第46卷第11期煤炭工程VoL 46. No. 112014年第11期COAL ENGINEERINGNo.11,2014doi:10.11799/c201411034木質(zhì)素磺酸鈉對水煤漿穩(wěn)定性的影響研究孫美潔,涂亞楠,楚天成,徐志強,范迎新,于小波,張杰(中國礦業(yè)大學(北京)化學與環(huán)境工程學院,北京100083)摘要:論文研究了中國礦業(yè)大學(北京)研制的萘系分散劑KY33與兩種不同變質(zhì)程度煤的制漿效果以及添加木質(zhì)素磺酸鈉對水煤漿的穩(wěn)定性的影響。通過制漿試驗,合理選擇配比進行制漿,確定KY3的最佳用藥量,并通過添加木質(zhì)素磺酸鈉來提高水煤漿的穩(wěn)定性。利用 TurbiscanIab穩(wěn)定性分析儀對復配藥劑制備的水煤漿的穩(wěn)定性進行評價。結(jié)果表明:不同變質(zhì)程度的煤對應的KY33最佳用藥量不同,但添加適量木質(zhì)素磺酸鈉均可有效的提高漿體的穩(wěn)定性。關鍵詞:水煤漿;蔡系分散劑;木質(zhì)素磺酸鈉;穩(wěn)定性中圖分類號:TQ536文獻標識碼:A文章編號:1671-0959(2014)114010904Study on Influence of Sodium Lignosulfonate to CoalWater Slurry StabilitySUN Mei-jie, TU Ya-nan, CHU Tian-cheng, XU Zhi-qiang, FAN Ying-xin, YU Xiao-bo, ZHANG Jie( School of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China)Abstract: The paper studied the coal water slurry property prepared with coals of two different ranks, using KY33(naphthalene series)as dispersant, and researched the stability variation adding a small amount of sodium lignosulfonateAccording to the slurry preparation experiment, with reasonable proportion of coal sample, the optimal dose of KY33 wasdetermined, and the stability of CWS was improved with sodium lignosulfonate. The stability of CWS was evalvated usingTurbiscan Lab stability analyzer. The results show that the optimal dose of KY33 varied with the coal ranks, the effect ofKY33 and the slurry stability can be effectively improved with a moderate amount of sodium lignosulfonateKeywords: coal water slurry; naphthalene series dispersant; sodium lignosulfonate; stability水煤漿燃料作為20世紀η0年代末出現(xiàn)的一種煤炭高再加工,原料豐富,價格低廉,而且漿的穩(wěn)定性好,但制新技術產(chǎn)品,具有石油一樣的流動性,是一種煤基代油潔漿粘度較大,流變性差,用量多,因此除易制漿煤種外,凈流體燃料,與直接燃煤相比,具有低污染、便于泵送和通常不能單獨使用2。本文采用中國礦業(yè)大學(北京)研霧化、燃燒效率高等優(yōu)點,是當今潔凈煤技術中的一個重制的萘系分散劑(KY33)對不同煤種的煤樣進行制漿,確定要組成部分。為了使水煤漿具有良好的流變特性和穩(wěn)定性,了KY33的最佳用藥量,并通過與木質(zhì)素磺酸鈉復配提高在制漿過程中添加少量的添加劑是必不可少的,其費用在了水煤漿的穩(wěn)定性,降低了制漿成本。制漿成本中占有較大比重,對水煤漿的價格和推廣有重要的影響,因此選擇性能價格比高的添加劑配方是水煤漿的1實驗部分重要發(fā)展方向。萘磺酸鹽系分散劑適用范圍廣,分散性1.1原煤的性質(zhì)與分析好、降粘作用強、煤漿流變性好,但漿體穩(wěn)定性較使用木試驗選用兩種煤樣(煤樣1和煤樣2),煤樣2中磁鐵礦質(zhì)素系列分散劑差,價格較高,所以常與其它類型的分散粉含量較大,制漿后穩(wěn)定性相對較差,選擇為試驗用煤更劑配合使用。木質(zhì)素磺酸鹽系分散劑主要來源于造紙廢液具有代表性。其煤質(zhì)分析結(jié)果見表1。收稿日期:2014-05-23基金項目:國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973)資助項目(2012CB2l4902);國家自然科學基金面上資助項目(51274208);國家自然科學基金青年基金自助項目(51204190)作者簡介:孫美潔(1988-),女,山東威海人,博士研究生,主要從事水煤漿制備技術的研究,E-mail:838580743qq como引用格式:孫美潔,涂亞楠,楚天成,等.木質(zhì)素磺酸鈉對水煤漿穩(wěn)定性的影響研究[J].煤炭工程,2014,4(11):109-112研究探討煤炭工程2014年第11期表1煤樣的工業(yè)分析和元素分析煤樣煤樣119.1051.100.67煤樣21.1310.5338.74.015.76l.241.2試驗主要儀器下的水煤漿粘度值,采用計算機軟件計算并繪制流變曲線試驗主要儀器有顎式破碎機、自制球磨機,LS-C(1)判定水煤漿的流變特性,取剪切速率為100時的粘度為型歐美克激光粒度儀,自制高扭力攪拌器, Sartorius ma35表觀粘度,且低于1200mPa·s的水煤漿作為合格產(chǎn)品。型全自動水分儀,NXS11-B型旋轉(zhuǎn)粘度計, Turbiscan Lab3)水煤漿的流動性。水煤漿的流動性采用目測法,根型全能的分散穩(wěn)定性分析儀。據(jù)其流動狀態(tài),分為A、B、C、D四個等級,劃分標準為:1.3煤樣的制備及粒度分析A一不間斷流動;B一間斷流動,呈稠流狀;C一間斷流動試驗所用煤樣均釆用顎式破碎機破碎后,給入球磨機呈稀糊狀;D不流動。根據(jù)水煤漿流動性的具體情況,可進行粉磨,磨制不同時間的煤樣分別作為粗樣和細樣。為以細分為“+”,“-”級別。保證水煤漿制備的粒度要求,粒度不大于0.3mm,又避免4)水煤漿的穩(wěn)定性。水煤漿的穩(wěn)定性采用全能的穩(wěn)定粗樣過磨造成粒度過細,影響堆積效果,制備粗樣時需給性分析儀 Turbiscan Lab測定,將制備的水煤漿倒入配套的入0.3m篩進行篩分,+0.3m粒度級含量低于2%時,樣品瓶中,樣品高度約為45mm,利用背散射光檢測器和近停止粉磨,并將篩下物作為粗樣。采用激光粒度儀對煤樣紅外光源(波長880mm)在55m長度的樣品瓶上每40m掃的粒度進行分析,并計算堆積效率評價指標E。在一定范描一次。7d內(nèi)通過對水煤漿進行不同靜置時間的重復測定圍內(nèi),可制漿濃度隨E值的增大近似呈線性升高的趨勢。最終得到表征水煤漿穩(wěn)定性特征的指紋圖譜,其中得到的V(1)穩(wěn)定性動力學指數(shù)TSI越小,背散射光的通量Bs變化越小,水煤漿穩(wěn)定性越好2結(jié)果與分析式中,m為窄粒級個數(shù);V為第i窄粒級的顆粒體積,2.1煤樣粒度分布不同粒度煤樣進行混合制漿后,最終確定兩種煤樣的g/cm3;e;為第i窄粒級自身的孔隙率,最小值為0.5;V粒度累積分布曲線如圖1所示,粒度分布及堆積效率評價為第i窄粒級的表觀體積,g/cm3。指標E值見表4水煤漿添加劑試驗采用的水煤漿添加劑為中國礦業(yè)大學(北京)研制的萘系分散劑(KY33)和木質(zhì)素磺酸鈉一煤樣21.5試驗方案試驗主要考察添加木質(zhì)素磺酸鈉對水煤漿制漿效果的號爾%影響,在固定的水煤漿濃度下根據(jù)表觀粘度找出KY33的最佳用量,然后在此用藥量下,按照10:0、9:1、8:2、7:3、6:4和0:10的藥劑配比進行制漿,根據(jù)制漿效果,選00150200250300擇合適的用藥配比。粒徑1.6水煤漿的制備圖1煤媒樣1、煤樣2的粒度累積分布曲線按照設計的配比,定量稱取粗樣和細樣,并加入準確稱量的添加劑和定量的水,利用自行改裝的高扭力攪拌機在低表2粒度分布及E值轉(zhuǎn)速條件下進行預先捏混,使其成為具有漿體性質(zhì)的混合粒徑/物,然后進行高速攪拌混勻10min,使?jié){體進一步熟化。煤種E/%<100<3001.7水煤漿性能測試方法煤樣171.1083.8889.47101)水煤漿的濃度。水煤漿的濃度采用 Sartorius ma35煤樣25.775.1582.471008.4全自動水分儀測定,質(zhì)量測量精度為0.0002g,能夠智能全自動停止加熱并計算得到水煤漿濃度。為保證霧化燃燒的順利進行,要求水煤漿的粒度不大2)水煤漿的粘度及流變性。水煤漿的粘度采用NXS1l于0.3mm,低于200網(wǎng)目(0.074mm)的含量不低于75%,B型旋轉(zhuǎn)粘度計測定,選用B系統(tǒng),測出不同剪切速率由表2計算可得,所配煤樣均符合上述要求。2014年第11期煤炭工程研究探讠2.2KY33的制漿試驗結(jié)果0%,使水煤漿的表觀粘度達到合格產(chǎn)品的要求,藥劑量兩種煤樣在各自選擇的配比下進行制漿,成漿濃度固均為最佳用藥量,制備的水煤漿的性質(zhì)見表3,穩(wěn)定性曲線定時(煤樣1為50%,煤樣2為71%),剪切速率為10081如圖5~圖7所示。漿體的表觀粘度隨分散劑KY3用量的變化關系如圖3和圖4所示,其中藥劑量表示占干基煤的質(zhì)量分數(shù)。實驗結(jié)果表l120明,當KY33用量較低,水煤漿的表觀粘度隨分散劑用量的增加而迅速降低,KY33用量超過某個數(shù)值后,水煤漿的表倒1080觀粘度隨用藥量的增加呈增大趨勢,或者趨于平緩。這是因為分散劑用量少時,不足以使煤粒的疏水表面充分改性為親水表面,加上范德華引力所產(chǎn)生的聚集作用,不僅會使團粒結(jié)構(gòu)中包含一定的自由水,而且煤粒易相互接觸070809101.11.2產(chǎn)生的運動阻力增加,使得漿體的表觀粘度較高;分散劑藥劑量用量過多時,不僅會增加經(jīng)濟負擔,還易形成多層吸附致圖3KY33用量對煤樣1水煤漿表觀粘度的影響使空間位阻過大或者作為分散介質(zhì)的自由水減少等原因而造成漿體的表觀粘度增大6,所以確定分散劑用量對于制漿漿體的流變性起著至關重要的作用。從圖3中可以看出藥劑量為0.9%和1.0%時表觀粘度最低,但藥劑量為0.9%時,水煤漿的實測濃度為出160049.71%,1.0%時為50.22%,故選擇藥劑量為1.0%作為煤樣1制水煤漿的最佳用藥量,而煤樣2的最佳用藥量為干煤的0.5%。2.3添加木質(zhì)素磺酸鈉的試驗結(jié)果06KY33和木質(zhì)素磺酸鈉復配后與兩種煤樣分別進行制漿藥劑量%試驗,煤樣1的制漿濃度不變,煤樣2的制漿濃度降低為圖4KY33用量對煤樣2水煤漿表觀粘度的影響表3添加木質(zhì)素磺酸鈉后的制漿效果KY30.8添加劑/%木鈉0.41.0粘度/mPa996.881048.71l114.531030.631088.65煤樣1濃度/%流動性粘度/mPa1196.93l121.0l1193.711185.361198.181165.76煤樣2濃度/%69.569.3469.4169.6278木質(zhì)素磺酸鈉是一種多聚高分子化合物,具有較強的左右,降低了近50%,結(jié)合背散射光通量BS隨時間的變化空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),在煤表面吸附時易形成三維水化膜,空間曲線圖6、圖7,發(fā)現(xiàn)當KY33與木質(zhì)素磺酸鈉的配比為7:3位阻效應較大,增加水煤漿的穩(wěn)定性。由圖5可知,通過時,BS相對時間的變化更小,曲線波動較小,水煤漿的穩(wěn)KY33與木質(zhì)素磺酸鈉的復配,水煤漿的穩(wěn)定性均可以得到定性較好,且流動性也相對較好,故對于煤樣2,KY33與顯著提高,但最佳復配比隨煤種及粒度組成的不同而變化,木質(zhì)素磺酸鈉的復配比為7:3時,制漿效果最好。故對于給定粒度組成的煤樣,需要通過試驗設計的方法選Turbiscan Lab穩(wěn)定性分析儀能夠?qū)λ簼{的整個漿體擇合適的藥劑復配比,提高制漿效果。對煤樣1,當KY3進行快速掃描,精確測定不同靜置時間水煤漿的背散射光與木質(zhì)素磺酸鈉的復配比為8:2時,水煤漿的穩(wěn)定性動力學通量變化。通過掃描圖譜中BS的變化情況可以定性定量分指數(shù)TSI最小,7d后的TSI值僅為0.2,相比不添加木質(zhì)素析整個水煤漿樣品的穩(wěn)定性,測定上層清液區(qū)可以分析析磺酸鈉的水煤漿,TSI值降低了52.38%,穩(wěn)定性顯著提高,水情況,測定中間渾濁區(qū)可以分析顆粒是否發(fā)生絮凝或聚且流動性較好,所以最佳復配比為8:2;對煤樣2,復配比并現(xiàn)象,測定底部沉淀區(qū)可以分析是否產(chǎn)生沉淀。與GB/T為0:10時水煤漿7d后的TSI最小,為0.69,比10:0時降18856.5-2002中釆用的殘留物質(zhì)量百分比評價水煤漿穩(wěn)定低了76.37%,穩(wěn)定性最好,但制漿濃度偏低,流動性較性的方法相比,具有不破壞樣品,更快速準確的測量多組差,其次是藥劑復配比為7:3和6:4的水煤漿TSI在1.5數(shù)據(jù),系統(tǒng)的評價水煤漿穩(wěn)定性的特點111研究探討煤炭工程2014年第11期04斗-100→10:0一一0.50:100.靜置時間/d靜置時間d(a)煤樣1(b)煤樣2圖5不同復配比對靜置不同時間的水煤漿穩(wěn)定性動力學指數(shù)TSI的影響少或過多時均會使水煤漿的表觀粘度增大,因此對不同煤種,KY33的用量均有一最佳值。通過添加一定量的木質(zhì)素磺酸鈉,水煤漿的穩(wěn)定性可以得到顯著提高,降低制漿的成本。對不同煤種KY33與木質(zhì)素磺酸鈉的最佳復配比不同。利用 Turbiscan Lab穩(wěn)定性分析儀能夠不破壞樣品,更101520253035404準確的表征水煤漿的穩(wěn)定性。高度mm圖6煤樣2藥劑配比7:3的水煤漿體系掃描圖參考文獻:[1]張榮曾.水煤漿制漿技術[M].北京:科學出版社,1996[2]李鳳起,朱書全。水煤漿添加劑改性木質(zhì)素磺酸鈉結(jié)構(gòu)與性能的研究[J].煤炭學報,200,25(4):439-442[3]高志芳.提質(zhì)褐煤制漿及配煤成漿特性的研究[D].北京:中國礦業(yè)大學(北京),2009[4]周明松,邱學青,王衛(wèi)星.水煤漿分散劑的研究進展[門]化工進展,2004,23(8):846-851051015202530354045高度/mm[5]鄒立壯,朱書全,支獻華,等.不同水煤漿添加劑與煤之間圖7煤樣2藥劑配比6:4的水煤漿體系掃描圖的相互作用規(guī)律研究——分散劑用量對水煤漿流變特性的影響(Ⅳ)[J].中國礦業(yè)大學學報,2004,33(4):8-123結(jié)語[6]涂亞楠,徐志強,蔡斌,等.一種評價顆粒堆積效果的簡便方法及其應用[J].中國粉體技術,2013,19(5):53-對兩種不同變質(zhì)程度的煤樣,分散劑KY33的用量過(責任編輯楊蛟洋)(上接第108頁)送,分別從輸送方案和控制算法兩方面進行了詳細分析,[3]張漢昌,徐春香,張金波,等.低濃度瓦斯發(fā)電系統(tǒng)瓦斯配與普通的瓦斯輸送方案不同,本文加入了瓦斯?jié)舛群蛪毫λ图夹g的應用[冂].陜西煤炭,2013(2):101-103.自動控制模塊,該控制結(jié)構(gòu)由嵌入式系統(tǒng)和傳感器實現(xiàn),[4]劉春梅基于PD控制器的配煤控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J核心算法采用模糊自適應PID控制算法來完成。通信技術,2013(2):67-70經(jīng)過實驗證明,采用模糊自適應PD控制策略的性能5]黃麗蓮,周曉亮,項建弘分數(shù)階PD控制器參數(shù)的自適應良好,瓦斯?jié)舛戎岛蛪毫χ岛愣?而且具有收斂性快,敏設計[冂].系統(tǒng)工程與電子技術,2013(5):23-26.感度高,調(diào)節(jié)時間短等優(yōu)點。因此,本文算法在低濃度瓦[6]黃偉,巫茜基于參數(shù)自整定的模糊PD控制器及其應用[J].機床與液壓,2013(6):81-86斯的安全輸送中具有廣闊的應用前景。[7]郭再泉,黃堃,趙勇.基于模糊PD技術卸煤機電機控參考文獻制研究[J].煤礦機械,2013(7):220-221[1]鄭順朝.低濃度煤礦瓦斯的利用方法[J].山西建筑[8]王許,錢宏琦.基于 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