提高新疆准东露天煤成浆性的实验研究

李 刚，李 慧

（新疆天智辰业化工有限公司，新疆 石河子 832016）

新疆准东煤田位于准格尔盆地的东部，是新疆四大煤田之一，也是我国最大的整装煤田，煤田自西向东划分为五彩湾、大井、将军庙、西黑山和老君庙5个矿区[1]。目前准东煤田累计探明煤炭资源储量为2 136亿t，具有储量巨大、开采成本低、煤的反应性好且容易燃尽等优势[2]。准东煤田发展定位是以煤电、煤化工为主，参与“疆煤外运”，是“西气（煤制天然气）东输”“疆电东送”的重要基地[3]。

准东地区露天矿多、煤产量大、煤价低，该地区煤主要用于锅炉，但由于露天煤全水较高、金属含量高、成浆性差，在煤化工方面尤其是水煤浆气化方面的应用及研究较少。新疆天智辰业化工有限公司2台水煤浆气化炉于2015年8月开车，首次实现6.5 MPa水煤浆水冷壁清华炉的工业运行，为年产35万t乙二醇和17万t 1，4-丁二醇项目提供合成气。为降低原料成本，该公司利用不同煤种掺配准东露天煤的方法，对露天煤的成浆性能进行实验研究，以满足水煤浆气化炉使用需求，为准东露天煤资源合理化利用提供了新思路。

1 实 验

1.1 实验样品来源及工业分析

原料煤来源：准东露天煤、宽沟煤、乌东煤、北山煤、黑山煤、红沙泉煤；添加剂来源：临猗县科华工贸有限公司。

按照 GB 474—2008、GB/T 212—2008、GB/T 211—2007、GB 213—2008的方法对原料煤进行工业分析，结果见表1。

从表1可以看出，各煤种的变质程度不同，水分、灰分、固定碳含量有较大差异。其中，准东露天煤全水和内水都很高，全水25.39%，内水7.97%，灰分较低，为5.76%，固定碳较低，为46.46%，可磨性指数相对较高，较易研磨。宽沟、乌东、黑山3种煤的全水和内水比较低。

1.2 实验样品制备

采用干法研磨、湿法制浆的方式制备水煤浆样品。将原料煤用鄂式破碎机粉碎成一定粒度，然后用小型棒磨机制粉，根据煤的可磨性指数和制气化用水煤浆的粒度要求，控制磨制时间，制得所需粒度分布的煤粉。按照所需的配比称取煤粉，加入添加剂、一次水，在电子搅拌器1 000 r/min下搅拌10 min，检测料浆的性能参数。配煤制浆中，准东露天煤与其他5种煤质量比选为 7∶3、6∶4、5∶5、4∶6。实验用各煤种的粒度分布见表2。

表1 原料煤工业分析

表2 各煤种的粒度分布%

1.3 料浆性能测定方法

浓度测定：采用GB/T 18856.2—2008中规定的红外干燥法测定水煤浆的浓度。检测设备为梅特勒-托利多国家贸易（上海）有限公司生产的HX-204型快速水分分析仪。

黏度测定：采用GB/T 18856.4—2008中规定的方法测定水煤浆的表观黏度。检测设备为成都仪器厂生产的NXS-4C型黏度计。在温度为20℃，恒温水浴中，将适量均匀的水煤浆试样倒入测量容器中，首先静止恒温5 min，然后将剪切速率从0升至 100 s-1，在剪切速率为100 s-1时，每隔12 s记录1次实验数据，共计6次，然后将所有数据取平均值，即为水煤浆的表观黏度。

稳定性测定：将制得的料浆在封闭的玻璃容器内静置24 h、48 h，采用落棒的方法，分别观察24 h、48 h后上层清液的析水量及煤浆是否有硬沉淀，析水量越少、无硬沉淀，则稳定性越好。用A、B、C、D 4级表示水煤浆的稳定性，A级：煤浆不发生分层、没有析水，没有沉淀；B级：煤浆少量析水，稍有分层；C级：大量析水，底部有软沉淀，搅拌后流动性良好；D级：煤浆有无法搅拌的硬沉淀。

流动性测定：采用目测法，用 A、B、C、D 4 级表示水煤浆的流动性。A级稀流体：流动性很好，呈线型；B级稠流体：流动性良好，呈线型；C级稀糊状：流动性一般，呈不均匀线性，有坨状；D级：流动性较差，不呈线性，呈坨状。

2 结果与讨论

2.1 单一准东露天煤成浆特性

采用同种添加剂、在添加剂添加率为2‰、3‰、4‰条件下，测定了单一准东露天煤单独成浆的煤浆性能，结果见图1和表3。

图1 单一准东露天煤浆的黏-浓特性

表3 单一准东露天煤浆的流动性与稳定性

从图1可以看出，准东露天煤可以单独制浆，所制水煤浆浓度低、黏度高。在同一添加剂，同一添加率条件下，煤浆浓度越高，黏度越高。当煤浆质量分数达到49%时，黏度可达1 100 mPa·s；提高添加剂添加率，黏度相差不大。

从表3可以看出，准东露天煤浆的流动性、稳定性都一般。当煤浆质量分数大于47%时，流动性较差，静置24 h后煤浆有大量水析出，煤浆浓度越低，相对沉淀较少，煤浆浓度越高，析出的水越多，硬沉淀越多，稳定性越差。提高添加剂添加率，煤浆的流动性、稳定性并没有明显改善。

结合上述分析，从煤浆浓度、黏度、流动性、稳定性、添加剂添加率等方面综合考虑，单一准东露天煤浆在添加剂添加率为3‰时，煤浆质量分数最高为47%，此时煤浆黏度为 650 mPa·s。

2.2 其他煤种的最优成浆浓度

在采用同种添加剂、不同添加剂添加率条件下，测定了宽沟煤、乌东煤、北山煤、黑山煤、红沙泉煤5种煤单独成浆的煤浆性能，选取5煤种最高成浆浓度下的煤浆性能指标，结果见表4。

表4 5种煤最优成浆浓度下的煤浆性能指标

从表4可以看出，5种煤所制煤浆的最高浓度差距较大，结合各煤种工业分析，可知煤的内水含量是影响水煤浆浓度、黏度、流动性等性质的关键因素[4]。煤的内水是水分通过煤的孔隙结构进入到煤的内部并停留其中的水分，内水在制浆过程中不参与浆体的流动，内水含量高会占据流动水的份额，使作为流动介质的自由水份额减少，导致其不易成浆[5]。

2.3 准东露天煤与不同煤种混合成浆的特性

结合实际生产，将准东露天煤分别与宽沟、乌东、北山、黑山、红沙泉5种煤混合制浆，添加剂添加率2‰，准东露天煤与不同煤种按照质量比 4∶6、5∶5、6∶4、7∶3掺配，分析所制得的水煤浆成浆特性，结果见表5。

表5 准东露天煤与不同煤种混合成浆特性

由表5可知：（1）准东露天煤分别和宽沟煤、黑山煤混合时，混合后煤浆的浓度随着准东露天煤比例的增加而降低，准东露天煤和宽沟煤、黑山煤质量比为5∶5时，煤浆质量分数可达到57%，且此时煤浆的流动性、稳定性都很好；（2）准东露天煤和乌东煤质量比为5∶5 时，煤浆质量分数可达到 56.38%，黏度 561 mPa·s，但此时煤浆的流动性相对较差；（3）准东露天煤和北山煤、红沙泉煤混合后，煤浆质量分数均在50%左右，流动性一般，稳定性相对较差。

3 结 论

3.1 准东露天煤可以单独制浆，在添加剂添加率3‰的条件下，所制煤浆质量分数最高可达到47%，黏度650 mPa·s，其流动性，稳定性都一般。

3.2 准东露天煤与宽沟煤、黑山煤混合后，成浆效果较好，混合后煤浆的浓度、流动性、稳定性均有明显的提高，可以满足水煤浆气化炉对煤浆性能的要求。

3.3 准东露天煤和乌东煤混合后，煤浆的流动性相对较差；准东露天煤和北山煤、红沙泉煤混合后，煤浆质量分数均在50%左右，流动性一般，稳定性相对较差，均不能满足气化生产要求。