配煤对水煤浆性能影响研究

周鸿宇，张甜甜

(陇东学院 化学化工学院，甘肃 庆阳 745000)

水煤浆(Coal Water-slurry，简称cws)是由煤浆燃料派生而来的，是一种煤基洁净燃料，是把煤粉碎与添加剂水溶液进行混合制备成的浆体。水煤浆是一种复杂的分散体系，影响煤的成浆性、浆体流变性及稳定性的因素众多。以往的工作[1]对制约水煤浆性能的因素进行了研究，但由于受到多种因素的影响，得出的结论和看法各不相同[2-5]。如空气平衡水分与最高内在水分对煤浆性能的影响程度；煤中矿物质及矿物质在煤浆中的溶出特性对水煤浆性能的影响；煤的表面电化学性质对煤浆的影响及煤的孔隙结构与煤的比表面积对水煤浆性能的影响等均有不同观点。

配煤制浆是一种能够扩大制浆煤种而又简易经济的方法[6-7]。在水煤浆技术应用与推广的过程中，如何用难制浆的的煤种制得高浓度、低黏度、流动性好的水煤浆一直是人们关注的问题。配煤制浆技术可以提高煤浆性能，降低生产成本，而且原料煤适用范围大，对原料多样化及合理利用资源具有重大意义[8-11]。本文通过对甘肃华亭、甘肃张掖和陕西神府三个地方的煤进行单煤制浆、不同质量比的两种煤和三种煤配煤制浆实验，研究配煤对水煤浆性能的影响。

1 实验部分

1.1 实验材料

1.1.1 实验原料及试剂

华亭煤、张掖煤、神府煤、十二烷基苯磺酸钠，聚丙烯酰胺10000以上原料规格均为工业用品。

1.2 实验方法

1.2.1 煤浆制备

将3种原料煤先用颚式破碎机破碎至直径20mm以下，再在密封式化验制样粉碎机中磨细。磨细后利用振荡筛进行筛分，选取120目的煤样，干燥贮存待用。

本实验采用干法制浆，虽然干法制浆的能耗比湿法的高，但是干法制浆能使煤浆获得最高的堆积效率，提高煤浆的浓度。称取1.0g的十二烷基苯磺酸钠，倒入蒸馏水中，用搅拌器充分搅拌使其溶解，溶解后，调慢搅拌器的转速，快速加入已称取的煤样。保持搅拌器的转速为800～1000r/min，搅拌时间为15min。即可成浆。在配煤制浆中，2种煤的质量比选为1:1、1:5、5:1，3种煤的质量比选为1:1:1、1:2:3。实验煤和添加物的比例为6:4与7:3之间。

1.2.2 性能测定

1.2.2.1 黏度测定

使用NDJ-8S旋转粘度计测量，选择适当的转子，开启旋转粘度计，计时，从第五分钟开始读数，每过一分钟读取一次并做记录，共记10次，计算取其平均值作为最终黏度。

1.2.2.2 静态稳定性[12]

① 搅拌水煤浆试样使之均匀，将其倒入已知质量的瓶中，记录水煤浆总质量mz，放置7天。

② 7天后，将瓶内水煤浆倒入预先精确称量并干燥清洁的接收瓶中，将接收瓶倒置与装有水煤浆的试样瓶口对正，后将其颠倒过来倾倒，10min后停止倾倒，带上接收瓶和试样瓶瓶盖。

③ 称量接收瓶总质量，计算接收瓶中水煤浆的质量mb＇；称量试样瓶总质量，计算试样瓶中残留物的质量mb。

④ 稳定性计算公式：

式中：SBsta为水煤浆静态稳定性，%；mb为水煤浆静置7天后试样瓶中残留物的质量，g。

1.3 结果与讨论

1.3.1 单煤制浆实验

一般要求水煤浆的黏度小于1200mPa·s，而工业应用的水煤浆黏度通常为1000mPa·s。不同煤种水煤浆成浆性能比较见表1。

由表1可知：对于给定的水煤浆添加剂，由于煤质的差异，3种单煤成浆性能属张掖煤最差，其黏度为1162mPa·s，稳定性为13.11%。由华亭煤制得的水煤浆黏度为996.8mPa·s，稳定性稍差，为15.34%。由神府煤制得的水煤浆黏度为987.6mPa·s，稳定性为13.26%。比较来说，神府煤成浆性能最好，符合国家标准，即是如此，还需通过配煤提高煤的成浆性能。

表1 3种煤的成浆特性数据Tab1 Maximum solid concentration and stability of three coals

1.3.2 配煤制浆实验

在配煤制浆中，将华亭煤和张掖煤的组合记为组合1，张掖煤和神府煤的组合记为组合2，华亭煤和神府煤的组合记为组合3，华亭煤、张掖煤和神府煤的组合记为组合4。4种组合中分别以不同的比例配制水煤浆，实验数据如表2所示。

表2 配煤制浆的组分、比例黏度以及稳定性Tab1 Maximum solid concentration and stability of blending coals

由表2可知： (1) 配煤组合制得的水煤浆的稳定性差别较大，且所有配煤水煤浆的黏度分布在591.8～1394.0mPa·s，符合国家标准。其中黏度最低为华亭煤和神府煤的组合，黏度最高的为张掖煤和神府煤的组合。

(2) 配煤所得的水煤浆的成浆性能不一定比单煤的好，有些配煤所得到的水煤浆的稳定性较单煤的成浆稳定性好，而有的比两种单煤的成浆稳定性都要差。

(3) 同一配煤组合中，不同质量比所得到的水煤浆的稳定性相差较大，而且配煤的成浆稳定性和配煤比呈非线性关系。如：华亭煤和张掖煤在1:1的质量配比下得到的水煤浆的稳定性为20.28%，张掖煤的比重越大，配煤成浆的稳定性越好。

(4) 配煤的稳定性和粘度相差较大可能与三种煤的煤质因素和煤种间相互作用的效果不同有关。配煤煤种的选择以及配比的不同，会影响配煤的水煤浆性能。

2 结论

根据对甘肃华亭，甘肃张掖，陕西神府3种煤进行单煤和不同质量比配煤的成浆性能的研究，获得如下结论：

(1) 用十二烷基苯磺酸钠作为分散剂制备的水煤浆其性能较好且经济性好。在煤水质量比为6:4时黏度和稳定性最佳分别为1162.0 mPa·s和13.11%。

(2) 煤质因素是影响煤炭成浆性能的主要因素，高内在水分、高含氧量是难成浆煤种的特点。

(3) 由于煤种间相互作用的效果不同，配煤煤种的选择以及配比的不同，都影响配煤的水煤浆性能。

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