超細煤水煤漿流變特性的研究

第4期選煤技術(shù)2004年8月COAL PREPARATION TECHNOLOGYg2004文章編號:1001-3571(2004)04-0045-05超細煤水煤漿流變特性的研究董平12,呂玉庭2,陳俊濤(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京校區)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京2.黑龍江科技學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱摘要:利用不同變質(zhì)程度超細煤粉進(jìn)行超細煤水煤漿的成漿試驗,研究了超細煤粉的粒度組成、制漿濃度和添加劑種類(lèi)及用量對趯細煤水煤漿流變特性的影響。試驗結果表明,不同變質(zhì)程度的煤成漿特性有很大的區別。另外,還介紹了一種評價(jià)水煤漿分散劑分散效果的方法一—潤濕熱對比法。關(guān)鍵詞:超細煤粉;超細煤水煤漿;流變特性;添加劑;澗濕熱中圖分類(lèi)號:TQ536文獻標識碼:A超細煤水煤漿是介于常規水煤漿和精細水煤漿之間的一種全新的、環(huán)保效果顯著(zhù)的水煤漿。由于常規水煤漿的煤粒粒度較粗,流變粘度大等問(wèn)題,收稿日期:2004-06-16基金項目:黑龍江省科技廳2002年攻關(guān)項目(200201010)給商業(yè)化應用帶來(lái)了極大的不便。而精細水煤漿制作者簡(jiǎn)介:董平(1963-男,遼寧省北票市人,副漿成本高,工業(yè)化應用與試驗開(kāi)展得很少,限制了教授。中國礦業(yè)大學(xué)北京校區在讀博士研究生,現在黑龍該技術(shù)的推廣應用。因此,降低制漿原料的粒度上江科技學(xué)院黑龍江省潔凈煤技術(shù)研究中心從事潔凈煤技術(shù)限及粗粒含量,減小煤粒的平均粒度,已成為目前研究工作。聯(lián)系電話(huà):0451-88036141。水煤漿技術(shù)研究的重點(diǎn)。85h以后微溶或不溶的那部分結構鐵被解釋為高該地高嶺土中的鐵含量最低可降至0.26%。嶺石四面體晶格中的鐵是比較合理的,因為以類(lèi)質(zhì)(2)影響浸出除鐵效果的主要因素是浸出溫同象形式進(jìn)入四面體中的鐵更難溶些( Erbil-度和試劑濃度。隨著(zhù)溫度升高,鐵的浸出率增大Ion,1976)。當浸出溫度小于60℃時(shí),溫度變化對鐵浸出率的影響不大,當溫度超過(guò)80℃時(shí),各試劑的鐵浸出0282率均明顯增大,但此時(shí)高嶺石的結構受到破壞。酸濃度增大,除鐵效果均明顯提高,其中鹽酸濃度的0.42變化對除鐵率的影響最大。0.390.56(3)浸出試驗的鐵、鋁溶解比較動(dòng)力學(xué)分析表明,礦物相的鐵、高嶺石晶格中四面體配位的鐵和浸出時(shí)間/h八面體配位的鐵是該地高嶺土中鐵的三種賦存形式。圖3鐵、鋁溶解比較動(dòng)力學(xué)關(guān)系參考文獻以上討論表明,浸出試驗既可確定礦物相鐵的[1]彭崇慧,等。絡(luò )合滴定原理[M].北京:北京大含量,還提供了一種區別鐵的存在形式的方法,并學(xué)出版社,1981且根據其鐵、鋁溶解比較動(dòng)力學(xué)分析進(jìn)一步確定了21 J M Miller(美),化學(xué)分析中戶(hù)分離方法[M鐵的賦存狀態(tài)葉明呂,等譯,上海:上?？萍汲霭嫔?1981.[3]華中師范大學(xué)編,分析化學(xué)[M],北京:人民4結論育出版社,1981[4]周公度,晶體結構測定[M],北京:科學(xué)出版社(1)該地高嶺土浸出除鐵效果最好的是鹽酸最佳浸出條件是:浸出溫度80℃,酸濃度25%,[5]楊晚杰,東勝高嶺土選礦工藝礦物學(xué)研究及化學(xué)浸出時(shí)間4h,礦漿濃度5%。浸出除鐵后高嶺土的功率超聲剝片方法的揮討[D].北京:中國礦業(yè)鐵含量從0.73%降為0.28%,鐵脫除率為62%。大學(xué)北京研究生部,1996第4期2004年8月25日1超細煤粉的制備業(yè)集團大隆礦原煤(t)和山西西山杜兒坪三尺煤(xs)。所采集的煤樣按照GB13212-77、GB476-試驗煤樣主要來(lái)源于黑龍江省七臺河礦業(yè)精煤79進(jìn)行化驗,各煤樣的元素分析和工業(yè)分析結果集團新興選煤廠(chǎng)的洗選精煤(qth)、遼寧省鐵法礦見(jiàn)表1。表1各煤樣的元素分析與工業(yè)分析結果樣品名稱(chēng)(Ca)w(H灬)(N)(S4)(0)M,A大隆()77.715.511.190.3915.203.6121.7637.94七臺河(qth)87.431.250.215.582.578.7530.6233.141.261.002.352.245.7113.8435.99所需超細煤粉利用QLM-90氣流磨加工。根不同粒度組成的超細煤粉樣。根據超細煤粉的特據QLM-90氣流磨的工作原理,確定不同的渦輪點(diǎn),利用FM9300激光粒度分析儀對樣品進(jìn)行粒度式超微細分級器轉數(改變調頻器的轉數),得到測定,所得煤粉粒度特征見(jiàn)表2。表2不同煤樣超細化后的粒度特征表頻率/比表面積煤樣名稱(chēng)H7.091564quh-156.303.761.5961.983qh-原樣18.9929.8917.977.710.7702.2317.4831.0817.160.97916.6.0ltf-1515.621.0561.587.6119.623.881.5451.5614.63Xs-1018.95X8-151.1610.5825.4216.778.030.798x-202010995512.457.30注:七臺河原樣是指利用振動(dòng)磨粉碎后的煤樣水煤漿流變特性細煤粉進(jìn)行水煤漿的成漿試驗。水煤漿成漿試驗在實(shí)驗室內完成,所用水煤漿分散劑為國內常見(jiàn)的陰水煤漿是由煤粉、水和少量的添加劑混合而成離子型萘磺酸鹽DXF、A1和木質(zhì)素磺酸鹽類(lèi)A2。的固液兩相流體。水煤漿的流變特性是指受外力作煤漿以1500r/min的轉速攪拌10min。制備好的水用發(fā)生流動(dòng)與變形的特性。到目前為止的研究表煤漿馬上用國產(chǎn)的NXS-11型旋轉式粘度儀測定水明1“:由于制漿原料煤的性質(zhì)、制漿工藝、添加煤漿的流變特性及表觀(guān)粘度,并以剪切速率為50s-1劑種類(lèi)和數量等因素的影響,水煤漿的流變特性千所對應的表觀(guān)粘度來(lái)評價(jià)各煤樣的流變特性。用陰差萬(wàn)別。大量試驗表明,水煤漿存在明顯的結構化離子型萘磺酸鹽A1作水煤漿添加劑,用量為1%特征,一般都有屈服應力的存在,而且有的還具有(按干基煤計算),所制備的水煤漿濃度見(jiàn)表3,表較大的觸變性和粘彈性。因此水煤漿更符合屈服冪觀(guān)粘度與平均粒徑的關(guān)系見(jiàn)圖1~圖3和表4。定律模型,即表3三種不同變質(zhì)程度超細煤粉的制漿濃度%T=7,+K()…(1)鐵法七臺河山西67.16式中:r,為屈服剪切應力,N/m2。3超細煤水煤漿流變特性的研究3.1超細煤粉平均粒徑對超細煤水煤漿流變特性的影響本文利用事先制備好的三種不同變質(zhì)程度的超圖1鐵法煤樣制備的水煤漿流變特性曲線(xiàn)董平等:超細煤水煤漿流變特性的研究2004年8月25日(按于基煤計算),制備濃度為68%的水煤漿,其流變特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。從圖4可以看出,摻混比為0.85:0.15和0.80:0.20時(shí),水煤漿的流變特性300與qth-原樣沒(méi)有太大的區別;當摻混比為0.75:0152025303540455055剪切速率/s1時(shí),水煤漿的流變特性介于qth-原樣于圖2七臺河煤樣制備的水煤漿流變特性曲線(xiàn)15之間,說(shuō)明水煤漿的流變特性發(fā)生了明顯的60P改變。由此可知七臺河煤樣的平均粒徑可控制在20μm之間,漿體的濃度可達68%,表觀(guān)粘度可低于1000mPa·s。據此類(lèi)推,對于利用相同超細粉碎設備所制備的鐵法煤樣的平均粒徑可控制在15-17μm之間,這時(shí)漿體的濃度可達58%,表觀(guān)圖3山西煤樣制備的水煤漿流變特性曲線(xiàn)粘度可保證低于720mPa·s;山西西山煤樣的平均表4媒樣粒度與水蝶漿表觀(guān)粘度的關(guān)系(剪切速率50s)粒徑可控制在10~14μm之間,漿體的濃度可達媒樣名稱(chēng)n/mPa69%,表觀(guān)粘度可低于500mPa·s;Tf-517.48Tf-1016.05670.231600TET-20Qth-原樣19965.21090.131350.26101418222630343842465054Qth-101430.40圖4七臺河煤樣不同粒度組成的水煤漿流變特性1448.371512.05(6)在所有制漿試驗中,除鐵法褐煤外,中xs-514.63350.00等變質(zhì)程度的煤表現出非常良好的成漿特性和漿體的流變特性,尤其是山西西山煤樣,該煤樣可制備1510.58出高濃度(最高可達71.34%)、低表觀(guān)粘度(最大表觀(guān)粘度為635.59mPa·s)的高質(zhì)量的水煤漿由圖1~圖3和表4可知:雖然用中等變質(zhì)程度的煤粉制備的水煤漿的流(1)低變質(zhì)程度的煤樣無(wú)法制備出較高濃度變特性為脹塑性流體,但這些水煤漿在較高制漿濃的水煤漿,鐵法煤樣最高試驗制漿濃度為58%。度情況下表現出了良好的流動(dòng)特性。作者認為出現(2)試驗煤樣制備的水煤漿的剪切應力隨剪這種有別于大多數常規水煤漿流變特性的原因為:切速率的加大而增加,在相同剪切速率(5051)(1)由于煤經(jīng)超細化處理后,煤的表面結構條件下,剪切應力隨制漿煤粉平均粒徑的減小而提更趨向于偏平幾何結構,煤的比表面積大幅度提高高,表面張力和表面疏水性明顯增加。在制備水煤(3)除鐵法煤粉制備的水煤漿屬屈服假塑性漿的過(guò)程中,由于分散劑的加入,改善了超細煤粉流體外,七臺河和山西煤粉制備的水煤漿為脹塑性的親水性能,形成了結構較為緊密的水化膜。當大流體。量超細煤粉在有限空間內進(jìn)行強力混合時(shí),超細煤4)試驗煤樣制備的水煤漿的表觀(guān)粘度在相粉顆粒間開(kāi)始擠壓、接近,當顆粒間距達到一定值同剪切速率(505)條件下,隨制漿煤粉平均粒時(shí)原有包在顆粒表面的水化膜首先在顆粒表面突出徑的減小而提高。部分兼并或破裂,發(fā)生顆粒間的聚集,逐漸形成了(5)從降低制漿成本角度出發(fā),可適當控制大片的平面網(wǎng)狀結構。由于顆粒間的聚集是通過(guò)小超細煤粉的平均粒徑。為了考察制漿粉體粒度級配顆粒為橋梁聯(lián)系在一起的,因此微小顆粒充填到片對水煤漿流變特性的影響,本文選用七臺河煤平均狀平面網(wǎng)形結構的空隙內,由于微小顆粒的填充作粒徑為18.99μm的原樣與平均粒徑為4.62μm的用,使網(wǎng)狀結構中的水被排擠出來(lái),形成更加致密超細粉體煤樣按0.85:0.15、0.80:0.20和0.75的結構。這些被排擠出來(lái)的水分布在層與層之間,025比例摻混,以A1為分散劑,用量為0.6%起到了潤滑作用,因此在一定濃度下(一般制漿第4期選煤技術(shù)2004年8月25日濃度高于65%)可制備出表觀(guān)粘度較低且流動(dòng)性表面,極少一部分的水被結構化在致密的網(wǎng)狀結構良好的水煤漿。內。當再加入少量的水,使漿體的濃度低于臨界濃(2)在高剪切的情況下,某些原可以充填到度時(shí),水煤漿的表觀(guān)粘度立即下降,流動(dòng)狀態(tài)明顯網(wǎng)狀結構中的微小顆粒來(lái)不及充填而隨層間一起運改善。因此,超細煤水煤漿臨界濃度是制漿最大濃動(dòng),形成了某種體積的“膨脹”。另外,這些微小度。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中要非常重視超細煤水煤漿臨顆粒在層與層間不斷地翻轉,與其他顆粒碰撞,甚界濃度的存在。至粘附,使得層間不斷有能量的交換,增大了層間3.3分散劑的種類(lèi)及用量對水煤漿表觀(guān)粘度的彩的內摩擦力,使漿體表現出一定的脹塑性。32制漿濃度與水煤漿表觀(guān)粘度的關(guān)系3.3.1添加劑種類(lèi)對超細煤水煤漿表觀(guān)粘度的影七臺河和山西西山煤制備的水煤漿濃度與漿體表觀(guān)粘度的關(guān)系見(jiàn)圖5和圖6。試驗條件為:室溫在制備超細煤水煤漿時(shí),研究選用的分散劑是下制備不同濃度的水煤漿,添加劑為A1,用量為由中國礦業(yè)大學(xué)北京校區提供的陰離子型萘磺酸鹽0.8%(按干基煤計算)。通過(guò)對曲線(xiàn)的回歸分析,DXF、淮南礦業(yè)集團提供的陰離子型萘磺酸鹽A1可得七臺河原樣制備的水煤漿濃度與表觀(guān)粘度的關(guān)和淄博化學(xué)公司提供的木質(zhì)素磺酸鹽類(lèi)A2,添加系式為:劑量為1.0%。用山西西山煤-5、七臺河原樣和μ=16259-646.4C+6.25C2……(2)鐵法-10制備濃度分別為67.58%、66.39%和山西西山-5煤樣制備的水煤漿濃度與表觀(guān)粘58.28%的水煤漿。添加劑種類(lèi)對水煤漿表觀(guān)粘度度的關(guān)系式為:的影響見(jiàn)圖7~圖9。。=269004.61-8227.94C+62.95C2(3)式中:C為制漿濃度,%。2002025勤速1550556065圖7添加劑種類(lèi)與山西-5水煤漿流變特性的關(guān)系6264666870圖5七臺河原樣制備的水煤漿濃度與表觀(guān)粘度的關(guān)系101520253035404550圖8添加劑種類(lèi)與七臺河原樣水煤漿粘度的關(guān)系1500圖6山西西山-5煤制備的水煤漿濃度與表觀(guān)粘度的關(guān)系從式(2)和式(3)中可以發(fā)現,超細煤粉5101520253035404550556065的制漿濃度與漿體的表觀(guān)粘度的關(guān)系符合著(zhù)名的愛(ài)圖9添加劑種類(lèi)與鐵法-10水煤漿粘度的關(guān)系因斯坦方程式。從圖7~圖9可以發(fā)現,不同種類(lèi)的添加劑對超細煤水煤漿是一種典型的高濃度懸浮液,隨上述三種煤樣制備的水煤漿表觀(guān)粘度的影響是不同著(zhù)制漿濃度的增加,漿體的表觀(guān)粘度增加。在漿體的,這種影響與煤粉的變質(zhì)程度有關(guān)。對于中高等濃度較低時(shí),漿體的表觀(guān)粘度以線(xiàn)性趨勢增長(cháng);當變質(zhì)程度的七臺河和山西西山煤的超細水煤漿,添濃度較高時(shí),漿體的表觀(guān)粘度急劇增長(cháng)。當漿體濃加劑A1的性能要好于DXF,DXF好于A(yíng)2;對于度達到臨界值時(shí),漿體的粘度驟然增加,出現類(lèi)似低變質(zhì)程度的鐵法褐煤,添加劑A2的降粘性能要瀝青一樣的膠體。這種膠體粘性大,具有明顯的粘好于添加劑A和DXF。彈性。這時(shí)所加入的水大部分用來(lái)潤濕超細煤粉的平等:超細煤水煤漿流變特性的研千究2004年8月25日3.3.2添加劑用量對超細煤水煤漿表觀(guān)粘度的影試驗結果為解釋添加劑種類(lèi)對鐵法-10水煤漿表觀(guān)粘度的影響提供了理論依據。以陰離子型萘磺酸鹽A1為分散劑,用量分別為1.0%、0.8%、0.6%、0.4%和0.2%,用七臺4結論河原樣制備濃度為66.49%的水煤漿,其流變特性(1)低變質(zhì)程度的煤樣無(wú)法制備出較高濃度曲線(xiàn)如圖10所示。的水煤漿,鐵法煤樣的最高試驗制漿濃度為58%。(2)試驗煤樣制備的水煤漿的剪切應力隨剪切速率的加大而增加,在相同剪切速率(50s-)條件下,剪切應力隨制漿煤粉平均粒徑的減小而提高。(3)除鐵法煤粉制備的水煤漿屬屈服假塑性405060剪切速率/s1流體外,七臺河和山西煤粉制備的水煤漿為脹塑性圖10不同藥劑量對七臺河原樣水煤漿粘度的影響流體。當添加劑用量低于0.4%時(shí),所制備的漿體粘(4)試驗煤樣制備的水煤漿的表觀(guān)粘度在相度大,且成漿困難。從圖10可以了解到添加劑用同剪切速率(50s)條件下隨制漿煤粉平均粒徑量對水煤漿表觀(guān)粘度的影響比較復雜。因此,在保的減小而提高。證漿體流變特性符合實(shí)際應用的前提下,添加劑用5)超細煤水煤漿存在著(zhù)制漿臨界濃度。當量應盡可能地減少。試驗表明,對于用七臺河原樣漿體達到臨界濃度時(shí),漿體的粘度驟然增加,出現制備的水煤漿,最合理的添加劑用量應在0.8%類(lèi)似瀝青一樣的膠體。這種膠體粘性大,具有明顯0.6%之間。34水煤漿分散劑分散效果評價(jià)的新方法—潤(6)超細煤粉在不同液相中的潤濕熱測定結濕熱對比法果可以用來(lái)對不同添加劑分散效果進(jìn)行評價(jià)。潤濕利用法國產(chǎn)的 SETARAM-C80Ⅱ微熱量?jì)x和熱越高,分散劑的分散效果越好。國內較常用的水煤漿添加劑A1(萘磺酸甲醛共聚7)應合理選擇分散劑的用量,這樣不僅可物)和A2(磺化木質(zhì)素)為浸潤液對鐵法煤樣進(jìn)以調整超細煤水煤漿的流變特性,還會(huì )有效降低制行潤濕熱的測試試驗,試驗結果如圖11所示。漿成本。參考文獻[1]康宏清修,等,水煤漿的流變特性[A],水煤漿加入A1≥技術(shù)譯文集(1)[C],北京:[出版者不詳],[2]吳家驪,宋永瑋,等,煤的性質(zhì)對水煤漿特性的影時(shí)間/s時(shí)間/s響[A].水煤漿技術(shù)論文集[C].北京:[出版圖11鐵法-10煤樣加入不同添加荊后的潤濕熱者不祥],1987試驗表明,加入A后的浸潤熱低于加入A2[3]周德悟,煤的氧化和巖相組威及復合添加劑對煤成的浸潤熱,說(shuō)明A2更容易在鐵法-10超細煤粉的漿性的影響[冂]·燃料化學(xué)報,1996,24(3)表面吸附,使得其表面的親水性增強。因此,對于[4]孫威功,煤的孔結構特征對水煤蒙性質(zhì)的彩響[冂鐵法-10煤樣,A2的分散性能要好于A(yíng)1。這個(gè)燃料化學(xué)報,1996,24(5)三項煤炭行業(yè)標準通過(guò)審查2004年8月20-22日,煤炭工業(yè)煤礦專(zhuān)用設備標準化技術(shù)委員會(huì )選煤機械分會(huì )在河北省秦皇島市組織召開(kāi)了由煤炭科學(xué)研究總院唐山分院負責起草的《煤用有壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器》、《煤用分級破碎機》、《煤泥濾餅碎干機》三項煤炭行業(yè)標準專(zhuān)家審查會(huì )。來(lái)自科研、生產(chǎn)、設計、質(zhì)檢和教學(xué)等部門(mén)的專(zhuān)家20余人參加了會(huì )議。在標準主要起草人向專(zhuān)家們詳細介紹標準立項和制定主要內容及依據,并對“征求意見(jiàn)稿”的征求意見(jiàn)過(guò)程作了匯報后,與會(huì )專(zhuān)家對標準制定的必要性、送審材料的完整性、標準制定的內容及依據、標準的格式等進(jìn)行了認真的討論,對“送審稿”逐條、逐句進(jìn)行了詳細審查。專(zhuān)家們一致認為,標準起草人在標準制定過(guò)程中做了大量的工作,標準制定技術(shù)內容正確、依據充分、編寫(xiě)規范,標準的制定將有利于促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高和選煤技術(shù)的進(jìn)步;標準具有科學(xué)性、先進(jìn)性、實(shí)用性;所制定的標準填補了煤炭機械產(chǎn)品行業(yè)標準的空白,一致同意經(jīng)過(guò)必要的修改后上報主管部門(mén)審批(本刊訊)