煤粉与水结合的形貌特征分析

陈 鹏，胡京可，薛改凤

(1.武钢研究院，湖北 武汉 430080；2.炼焦煤利用湖北省重点实验室，湖北 武汉 430080；3.武钢有限质检中心，湖北 武汉 430080)

煤粉与水结合的形貌特征分析

陈 鹏1,2，胡京可3，薛改凤1,2

(1.武钢研究院，湖北武汉430080；2.炼焦煤利用湖北省重点实验室，湖北武汉430080；3.武钢有限质检中心，湖北武汉430080)

利用光学显微镜观察煤粉与水的结合特征从实物角度分析湿煤的团聚行为，为湿煤筛分寻找可能性的解决方案。

湿煤;运输过程;水分；团聚

潮湿的煤料在运输和加工过程中，常常黏结成团，引起结拱、堵筛、粘黏等影响后续加工的问题。使得其分级过程和效率明显降低，为此不少学者研究细粉煤的团聚现象及其筛分原理[1-4]。主要认为湿煤团聚存在以下三种形式[1]。

图1 湿煤团聚的三种形式

本文试图利用光学显微镜观察煤粉与水的结合特征从实物角度进一步的分析湿煤的团聚特点，为湿煤筛分寻找可能性的解决方案。

1 试验方法

(1)选取500g炼焦用烟煤在105℃的烘箱中烘干2h以上，直至恒重后进行筛孔为1mm的筛子进行筛分，随机选取<1mm的煤粉分洒在玻璃皿内备用。

(2)用莱卡光学显微镜配10倍目镜和20或50倍干镜进行样品观察。

(3)观察过程中，用1mL的注射器以1滴/次的频率加水，直至样品全部浸没水中。

(4)过程中用显微镜配备的摄像头进行记录。

2 试验结果与讨论

下图是在200倍条件下观测的干镜中的煤颗粒之间的结合情况形貌和500倍条件下观测的湿煤条件下的煤颗粒之间的结合情况形貌。

(a)200倍镜下干煤颗粒形貌 (b)500倍镜下湿煤颗粒形貌

图2 干煤/湿煤颗粒边缘结合情况

从图中可以观察发现，煤颗粒在干燥条件下，棱角较为清晰，煤颗粒之间的接触无粘性。而当煤粒浸入水中后，大颗粒的边缘与其他的小颗粒之间，形成了雪花状的链式结构，煤粒之间虽然无粘结性的接触，但是水在两个颗粒之间形成液膜，达成液桥力的平衡。

图3是水滴浸入前后煤粒的变化情况。

(a)干、湿共存状态 (b)水完全浸入煤粒时

图3 干湿煤分界水分完全浸润后的网状结构

从图中可以看出，在图3(a)中，在干、湿煤共存的状态时，水的雪花链状结构与干煤的独立结构对比的更加清楚。而当水分完全浸入煤粒时，如图3(b)所示，则可以看到，小颗粒煤在水的作用以大颗粒煤为中心进行层装包裹，如图1的包衣结构类似。形成的较大颗粒之间的接触也是通过液桥力进行连接。对被水完全浸入的煤粒样品进行表面皿的侧方横向敲击，记录敲击前后的粒子行为的变化如图4所示。

图4 湿煤条件下的侧方横向敲击的整体位移对比

从图4中可以看出，在湿煤条件下形成的网格状的新的大颗粒，抗击平面敲击的能力有所提高，图中框出的颗粒，在侧击的条件下发生了整体位移，但是其内部结构却相对稳定，这样的结构特点使得细小颗粒的筛分难度大幅提升。

对被水完全浸入的煤粒样品进行表面皿的底部的纵向敲击，记录敲击前后的粒子行为的变化如图5所示。

图5 湿煤条件下的纵向敲击后的颗粒位移对比

从图5中可以看出，由于在显微观察条件下的纵向敲击力不足，无法形成特别明显的结构转变，但是较侧方横向敲击条件下，进行纵向的敲击后，颗粒之间的相对薄弱点发送断裂，细小颗粒团聚形成的大颗粒内部的网格状结构开始发生改变。说明这样的不同于平面的相对运动使得筛分更加容易将链网结构分离。

对被水完全浸入的煤粒样品进行进一步的添加水分处理，记录水分条件前后粒子行为的变化如图6所示。

从图6中可以看出，当水分继续增加时，网格结构的大煤块颗粒会在水膜的内部进行移动，并且不会突破水膜的范围，当水膜范围较小时，如图中框处所示，则网格状结构的煤块发生内部的粒子重组，受力薄弱点开始分离煤粒。

从上述的显微结构图上看，水分在煤粒之间形成的液桥是湿煤形成网格结构且难易分离的主要原因，且在不考虑外力挤压发生形变的条件下，则湿煤粒的粘结性主要是由水膜产生，如果要想打破这种颗粒间的网格链状结构，则带有波动性质或者动筛孔形式的筛分设备更为有利，如果用憎水高强度材料做打散设备或者是筛片，也许能进一步加强湿煤筛分的效果。

图6 湿煤条件下的添加水分后的颗粒位移对比

3 小结

从煤粉和水的结合形貌特征来看，为了保证湿煤的有效筛分，采用带有波动性质或者动筛孔形式的筛分设备更为有利，如果用憎水高强度材料做打散设备或者是筛片，也许能进一步加强湿煤筛分的效果。

[1] 董 勇,齐国杰,崔琳.循环流化床烟气脱硫工艺中颗粒增湿团聚现象的分析[J].动力工程，2009,29(7)：661-675.

[2] 焦 杨,章新喜,孔凡成.潮湿细粒煤聚团碰撞分离的物理过程和微观力学机制[J].煤炭学报,2014,39(10):2092-2099.

[3] 陶秀祥,赵跃民,杨国华,等.潮湿细粒煤炭筛分过程堵孔机理的研究[J].煤炭学报,2000,25(2):196-199.

[4] 刘初升,赵跃民.潮湿细粒煤干法筛分理论和设备的发展[J].矿山机械,1997(10):35-37.

(本文文献格式：陈鹏，胡京可，薛改凤.煤粉与水结合的形貌特征分析[J].山东化工，2017，46(16)：-.)

Analysis of Morphological Characteristics of Coal Combination of Water

Chen Peng1,2,Hu Jingke3,Xue Gaifeng1,2

(1.Wuhan Iron&Steel Co.,Ltd., Research & Development Center ,Wuhan 430080,China;2.Key Laboratory of Coking Coal Utilization of Hubei Province,Wuhan 430080,China；3. Wuhan Iron&Steel Co.,Ltd., Quality inspection center,Wuhan 430080,China)

In this paper, the characteristics of the combination of coal and water are observed by optical microscope, and the aggregation behavior of wet coal is analyzed from the point of view of material, and the possibility of finding the possibility of wet coal screening is also given.

wet coal; transport process; moisture; agglomeration

TQ53

：A

：1008-021X(2017)16-0095-03

2017-06-06

陈 鹏(1982—)，江苏南京人，高级工程师，主要从事配煤技术研究与开发工作。