煤的改性提質(zhì)對水煤漿成漿性的影響

第24卷第3期煤炭轉化Vol 24 No.001年7月COAL CONVERSIONJul.2001煤的改性提質(zhì)對水煤漿成漿性的影響郝愛(ài)民1)李新生2宋永瑋搐要對幾種不同變質(zhì)程度的煤采用了低溫熱處理和富集煤的微觀(guān)顯微組分等手段,對煤的表面性質(zhì)進(jìn)行改性提質(zhì),結果表明:低溫熱處理可脫除煤表面的含氧官能團,降低煤遘水后與水分子的結合能力,使不同變質(zhì)程度煤的制漿濃度有所提高.同時(shí)顯微鏡質(zhì)組的富集可改善水煤漿的性質(zhì),提高水煤漿的濃度,而絲炭和灰分的共同作用對水煤漿的成漿性產(chǎn)生不利的影響關(guān)鍵詞水煤漿,最高煤漿濃度,低溫熱處理,顯微組分中圖分類(lèi)號TQ517些表面性質(zhì)和顯微微觀(guān)性質(zhì)以考察對水煤漿成漿0引言性的影響水煤漿是由煤、水、添加劑混合制成的一種復雜1實(shí)驗部分的固、液分散體系.因此水煤漿的性質(zhì)是由成漿用煤的性質(zhì),與煤種相匹配的添加劑的性質(zhì)以及水煤漿的制漿工藝條件等因素決定的在特定添加劑和工1.1煤樣藝條件下,煤的性質(zhì)對水煤漿的成漿性起決定作用選用了幾種不同類(lèi)型的煤樣作對比研究,其煤文中選取了幾種不同變質(zhì)程度的煤樣,通過(guò)對煤的質(zhì)分析見(jiàn)表1低溫熱處理和富集煤的顯微組分等手段,改變煤的衰1原煤的性質(zhì)Table 1 Properties of raw coal (%ProximateUltimate, dafMHCH11.3411.3032.414.0915,2718.10Yangchangwan14.930.4579.883.9314.4917.705.825.6139.7080.075.1013.2883.73Maximum moist ure-holding capacity1.2水煤漿樣品的制備3煤的低溫熱處理為了消除粒度對水煤漿的影響,結合最大堆積將煤樣置于管式爐中,以氮氣為保護氣流速為密度原理和實(shí)驗室制漿經(jīng)驗,全部制漿煤樣均釆用30ml/min,升溫速率為10C/min.加熱前,先用氮下列配比:60目~100目占14%;100目~200目占氣連續置換爐內空氣5min,升至預定溫度時(shí),保持16%;小于200目占70%恒溫2h,在氮氣氣流下冷卻至室溫,樣品備用中國煤化工1》助理研究員;2)高級工程師;3)研究員,中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研dHCNMHG收稿日期:200104202001年1.4顯微組分的分離由表2可知,五種煤的成漿性好壞依次為烏蘭煤>大同煤>神木煤>羊腸灣>靈武煤.研究結果將煤樣粉碎至40目,用不同比重的氯化鋅溶液表明12,煤中的水含量與煤漿的表觀(guān)粘度和流動(dòng)性來(lái)分離顯微組分,每種顯微組分所適合的比重由預有直接的聯(lián)系煤的吸水性的強弱,直接影響漿體中先經(jīng)過(guò)的浮沉實(shí)驗所測得的較佳條件決定所得樣起潤滑作用的自由水分的多少,在相同濃度下,吸水品經(jīng)熱水反復洗滌直到無(wú)氯離子存在為止.干燥后性強的煤,使較多的水分子被吸附在煤的表面而失磨制成水煤漿樣品備用去流動(dòng)性,致使起潤滑作用的自由水分減少,從而增1.5煤質(zhì)分析加了水煤漿的粘度,最終降低了煤的最高煤漿濃度我們用煤的最高內在水分來(lái)表征煤的吸水性,并與(1)煤的總酸性基的分析采用Ba(OH)2法;游最高煤漿濃度進(jìn)行關(guān)聯(lián)(見(jiàn)圖1).由圖1可知,煤的離羧基的分析采用Ca(AC)2法最高內在水分與煤的成漿性具有很好的線(xiàn)性相關(guān)2)煤的最高內在水分的分析(MHC,%)釆用性煤的內在水分越高其最高煤漿濃度越低,成漿文獻[1]所述的方法性越差,靈武煤的最高內在水分高達18.1%,所以1.6水煤漿的制備及性能測定在煤的成漿過(guò)程中表現出極難的成漿性(1)水煤漿的制備:實(shí)驗統一采用4號添加劑作為水煤漿用添加劑.在濃度為1%的添加劑溶液中,加入一定量的煤樣,攪拌均勻,在勻漿機上以5000r/min攪拌10min,即成為流動(dòng)的水煤漿66水煤漿濃度%=干煤重(g)干煤重+水重十添加劑重(g)×100%(2)表觀(guān)粘度的測定:采用NXS-11型旋轉粘度計,在25C條件下測定,以剪切速率28.38-作101214161820為成漿性的指標MHC/%圖1最高媒漿濃度和最嗎內住水分的關(guān)系Fig.1 The relationship between the MCC and MHO2結果與討論眾所周知,煤的吸水性是由煤表面分布著(zhù)的各種含氧官能團所決定,其中羧基和酚羥基這兩種親2.1原煤的成漿性水基團對煤的親水性具有較大的貢獻,①而眾多的優(yōu)質(zhì)水煤漿應具有較高濃度、易流動(dòng)性和良好研究文獻表明煤的平衡吸水量主要依賴(lài)于羧基的的穩定性等特點(diǎn)煤漿的表觀(guān)粘度是判斷水煤漿流含量.“煤的最高內在水分與煤的表面活性含氧官動(dòng)性的一個(gè)指標但表觀(guān)粘度隨煤漿濃度變化很大,能團有著(zhù)更為直接的聯(lián)系(見(jiàn)表3)表面含氧官能且不同煤種其變化規律也不盡相同.為了更直觀(guān)地團的多少,影響著(zhù)煤的吸水量的多少,其中羧基含量表達煤的成漿性的好壞,本文采用在特定添加劑和的變化與最高內在水分含量的變化趨勢是一致的成漿條件下,粘度為1500mPa·s時(shí)所能達到的煤因此煤表面含氧官能團越高,其最高內在水分越高漿濃度定義為最高煤漿濃度(MCC,%),以此為指而內在水分的提高直接導致了煤的成漿性的降低標來(lái)表征水煤漿成漿性的好壞.五種煤在上述條件裹3煤的表面含氧官能團與最高內在水分的關(guān)系下制漿時(shí)所能達到的最高煤漿濃度見(jiàn)表2Table 3 Relationship between the oxygen bearing func.豪2不同煤種制漿時(shí)的最高煤漿濃度onal group and MHC of CwsTable 2 The Maximum coal concentration of cwSSample Carboxyl group/ Hydroxyl group: MHC/%adwith 1 500 mPa.s at shear rate 28 38mmol/gadmmol/g,adMCC/%中國煤化工I8.l00ShentYangrhangwan 60 34 WulaCNMHG5,040Shenmu第3期郝愛(ài)民等煤的改性提質(zhì)對水煤漿成漿性的蟛響2.2煤的低溫熱處理對煤的成漿性的影響在影響煤的成漿性的諸多因素中,煤的最高內在水分對煤的成漿性有著(zhù)最為直接和明顯的影響,而影響內在水分的最主要的因素為煤表面含氧官能團.而熱處理是煤脫水和脫羧的有效手段之一.為此實(shí)驗對四種原料煤進(jìn)行了低溫熱處理,以便脫除煤表面的含氧官能團,降低煤的最高內在水分,改善煤01002003004005006Temperature/℃的成漿性.不同熱處理溫度下煤的成漿性、煤的最高圖3熱處理溫度和最高內在水分的關(guān)系內在水分的變化情況見(jiàn)圖2和圖Fig 3 Relationship between heating-temperature不同熱處理溫度下四種煤的最大煤漿濃度曲線(xiàn)見(jiàn)圖2.由圖2可知,300C以前,煤漿濃度的提高均▲- Datong;△-- Shenmu●-· Yang hangwan;不十分明顯,當溫度超過(guò)300C時(shí),煤漿濃度才有C-Lingwu時(shí)還伴隨著(zhù)煤大分子結構的實(shí)質(zhì)性斷裂過(guò)程,導致煤表面收縮及煤的徽孔閉合,上述因素綜合導致煤的吸水性降低,成漿性提高.而對于神木煤和大同煤,當煤在300C以前加熱時(shí)隨著(zhù)含氧官能團的分解降低,使煤的吸水性逐漸降低,但由于煤的變質(zhì)程度的提高,特定溫度的上移,當繼續加熱時(shí),煤大分子結構并沒(méi)有受到大量的實(shí)質(zhì)性破壞,所以當煤制漿時(shí),煤遇水其最高內在水分又部分恢復,因此表現出400C以后加熱時(shí),煤的最高內在水分略有升高圖2熱處理溫度與最高煤漿濃度的關(guān)系煤的最高煤漿濃度降低的結果Fig 2 Relationship between heating-temperature結果還表明,變質(zhì)程度越低的煤,對加熱處理越and MCC敏感,成漿性的變化也越大,大同煤和神木煤均在400C~480C達到最大煤漿濃度的峰值,而靈武煤和羊腸灣煤直到550C,最大煤漿濃度仍呈上升明顯的上升,對于變質(zhì)程度較低,內在水分較大的的趨勢靈武煤和羊腸灣煤,當溫度繼續升高時(shí),煤漿濃度依然保持升高的趨勢但對于神木煤和大同煤,當溫度2.3煤的顯微組成對煤的成漿性的影響繼續升高至400C以上時(shí),煤漿濃度反而略有下降煤是由鏡質(zhì)組、絲質(zhì)組和殼質(zhì)組三種有機顯微這與加熱時(shí)煤的最高內在水分所表現出的規律類(lèi)似組分組成顯微組分的不同,決定了煤性質(zhì)的不同(見(jiàn)圖3).由圖3可知,300C之前隨著(zhù)加熱溫度的通過(guò)富集鏡質(zhì)組和絲質(zhì)組這兩種具有明顯不同性質(zhì)升高,煤的內在水分逐漸減少,但趨勢較緩慢而超的顯微組分,考察富集顯微組分改質(zhì)對煤的成漿性過(guò)300C后,內在水分下降的趨勢變快.當溫度超過(guò)的影響.實(shí)驗用煤顯微組分的組成見(jiàn)第50頁(yè)表400C時(shí)對于靈武煤和羊腸彎煤,其內在水分依然用表4中富含不同顯微組分的煤樣制備水煤處于下降趨勢,而對于大同煤和神木煤其內在水分漿,其最高煤漿濃度見(jiàn)第50頁(yè)表5.結果表明,巖相卻略有回升.眾所周知,在煤的熱解過(guò)程中,最初的組分的不同,使得最高煤漿濃度表現出一定的差別低溫段主要是煤的干燥脫水和表面含氧官能團的斷大部分富鏡質(zhì)煤制漿時(shí)的最高煤漿濃度比原煤高裂脫除過(guò)程只有超過(guò)某一特定溫度時(shí),才會(huì )發(fā)生煤其中烏日,而它坐制漿時(shí)與原煤分子結構的實(shí)質(zhì)性斷裂特定溫度隨著(zhù)煤變質(zhì)程度相比大中國煤化工來(lái)說(shuō),絲炭的的提高也會(huì )在一定溫度范圍內提高對于靈武煤和比重大CNMHG.不易從母體羊腸灣煤,由于其相對變質(zhì)程度較低,300C以后加煤中分離,因此富集較純凈的絲炭是件極困難的工熱時(shí),不僅僅是表面含氧官能團迅速分解的過(guò)程,同作,且富集得到的樣品含有較多灰分.而灰分對水煤煤炭轉化2001年表:實(shí)驗用煤顯微組分的分析煤漿,但對煤漿的穩定性起著(zhù)很好的作用;另一方Table 4 Analysis of coal maceral面由于灰分比重大,增加灰分為水煤漿濃度的增大Proximate/另Vitrinite Inertinite Exinite提供了堆實(shí)物料,因此對水煤漿的成漿性影響變得較復雜.在實(shí)驗中同類(lèi)型的煤中,絲炭和灰分均在煤111.34113032.411.103810.60的成漿過(guò)程中表現出不良影響,二者綜合的結果使gw214.2014.1834.2030.2769.290.4得富絲炭煤的成漿性變得較差15.825.6139.7077.6421.231.13Shrm26.186.813520592740.70.163結論5.41.8339.1087.9012.103.759.5729.4052.003.00(1)煤的最高內在水分是影響煤的成漿性能的24.2312.502761.720.75最為直接的囚素.內在水分高的煤,其成漿性差反3.292.0733.9069.8028.301.901.715.5427.2659.5040.50之則成漿性好.實(shí)驗選取的五種煤的成漿性好壞依wular23,966.0528.0059.0041.00-次為烏蘭煤>大同煤>神木煤>羊腸灣>靈武煤0.901.7122.9076.7023.30(2)低溫熱處理可使不同變質(zhì)程度煤的制漿濃Note:1-Raw coal:2--Rich-inertinile 43---Rich-vitrinte度有所提高,其中低溫熱處理對變質(zhì)程度低內在水表5不同巖相組分的最高煤漿濃度分含量高的煤更敏感效果更為顯著(zhù)低溫熱處理存Tabl5 Maximum coal concentration on maceral of coal在的最大問(wèn)題是處理后的煤遇水后會(huì )發(fā)生水分的再SampleMCC/%MCC/%吸附和再化合,如何阻止和限制煤表畝的再水化作70.0用將是今后研究的課題之58.1Datong 266.6(3)對于同種變質(zhì)程度的煤,鏡質(zhì)組含量高的煤易制備低粘高濃的水煤漿,而富絲炭和灰分綜合68.8wulan結果對成漿性是不利的由于大部分絲炭被無(wú)機礦Shenmu物質(zhì)浸染,因此富集絲炭時(shí)夾雜著(zhù)部分的灰分,這部分物質(zhì)的機械強度很低,故可根據這一特點(diǎn),在水煤漿成漿性的影響較復雜.一方面由于灰分中的可溶漿制樣時(shí)進(jìn)行選擇性破碎,以減少不利于煤漿特性礦物質(zhì)溶出的高價(jià)金屬離子不利于制備高濃度的水的惰性組分,從而提高水煤漿的濃度參考文獻]吉慶軍,吳家.煤最高內在水分測定方法改進(jìn).煤質(zhì)技術(shù)與科學(xué)管理.1990(J)[2] Wu Jiashan, Sung Yongwei, Zhang Chunai et al. The Surface Properties of Coal and their Effects on Behavior of (wS. InProc &th Int Symp On Coal Slurry Fuels Preparation and Utilization, Florida: Orlando. 1986. 10-183]西野順也鬼山和意,關(guān)昌夫.CWM中石炭表面化學(xué)的研究,燃料協(xié)會(huì )志,1989,68(6):469474] Schaler H N S. Factors Affecting the Equlibrium Moisture Contents of Low-rank Coals, Fuel, 1972.51(4).1-gEFFECT ON SLURRYABILITY OF CWS ABOUT MODIFIED COALHao Aimin Li Xinsheng and Song yongwei(Institute of Coul Chenistry, Chinese Academy of Sciences, 030001 TaiyuanabSTRact Several kind of coal have been selected to be treated by heating at lower temperature and maceral group have been collected by ZnCl2 solution in order to change surface properties and coal properties. The results show that the slurryability of coal can be improved byheating-treated at lower temperature because of the decomposition of the oxygen-bearing func-tional groups on the coal surface which reduced the moistul中國煤化工 The richvitrinite also can improve the maximum coal concentrationCNMHGKEY WORDS CWS, maximum coal concentration, heating-treated at lower temperature