料,因其良好的流動(dòng)性、雜等特點(diǎn),屬難處理的工業(yè)廢水之一。一般印染廢水pH值穩(wěn)定性以及環(huán)保節(jié)能的優(yōu)勢(shì),已成為最具競(jìng)爭(zhēng)力的以煤代為6~13,色度可高達(dá)1000倍,COD為400~4000mg/L,油技術(shù)之-121。水煤漿是由55%~70%的煤粉、30%BOD2為100-100mg/L。目前國(guó)內(nèi)外常用的印染廢水處45%的水和少量的添加劑經(jīng)物理混合制備而成,其中理方法主要有混凝沉淀法、氧化法、物理化學(xué)法、生物處30%左右的水是影響水煤漿性能和成本不可忽略的因素。理法等。然而,經(jīng)過(guò)此類方法處理的印染廢水只能當(dāng)作廢利用工業(yè)廢水直接制備水煤漿,不僅能夠簡(jiǎn)單可靠地處理水排放,尚未實(shí)現(xiàn)綜合利用,浪費(fèi)大量的水資源,且現(xiàn)有廢水,降低印染廠廢水處理成本,實(shí)現(xiàn)印染廢水達(dá)標(biāo)排放的處理工藝投資大、成本高,制約著紡織印染企業(yè)產(chǎn)能的或零排放,而且能節(jié)約大量制漿所需的工業(yè)用水,具有良收稿日期:2011-03-30件H中國(guó)煤化工基金項(xiàng)目:福建省高校產(chǎn)學(xué)合作科技重大項(xiàng)目(2010H6011);福建省企業(yè)技CNMH〔,福建省發(fā)改委小發(fā)明小創(chuàng)造專項(xiàng)作者簡(jiǎn)介:鄭福爾(1981-),男,福建莆田人,工程師、碩士,從事環(huán)境友好材料的研究。研究探討煤炭工程2012年第2期好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益?；诖?本文利用高濃度印細(xì)漿、水量和添加劑量,進(jìn)行高濃度磨礦。染廢水進(jìn)行水煤漿成漿實(shí)驗(yàn),研究印染廢水對(duì)水煤漿成漿1.4水煤漿性能測(cè)試方法性能的影響。1)水煤漿濃度。以實(shí)測(cè)的水煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)。2)水煤漿表觀黏度和漿體流變性。采用1水煤漿制備實(shí)驗(yàn)水煤漿粘度計(jì),表觀黏度取剪切速率為1008-時(shí)黏度的平1.I試驗(yàn)主要儀器均值,測(cè)試溫度為怛溫20℃。漿體流變性由NXS-4C型水主要儀器有XMB-68型棒磨機(jī),MA10水分快速測(cè)定煤漿粘度計(jì)測(cè)出各個(gè)剪切速率下的剪切黏度,由此繪制流儀,NXS-4C型水煤漿粘度計(jì),Rw20數(shù)顯機(jī)械攪拌器,變曲線來(lái)判定水煤漿的流變特性。PHS-3型精密pH計(jì)。3)目測(cè)流動(dòng)性。目測(cè)水煤漿配制時(shí)的流動(dòng)特性,分連1.2試驗(yàn)材料續(xù)流動(dòng)、問(wèn)歇流動(dòng)和不流動(dòng)三個(gè)級(jí)別。1)印染廢水。印染廢水由福建清源科技發(fā)展有限公司4)穩(wěn)定性。用插棒法探測(cè)漿體的沉淀狀態(tài),每天觀察提供,廢水的各項(xiàng)組分指標(biāo)見(jiàn)表1次,直至杯底出現(xiàn)不可恢復(fù)的硬沉淀的存放天數(shù)即為水2)煤樣。選取煤樣為神華配煤(榆家梁煤:保德煤=3煤漿穩(wěn)定性指標(biāo)。:1,下同),煤樣的工業(yè)分析結(jié)果見(jiàn)表22結(jié)果與討論表1印染廢水水質(zhì)CoDc,′BOD51ss2.1添加劑用量對(duì)水煤漿成漿性能的影響項(xiàng)目(mg·L-)L)(m·L“)越度/倍水煤漿添加劑的主要作用是改變煤粒表面的親水性印染廢水5651~98611071231612.34增強(qiáng)靜電斥力,促進(jìn)煤粒均勻地分散在水中,防止煤粒聚結(jié),提高水煤漿的流動(dòng)性,其用量約為煤的1%”。添加2神華配煤煤質(zhì)工業(yè)分析劑不僅直接決定著水煤漿的質(zhì)量,還影響著水煤漿成本,其費(fèi)用是制漿成本的第二大因素。項(xiàng)目含量項(xiàng)目含量?jī)?nèi)在水分M分別取自來(lái)水和印染廢水,加入少量自制新型水煤漿硫分S4%添加劑IS-A,按照上述制漿方法進(jìn)行成漿實(shí)驗(yàn),探討水低位發(fā)熱量灰分A/%5920煤漿添加劑的用量對(duì)高濃度印染廢水制備水煤漿性能的影揮發(fā)分A%32.60灰熔融性ST/T1250響。實(shí)驗(yàn)中控制制漿濃度為64.5%,制備出的水煤漿表觀固定碳FCd%57.45哈氏可磨HCI55~黏度隨添加劑LS-A用量的變化情況如圖1所示。由表2可知,神華配煤內(nèi)在水含量偏高,煤種的可磨月來(lái)水性指數(shù)偏低,煤粒表面親水性強(qiáng)、疏水性差,影響添加劑一印染廢水在煤粒表面的吸附,但煤種屬于低灰、低硫,發(fā)熱量高低變質(zhì)程度的優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤種,按成漿性的難易程度分,煤種屬于難制漿煤種。000.3040.50.60.70.8091.03)試驗(yàn)試劑。自制新型水煤漿添加劑IS-A,10%添加劑的用量/%HCl溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。圖1添加劑用量對(duì)漿體黏度的影響1.3制漿方法制漿有干法和濕法兩種,目前主要用濕法制漿。根從圖1可以看出,在水煤漿濃度為64.5%的情況下?lián)陨厦嘿|(zhì)分析的結(jié)果,結(jié)合制漿用煤性質(zhì)、煤樣價(jià)格和對(duì)于印染廢水,使用添加劑LS-A能夠制取黏度小于國(guó)內(nèi)水煤漿生產(chǎn)實(shí)踐等因素,經(jīng)過(guò)比選和論證,采用分級(jí)10ma,,且流動(dòng)性較好的水煤漿。隨著添加劑用量的研磨濕法制漿。整個(gè)制漿T藝過(guò)程分如下幾步:增大,水煤漿黏度呈下降的趨勢(shì),在添加址為0.7%時(shí),其1)煤粉的制備:為了降低磨礦功耗和滿足高濃度磨礦黏度為1219mPa·s,隨著添加劑用址的繼續(xù)增大,黏度變制漿的需要,將煤樣用破碎機(jī)破碎至粒度3mm以下占80%化不明顯,因此,從降低成本上考慮,確定添加劑的用量以上為0.7%2)中濃度水煤漿的制備:按設(shè)定的水煤漿產(chǎn)量和質(zhì)量22水樣pH值對(duì)水煤媒漿成漿性能的影響(濃度和粒度),給入設(shè)定的煤量、水量和添加劑量,進(jìn)行為考察中國(guó)煤化工實(shí)驗(yàn)中用10%的中濃度磨礦。磨機(jī)的排料即為細(xì)漿。H2SO4溶液iCNMHG按照上述制漿方3)高濃度水煤漿成品的制備:按設(shè)定的水煤漿產(chǎn)量和法,在維持相同水煤漿濃度、添加劑用址下,對(duì)不同pH值質(zhì)量(濃度、黏度、粒度等),在棒磨機(jī)中給入設(shè)定的煤量、的印染廢水水樣以及自來(lái)水進(jìn)行成漿實(shí)驗(yàn),同時(shí)觀察其制2012年第2期煤炭工程研究探討備出的漿體在靜態(tài)條件下出現(xiàn)硬沉淀的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)中制漿3400濃度設(shè)為64.5%,添加劑用量為0.7%,制備出的水煤漿2800一臼來(lái)水的表觀黏度和穩(wěn)定性隨水樣pH值的變化情況見(jiàn)表3。一印染廢水從表3中的數(shù)據(jù)可以看出,在同等條件以及相同制漿濃度和添加劑用量下,水樣pH值對(duì)水煤漿的制漿性能影響不大,但對(duì)水煤漿靜態(tài)穩(wěn)定性有較大的影響,印染廢水的pH值越高,水煤漿的靜態(tài)穩(wěn)定性越好。其原因是水煤漿在存放過(guò)程中,由于受到介質(zhì)水的影響,煤中的活性基團(tuán)可剪切速率s1逐漸水化、離解或小分子溶出,造成水煤漿體系中煤顆粒圖2水質(zhì)對(duì)水煤漿流變特性的影響表面的物理化學(xué)性能發(fā)生變化,促進(jìn)煤顆粒沉降朝有序堆積方向發(fā)展,形成硬沉淀。而隨著水樣pH值的升高,相應(yīng)水煤漿,其剪切黏度隨剪切速率的變化如圖3所示。的就調(diào)節(jié)了水煤漿體系的pH值,從而使其減緩了由含氧活4000性基團(tuán)逐漸水化、離解或小分子溶出對(duì)水煤漿體系暫時(shí)平63.0衡狀態(tài)所造成的破壞,使所制水煤漿靜態(tài)穩(wěn)定性有所提63.59640高200064.5%表3不同pH值廢水水煤漿的流動(dòng)性和靜態(tài)穩(wěn)定性650%漿體實(shí)測(cè)黏度/穩(wěn)定水樣pH值流動(dòng)性1000L濃度%(mPa:s)性/d1211連續(xù)流動(dòng)15剪切速率8.17061235連續(xù)流動(dòng)15圖3濃度對(duì)水煤漿流變特性的影響印染9.0564.981268連續(xù)流動(dòng)1565.091222連續(xù)流動(dòng)16從圖3可以看出,濃度對(duì)印染廢水水煤漿流變性的影廢水65.221230連續(xù)流動(dòng)16響也較為明顯,當(dāng)剪切速率較小時(shí),漿體的剪切黏度較高,2.34(原樣)65.011212連續(xù)流動(dòng)19隨著剪切速率的逐漸增大,漿體黏度明顯下降,最終趨于自來(lái)水65.131225連續(xù)流動(dòng)17穩(wěn)定,且不同水煤漿濃度下的漿體流變曲線具有相似性,漿體呈現(xiàn)出明品的剪切稀化即為假塑性流體;在低濃度下2.3廢水水煤漿的流變性黏度隨剪切速率增大而減小的速度小于高濃度,且在適當(dāng)水煤漿的流變性對(duì)漿體的輸送和燃燒起決定作用,影濃度范圍內(nèi),濃度越高,屈服假塑性越明顯,這是由于水響著水煤漿的配制、儲(chǔ)存、運(yùn)輸以及霧化燃燒。影響水煤煤漿中的固體含址增高時(shí),煤粒間的顆粒相互作用力增大漿流變性的因素很多,不同的煤種、水質(zhì)、添加劑及其而煤粒之間的空隙減少,尤其是當(dāng)煤粒之間的堆積密度接加量以及制備工藝等都可能對(duì)漿體的流變性產(chǎn)生影響。近最大堆積密度時(shí),此時(shí)黏度及屈服應(yīng)力也急劇增加,漿以印染廢水制備水煤漿,水煤漿漿體在流變性上的特點(diǎn)直體越顯示出屈服假塑性接影響到制備出來(lái)的水煤漿能否滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。在3.3水煤漿添加劑的用量對(duì)廢水水煤漿流變性的影響相同的煤種、添加劑下,研究水質(zhì)、水煤漿濃度以及添加實(shí)驗(yàn)采用印染廢水作為制漿用水,制漿濃度設(shè)為劑的用量對(duì)水煤漿流變性的影響。64.5%,按照上述制漿方法進(jìn)行成漿實(shí)驗(yàn),研究水煤漿添2.3.1水質(zhì)對(duì)水煤漿流變性的影響加劑用量對(duì)廢水水煤漿流變性的影響,結(jié)果如圖4所示。采用印染廢水和自來(lái)水作為制漿用水,按照上述制漿方法進(jìn)行成漿實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中制漿濃度設(shè)為64.5%,添加劑-0.5%0.6%用量為0.7%,研究水煤漿漿體剪切速率與黏度的變化關(guān)3000系,結(jié)果如圖2所示從圖2可以看出,用印染廢水制備的水煤漿與用自來(lái)水制備的水煤漿一樣,隨著剪切速率的增大,黏度都逐漸減小,說(shuō)明印染廢水水煤漿與自來(lái)水水煤漿的流型一樣均為屈服假塑性流體。剪切速率/s2.3.2濃度對(duì)廢水水煤漿流變性的影響圖4V凵中國(guó)煤化工的影響水煤漿的流變性不僅與煤本身性質(zhì)有關(guān),還與水煤漿CNMHG濃度有關(guān)。采用印染廢水作為制漿用水,添加劑用量為從圖4可以看出,隨看水爆豕添加刑用量的增大,漿0.7%,按照上述制漿方法進(jìn)行成漿實(shí)驗(yàn),制備不同濃度的(下轉(zhuǎn)第91頁(yè)2012年第2期煤炭工程研究探討結(jié)果可以看出,添加阻化劑后湖西褐煤、大佛寺不粘煤、化能力變?nèi)?從而使臨界溫度升高。袁莊氣肥煤、新豐貧煤的臨界溫度不同程度的升髙,CaC3)不同阻化劑對(duì)煤臨界溫度的影響是不同的,即阻化阻化劑使得煤的臨界溫度最髙,低溫階段能更好的抑制煤劑對(duì)煤的阻化效果不同,臨界溫度越高,阻化效果越好,與氧的反應(yīng),較大的提高了反應(yīng)活化能,對(duì)實(shí)驗(yàn)四種煤樣阻化能力CaCl2>凝膠>S(OH)4的阻化效果最好表3添加阻化劑后不同煤樣的臨界溫度℃參考文獻(xiàn):煤種1]仲曉星,王德明,尹曉丹,基于程序升溫的煤自燃臨界溫度阻化劑一湖西褐煤大佛寺不粘煤袁莊氣肥煤新豐貧煤測(cè)試方法[].煤炭學(xué)報(bào),2010,35(S1)原煤68.2869.6578.36[2】單亞飛,王繼仁,鄧存寶,等.不同阻化劑對(duì)煤自燃影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,27(1CaCl2110.49103.05l13.94116.32[3]陸偉,王德明,陳舸,等,煤自燃阻化性能評(píng)價(jià)的程序凝膠103.l3I08.7497.67升溫氧化法研究[].礦業(yè)安全與環(huán)保,2005,32(6)[4]王德明.礦井火災(zāi)學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社20083結(jié)論[5]劉吉波,煤炭的阻燃機(jī)理分析和氯化鹽類氣霧阻化劑的應(yīng)用1)40~180范圍內(nèi)CO濃度隨著溫度的升高呈現(xiàn)指數(shù)[刀].華北科技學(xué)院學(xué)報(bào),2002,4(2):8-10.的遞增規(guī)律,添加阻化劑后CO濃度有所降低,這是由于阻[6]張國(guó)樞,通風(fēng)安全學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社2004化劑在煤的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過(guò)程中,提高了煤表面活性自[7]田兆君,王德明,徐永亮,等.凝膠泡沫的阻化特性研究由基與氧氣之間化學(xué)反應(yīng)活化能,使煤表面活性自由基團(tuán)[冂].煤礦安全,2009,(6)與氧氣的反應(yīng)受到抑制。(責(zé)任編輯趙巧芝)2)四種煤樣經(jīng)阻化劑處理后,使得煤初期反應(yīng)階段氧(上接第87頁(yè))體黏度隨剪切速率的增大而減小的幅度變小,從而表現(xiàn)出水煤漿漿體的屈服假塑性參考文獻(xiàn):由此可知,廢水水煤漿的流變特性主要表現(xiàn)為賓漢塑[】]奚日立,馬春燕.印染廢水的分類、組成及性質(zhì)[冂.印性流體和屈服假塑性流體,其表觀黏度是剪切速率的減染,2010,(14):51-53函數(shù),即廢水水煤漿是具有“剪切變稀”性能的賓漢塑性2]余學(xué)海,劉建忠,趙衛(wèi)東,等.一種優(yōu)化煤成漿特性的方法流體和屈服假塑性流體,其與自來(lái)水制備出來(lái)的水煤漿冂].熱力發(fā)電,2009,38(4):14~21.樣,能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)男枰?。[3]周俊虎,李艷呂,程軍,等.神華煤微波改性提高成漿性能的研究[玎].煤炭學(xué)報(bào),2007,32(6):617~6213結(jié)論[4]李智偉.我國(guó)水煤漿燃燒技術(shù)與工業(yè)發(fā)展前景[J].云南冶金,2002,31(6):43-441)用印染廢水制備水煤漿是可行的,在實(shí)驗(yàn)用煤為神[5]周長(zhǎng)麗.水煤漿添加劑在高濃度水煤漿生產(chǎn)中的應(yīng)用[華配煤(榆家梁煤:保德煤=3:1),添加劑為自制的新型水貴州化工,2006,31(2):10-11煤漿添加劑凵S-A下,按照分級(jí)研磨濕法制漿工藝,能夠(6]朱宗軍,鄧成剛,李方柱,等pH值對(duì)水煤漿靜態(tài)穩(wěn)定性制備出濃度合理且黏度小于1200mPa·s的水煤漿,且漿體的彯響[J.潔凈煤技術(shù),2001,7(2):22-23流動(dòng)性好。[7]陳良勇,段鈺鋒,王秋粉,等.高濃度水煤漿的流變特性和2)通過(guò)不同pH值印染廢水水樣和自來(lái)水的成漿對(duì)比流動(dòng)規(guī)律研究進(jìn)展[J].鍋爐技術(shù),2007,38(1):59-實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),不同pH值的廢水水樣和自來(lái)水對(duì)制漿性能的影響不大;通過(guò)制備出來(lái)的漿體穩(wěn)定性的觀察對(duì)比實(shí)驗(yàn)可知,[8] 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Rheological behavior of水樣pH值越髙,水煤漿的靜態(tài)穩(wěn)定性越好coal-water slurry [J]. Energy Source, 2002, 24(2):1593)用印染廢水制備的水煤漿主要表現(xiàn)為賓漢塑性流體167和屈服假塑性流體,其表觀黏度是剪切速率的減函數(shù),即9]張明,呂水康,利用煤泥與焦化廢水制備煤泥漿的試驗(yàn)研廢水水煤漿是具有“剪切變稀”性能的賓漢塑性流體和屈究[中國(guó)煤化工編輯趙巧芝)服假塑性流體,能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)男枰狢NMHG91