水煤漿添加劑的適配性研究

第33卷第08期煤炭技術(shù)Vol.33No 0814年08月2014doi10.13301 j cnki. ct.201408100水煤漿添加劑的適配性研究李貞偉,朱書(shū)全,龔貴龍(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京100083摘要:試驗以常村煤為水煤漿制漿原料煤,通過(guò)粒度級配試驗、確定最優(yōu)分散劑種類(lèi)試驗制漿濃度和添加劑用量試驗,確定最佳分散劑與助劑之間的配比,篩選出針對常村原煤兼顧成本和制漿性能的優(yōu)秀添加劑配方。關(guān)鍵詞:水煤漿;分散劑;助劑;適配性中圖分類(lèi)號:TQ536文獻標志碼:A文章編號:1008-8725(201408-0255-04Research on Fitment of Coal Water Slurry AdditiveLI Zhen-wei, ZHU Shu-quan, GONG Gui-long(School of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology(Beijing), Beijing100083, China)Abstract: In this experiment, Changcun coal is used as pulping raw coal. By doing the grain sizedistribution experiment, determine the optimum dispersant type experiment, pulp concentration andadditive dosage experiment, it can determine the best proportion between dispersing agent and additivesand screen the excellent additive formulation in cost and pulping properties for Changcun raw coalKey words: coal water slurry; dispersant; auxiliaries; fitment0引言煤質(zhì)與水煤漿添加劑分子結構存在著(zhù)匹配性,其所受應力時(shí)常會(huì )出現轉移,應力轉移后,煤巖體引起的煤巖彈塑性變形及系統內的應力轉移造成所受載荷卸載,微震能量與事件數減少;當煤巖再沖擊事件前出現微震反?，F象。次猛然受力時(shí),由于凱撒效應的存在,在受力前期參考文獻不會(huì )有微震事件的產(chǎn)生,再加上煤巖體已經(jīng)相對疏]蔡美峰巖土力學(xué)與工程M]北京:科學(xué)出版社200松破碎,表觀(guān)顯現為微震事件的猛然爆發(fā),微震能2何滿(mǎn)潮謝和平彭蘇萍等深部開(kāi)采巖體力學(xué)研究U若石力學(xué)與工程學(xué)報,2006,2416):2803-2813量與事件數急劇增大[3]孔令海姜福興,劉杰,等.基于高精度微震監測的特厚煤層綜放煤巖體開(kāi)挖后的破裂過(guò)程,實(shí)際上是在時(shí)間尺面支架?chē)鷰r關(guān)系[巖土工程學(xué)報,2010,32(3):401-407度上的流變行為,尤其是在地下三向受力狀態(tài)下,【4]竇林名何學(xué)秋沖擊地壓防治理論與技術(shù)M]徐州:中國礦業(yè)表現為很強的彈塑性,根據文獻[4的實(shí)驗研究,塑大學(xué)出版社,2001性變形階段明顯的巖樣,峰值破壞前出現明顯的聲5寒林名,何學(xué)秋采礦地球物理學(xué)M!徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版發(fā)射平靜期即聲發(fā)射率顯著(zhù)降低,礦井實(shí)際監測6王元何學(xué)秋媒巖變形破裂電磁輻射實(shí)驗研究],地球物理顯現為沖擊事件前微震事件能量與事件數顯著(zhù)減學(xué)報200043(1):131-137少沖擊發(fā)生時(shí)微震能量與事件數達到峰值。[7]王恩元,何學(xué)秋,劉貞堂,等.受載巖石電磁輻射特性及其應用研6結語(yǔ)究[J巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2002,21(10)1473-1477通過(guò)以上分析研究主要得到以下結論:[8]王恩元何學(xué)秋,李忠輝等煤巖電磁輻射技術(shù)及其應用[M].北(1)千秋煤礦214工作面處于向斜軸部,埋京:科學(xué)出版社,2009[9]姜福興微震監測技術(shù)在礦井巖層破裂監測中的應用[J].巖土深大,上覆頂板為巨厚礫巖,煤層特厚,構造應力顯力學(xué)與工程學(xué)報,2002,2(2):147-149著(zhù)等復雜地質(zhì)條件;再加上綜采放頂煤開(kāi)采、放炮、[10姜福興楊淑華成云海等煤礦沖擊地壓的微地震監測研究巷道擴修等采動(dòng)影響造成工作面礦震不斷且易發(fā)[J]地球物理學(xué)報,200649(5):1511-1516生大能量沖擊地壓事件。[1]夏永學(xué)康立軍齊慶新等基于微震監測的5個(gè)指標及其在沖(2)沖擊地壓發(fā)生前電磁輻射和微震呈現很強擊地壓預測中的應用[]煤炭學(xué)報,2010,35(122011-2016[12]劉曉斐,王恩元何學(xué)秋等回采工作面應力分布的電磁輻射規的規律性。沖擊發(fā)生前電磁輻射強度呈增大趨勢,律[J煤炭學(xué)報,2007(10):1019-102沖擊發(fā)生后,電磁輻射強度降低;微震序列出現反[13]王恩元何學(xué)秋劉貞堂等煤巖動(dòng)力災害電磁輻射監測儀及?，F象,表現為微震能量和事件數從較高的值過(guò)渡其應用[冂].煤炭學(xué)報,2003,28(4:366-369到較低的值,且再次從較低的值猛然增大時(shí),極易14)賢剛,李度林唐海燕等若石破壞聲發(fā)射平靜期及其分形發(fā)生沖擊災害。采用電磁輻射和微震監測技術(shù)進(jìn)行作者簡(jiǎn)介:楊寧寧(1988-),女,江蘇徐州人,碩士研究生,研究大采深厚煤層沖擊地壓的超前綜合預警是可行的。方向煤巖動(dòng)力災害的監控與防治(3)井下煤-巖力學(xué)系統的在三軸應力狀態(tài)下責任編輯:李富文收稿日期:2013-06-3055Vol3No.08水煤漿添加劑的適配性研究—李貞偉等第33卷第08期而這種匹配性對煤的成漿性、流變性和水煤漿的穩旋轉黏度計測量水煤漿的黏度。以25℃時(shí),剪切率定性有著(zhù)一定的影響。對于不同的煤種,添加劑之為1001的漿體的表觀(guān)黏度作為本試驗研究的水煤間同樣存在匹配性。復配后的添加劑有著(zhù)良好的制漿黏度指標漿效果,而且分散劑的總用量比單獨使用相應分散具體操作如下:劑時(shí)要少得多,在水煤漿制備成本中,除了煤以外(1)將上述制備好的水煤漿倒入黏度儀的測試占重要位置的就是分散劑的價(jià)格。分散劑的價(jià)格通管中常較高,而相比之下,助劑的價(jià)格就要低廉很多,況(2)打開(kāi)黏度儀的電源,并打到工作檔;且,單獨使用分散劑的成漿效果并不見(jiàn)得就是最好(3)從0檔逐檔往高調,每調1檔間隔30s后的。所以本試驗的研究目標就是通過(guò)確定分散劑與再調下1檔,同時(shí)記錄黏度計所顯示的數值,黏度助劑及助劑之間的配比,篩選出針對常村原煤兼顧計數值<10或者>100的都不予記錄;成本和制漿性能的優(yōu)秀添加劑配方(4)將記錄好的數據用黏度軟件處理,便得到本試驗選用木質(zhì)素系萘系、腐植酸系3類(lèi)(6黏度數值和流變曲線(xiàn)。種)分散劑和2種助劑對常村原煤制漿。試驗初步13水煤漿粒度分析使用2種使煤制漿性能好的分散劑;接著(zhù)改變分散本試驗采用濕篩的辦法來(lái)檢查制備好的水煤劑和助劑的配比,以制漿結果為指標,篩選出分散漿中煤的粒度組成是否符合要求。具體步驟如下:劑與助劑的適宜比例;然后固定分散劑種類(lèi)及與助(1)稱(chēng)量一定質(zhì)量上述制備好的水煤漿m;劑的配比,改變助劑間的配比,以制漿結果為指標,(2)稱(chēng)量出上述篩子的質(zhì)量m2;確定助劑的配比(3)將水煤漿倒在篩子上,以小流速的水流沖試驗過(guò)程中對煤進(jìn)行元素分析及工業(yè)分析。元素洗,直到<200目的煤粉都被沖走為止分析用儀器為德國 elementar公司生產(chǎn)的 Vario Macro(4)將沖洗完的篩子置于預先鼓風(fēng)并已加熱到型元素分析儀,工業(yè)分析用儀器為美國力可公司出105-110℃的干燥箱中干燥(1.5-3h);產(chǎn)的MAC400工業(yè)分析儀。水煤漿的制備方法是(5)從干燥箱內將篩子取出,稱(chēng)量篩子和>200干法制漿,制備工藝流程如圖1所示。目干煤粉的總質(zhì)量,記總質(zhì)量為n高濃度添加劑由上述數據,可得出<200目煤粉的含量N,計算步驟為:(1)N=(<200目煤的質(zhì)量N/總煤量N2)x100%;(2)M=NM2-(mn3-m2);(3)N=n1×煤漿濃度。2試驗結果與分析圖1水煤漿制備工藝流程2.1級配試驗1水煤漿的性能測定(1)試驗條件1.1水煤漿濃度測定煤量:70.0000;分散劑類(lèi)型:木質(zhì)素磺酸鈉水煤漿的濃度(通常在60%-75%)是指水煤漿(以下簡(jiǎn)稱(chēng)木鈉)添加劑用量:1%制漿濃度:69%級所含固體物的質(zhì)量百分數,直接影響了水煤漿的熱配:根據經(jīng)驗選取6個(gè)不同粗煤與細煤的配比制值,對水煤漿的穩定性和流變性也有重要影響。本漿。試驗用稱(chēng)重法測定水煤漿的濃度,具體操作如下(2)試驗數據及分析(1)取干燥稱(chēng)量瓶稱(chēng)量(精度00002g,下同)本組試驗在其他條件固定的條件下,共做了6記質(zhì)量為M1;個(gè)不同顆粒級配的水煤漿,煤顆粒級配與水煤漿表(2)往稱(chēng)量瓶中倒入一定量上述制備的水煤漿,觀(guān)黏度之間的關(guān)系如圖2所示。稱(chēng)量并記錄質(zhì)量為M2;(3)把稱(chēng)量瓶蓋打開(kāi)將其放入預先鼓風(fēng)并已加熱到105~110的干燥箱內干燥(2-3h),至恒重(4)將稱(chēng)量瓶取出,立即把稱(chēng)量瓶蓋蓋上,置于干燥器中冷卻,待溫度降至室溫后,稱(chēng)重并記為M3。因此,水煤漿濃度按式計算濃度[(MyM1)/(M2M1)×10%。12水煤漿表觀(guān)黏度測定圖2不同粗細比的煤粒制備的水煤漿與表觀(guān)黏度之間的關(guān)系試驗中,水煤漿的表觀(guān)黏度和流變特性是通過(guò)從圖2曲線(xiàn)的變化規律可知,隨著(zhù)煤顆粒級配測定剪切率和剪切應力來(lái)評定。室溫下,用NXS-11A的變化,此曲線(xiàn)大致的趨勢是隨著(zhù)細粒的減少,表觀(guān)256第33卷第08期水煤漿添加劑的適配性研究—李貞偉等Vol. 33No 08黏度逐漸降低,且各流變曲線(xiàn)均為屈服假塑性曲線(xiàn),著(zhù)分散劑用量的增多,水煤漿表觀(guān)黏度會(huì )逐漸降低因此選擇粗細比3:7的煤粒作為以下試驗的級配的規律。標準。由恭系用量與表觀(guān)黏度關(guān)系曲線(xiàn)變化規律可2確定最優(yōu)分散劑種類(lèi)的試驗知,用萘系作為分散劑時(shí),制備的水煤漿隨著(zhù)萘系(1)試驗條件用量增多其表觀(guān)黏度呈逐漸降低的趨勢。與上述木煤量:70000g;濃度:69%;添加劑用量:1%;鈉用量與表觀(guān)黏度的趨勢相比,以券系為分散劑時(shí)級配:粗:細=3:7。制備的水煤漿的表觀(guān)黏度變化沒(méi)有一定的規律性,(2)試驗數據及分析這可能是因為水煤漿濃度太低,導致其降低黏度的本組試驗在其他條件不變的條件下,共做了6作用沒(méi)有得到充分的發(fā)揮,但是仍能從圖4中看出個(gè)添加劑組合的水煤漿分散劑的種類(lèi)與水煤漿表以萘系為分散劑時(shí)的黏度值低于以木鈉為分散劑觀(guān)黏度的關(guān)系如圖3所示。時(shí)的黏度值。由涿鹿用量與表觀(guān)黏度關(guān)系曲線(xiàn)變化規律可知,用涿鹿作為分散劑時(shí),制備的水煤漿隨著(zhù)涿鹿用量增多其表觀(guān)黏度呈降低趨勢。同萘系的分析一樣,可能是因為制漿濃度選得較低造成的。根據曲線(xiàn)的變化規律,并綜合水煤漿的各項指標可得出,對于常村原煤來(lái)說(shuō)不管是用何種添加劑,都是在用量為12%時(shí),制成的漿體黏度值最低。圖3分散劑的種類(lèi)與水煤漿表觀(guān)黏度的關(guān)系①木鈉+助劑1+助劑2;②木鈣+助劑1+助劑為此選取添加劑用量為12%時(shí)來(lái)完成下述的制漿2;③萘系+助劑1+助劑2④腐鈉(腐殖酸鈉一延濃度試驗。慶)+助劑1+助劑2⑤腐鈉(涿鹿)+助劑1+助劑2;24制漿濃度試驗⑥磺化腐鈉+助劑1+助劑3。(1)試驗條件分析圖3,可得到結論:當分散劑種類(lèi)不同時(shí)煤量:70000g;級配:粗:細=3:7;添加劑配比所制水煤漿的表觀(guān)黏度也不同。綜合考慮黏度低等(助劑1助劑2:分散劑):1:1分散劑種類(lèi):木鈉、各種要求可從這3個(gè)系列的添加劑中各選出一種萘系、涿鹿添加劑用量:12%;制漿濃度:據經(jīng)驗取相對比較好的藥劑用于下一步確定成漿條件試驗,不同的制漿濃度。它們分別是木鈉、萘系、涿鹿。(2)試驗數據及分析23添加劑用量試驗本組試驗在其他條件固定的條件下,共做了3(1)試驗條件個(gè)添加劑組合在不同添加劑用量下的水煤漿,木試驗條件為煤量:7000g級配粗:細=3:7;鈉、禁系、涿鹿制備的水煤漿的制漿濃度與表觀(guān)黏添加劑配比(助劑1:助劑2:分散劑)=1:1:2;分散度的關(guān)系如圖5所示。劑種類(lèi):木鈉、萘系、涿鹿;制漿濃度:68%;添加劑用量:根據經(jīng)驗選取不同的添加劑用量。(2)試驗數據及分析本組試驗在其他條件固定的條件下,共做了3個(gè)添加劑組合在不同添加劑用量下的水煤漿,其中木鈉用量與表觀(guān)黏度關(guān)系、萘系用量與表觀(guān)黏度關(guān)系和涿鹿用量與表觀(guān)黏度關(guān)系如圖4所示。圖5水煤漿制漿濃度與表觀(guān)黏度的關(guān)系車(chē)鈉的用量都系的用量鹿的用量由圖5可知,用木鈉作為分散劑制成的水煤漿隨著(zhù)制漿濃度的提高,表觀(guān)黏度呈逐漸增高的趨2000勢,此結論與理論規律較吻合。水煤漿濃度在65%68%范圍內時(shí),用木鈉作為分散劑制成的水煤漿的表觀(guān)黏度值變化增加趨勢比較小,但是水煤漿濃度高于68%后,表觀(guān)黏度的值迅速升高0.7a809101213西加用量鸕用萘系作為分散劑制成的水煤漿隨著(zhù)制漿濃圖4添加劑用量與表觀(guān)黏度關(guān)系度的提高,表觀(guān)黏度呈逐漸增高的趨勢,此結論與由圖4中木鈉用量與表觀(guān)黏度關(guān)系曲線(xiàn)變化理論規律較吻合。用涿鹿作為分散劑制備的水煤漿規律可知,用木鈉作為分散劑時(shí),制備的水煤漿隨隨著(zhù)制漿濃度的提高表觀(guān)黏度呈現逐漸增高的趨著(zhù)木鈉用量增多其表觀(guān)黏度會(huì )逐漸降低。這符合隨勢,此結論與理論規律較吻合。但是水煤漿濃度在257Vol.33No 08水煤漿添加劑的適配性研究—李貞偉,等第33卷第08期65%-69%范圍內時(shí),用涿鹿作為分散劑制成的水煤選取的配比為:助劑:分散劑=2:8;助劑1:助劑漿黏度值要高于用萘系作為分散劑制成的水煤漿2=0:10;19;2:8;3:7;4:6;5:5;6:4;7:3;8:2;9:1;的黏度值10:0。通過(guò)以上試驗可知,由茶系和助劑組成的添加(2)試驗數據及分析劑的成漿效果是最好的,且黏度也是相對最低的,所本組試驗在其他條件一定時(shí),共做了11個(gè)不以選擇它作為以下的分散劑和助劑的配比試驗。同助劑配比的水煤漿漿樣,其配比與表觀(guān)黏度的關(guān)做配比試驗前,需確定分散劑用量及制漿濃系如圖7所示。度。通過(guò)以上萘系的一系列試驗,參考漿體的各項指標可以確定70%制漿濃度所配出的水煤漿的成漿效果是最好,且黏度是相對較低的。若考慮工業(yè)需求,一般選擇剪切率為00s時(shí)的水煤漿表觀(guān)黏度1000mPas左右。為此在制漿濃度為70%時(shí),選取添加劑用量分別為08%和09%進(jìn)行試驗。試驗結果如表1。009283746556473829]00表1制漿試驗結果圖7助劑之間配比與表觀(guān)黏度的關(guān)系添加劑用量%度/%黏度/mPa87121753.64觀(guān)察圖7中曲線(xiàn)的變化規律水煤漿的表觀(guān)黏963.12度隨著(zhù)助劑之間配比的增加而有逐漸增大的趨勢據上述要求,取制漿濃度為70%、添加劑用量因此得出,用28的助劑配比制備的水煤漿黏度是為09%進(jìn)行以下的配比試驗最低的,各項指標也都較符合要求。綜合上述常村2.5助劑與分散劑的配比試驗原煤制漿試驗結果,篩選出的針對常村原煤的添加(1)試驗條件劑的配比為恭系助劑1助劑2=20:1:4。試驗條件為煤量:700000;級配:粗:細=3:7;3結語(yǔ)分散劑種類(lèi):木鈉、萘系、涿鹿;添加劑用量:09%;由粒度級配試驗確定了以常村煤為制漿原料制漿濃度:70%。煤時(shí),制備水煤漿的要求,即為粗細配比3:7,小于由于在制取水煤漿過(guò)程中,分散劑起到了決定200目的含量為9358%。在確定最優(yōu)分散劑種類(lèi)試性作用,助劑是輔助性作用,所以選取了助劑和萘驗中,從3個(gè)系列(6種)分散劑中各選出1種成漿系的配比為0:10;1:9;2:8;3:7;4:6;5:5。后黏度較低的分散劑木鈉、萘系、腐鈉(涿鹿)。在制(2)試驗數據及分析漿濃度和添加劑用量試驗中,以黏度為主要標準本組試驗在其他條件一定時(shí)用不同配比的助并綜合水煤漿的各項指標,最終得出分散劑木鈉萘劑與分散劑制備了6個(gè)不同的水煤漿漿樣其配比系、腐鈉(涿鹿)中與常村原煤匹配性最好的水煤漿添與表觀(guān)黏度的關(guān)系如圖6所示。加劑的配方是萘系:助劑1助劑2=204,且制備的水煤漿的濃度為7023%表觀(guān)黏度為36489mPas(常溫下,剪切率為100s3)。參考文獻:[1]李寒旭湯永新李虎,等.復配添加劑對水煤漿性能的影響[J淮南工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2000,204:37-40,61[2]蘇毅馬步偉,趙振新分散劑在水煤漿中的作用[J河南化工,2005,25(3):8-11.3745655分散劑和助劑的配比[3]劉曉霞屈睿,黃文紅,等.水煤漿添加劑的研究進(jìn)展[].應用化圖6助劑和分散劑的配比與表觀(guān)黏度的關(guān)系工,2008(1):101-103,106.由圖6可知,表觀(guān)黏度隨著(zhù)分散劑所占比例的4張延冪,邱學(xué)青,王衛星,水煤漿添加劑的發(fā)展動(dòng)向[現代化降低呈現逐漸增大的趨勢,這是因為分散劑在降低工,2004,243)16-19了主要的作用。因為2:8的助劑和分5]周明松,邱學(xué)青,王衛星.水煤漿分散劑的研究進(jìn)展煤炭轉化,2004(3):12-16.散劑的配比所對應的水煤漿的黏度是最低的,且各[6]劉志紅成建煤泥制漿中粗細粒子在煤漿中的作用研究[門(mén)潔項指標也較符合要求,所以選取它作為以下的助劑凈煤技術(shù),2008,14(3):26-28.之間配比試驗。[7]茅曄輝,朱書(shū)全,吳曉華等.聚羧酸系水煤漿分散劑的試驗研究26助劑之間的配比試驗[J煤炭科學(xué)技術(shù),2008,3612:9093(1)試驗條件[8]張光華劉龍李俊國等.磺化腐植酸接枝改性共聚物合成及性能研究[J]煤炭轉化,2013,36(2)92-96試驗的條件為煤量:70.0000g;級配:粗:細=3作者簡(jiǎn)介:李貞偉(1988-),山東濰坊人在讀碩士研究生,研7;分散劑種類(lèi):木鈉萘系、涿鹿;添加劑用量:究方向潔凈爆技術(shù)電子值箱; cumtblzw@3cm09%;制漿濃度:70%;貴任編輯:李富文收稿日期:201406-30258