淮南煤水煤浆高浓度磨矿制浆工艺

NONFERROUS METALS ENGINEERING有个属工程do:10.3969/iss.2095-1744201304006淮南煤水煤浆高浓度磨矿制浆工艺囟曹激方莹李镇南京工业大学材料科学与工程学院南京210009摘要:通过正交试验方法研究多峰连续级配技术对淮南煤水煤浆成浆性能的影响。结果表明,较好的粒度级配可使浆体在同等浓度下获得更佳的流动性和稳定性。关键词:水煤浆;淮南煤;统计分析;粉磨;流变性;稳定性中图分类号:TQ536文献标志码:A文章编号:2095-1744(2013)4-0031-04用来制這环保、节能并可综合利用的液体燃料来缓解紧1实验方法张的石油供应。水煤浆通常包含62%70%的细煤颗粒,试验采用高浓度磨矿工艺S,流程图如图1所示。采29%-37%的水分以及大约1%的添加剂影响水煤浆性能用行星式球磨机,设置行星磨转速为200r/min,以不锈钢的因素很多,主要有煤质、煤颗粒大小以及粒度分布、添球作为研磨介质,三种球体的尺寸分别为大球(20mm)加剂种类和用量以及制浆方法。中球(10mm)及小球(5mm),其级配为4:24:30。采用水煤浆最重要的流动特性是黏度制备水煤浆要尽可能湿法粉磨,依据试验中不同的球料比及煤粉的质量分地提高浆体浓度同时降低黏度。工业上对水煤浆黏度的期望数,往磨罐中加入准确称量好的水和煤。根据试验条件值是在100r/min下 Brookfield表观黏度低于1000mPa湿磨不同时间后对所得浆体进行过滤除渣,去除较为明粒度分布(级配)是水煤浆制备过程中的关键因素。显的大颗粒得到煤粉浆体。随后将准确称量好的聚苯种优化的粒度分布能最大限度地降低水煤浆的黏乙烯磺酸纳(PSS)作为添加剂6加入到煤粉浆体中,混度,进一步黏度降低只能通过化学添加剂来实现。一般匀搅拌15min,所得浆体即为水煤浆样品,密封保存并认为水煤浆制备中煤颗粒的粒度上限为250μm,粒度静置一段时间。小于74pm的颗粒含量为70%80%然而,由于沉降以及浆体在雾化和燃烧过程中对颗粒尺寸的限制,通添加剂常需要更细的煤颗粒。水煤浆的黏度和煤额粒的堆积效率关系很大,当水媒水一[球静}这除拌混一水煤繁煤浆的粒度分布具有较高的堆积效率时,将拥有更好的流动性和更低的表观黏度。图1高浓度磨矿工艺流程采用正交试验法对制浆浓度、添加剂用量、粉磨球料比以及粉磨时间进行优化网,在优化工艺参数的基础上研究三级级配对成浆性能的影响。收稿日期:2012-11-11作者简介:曹激(1987-),男,江苏泰州人,硕士,主要从事水煤浆制备等方面的研究。「有个属工役 NONFERROUS METALS ENGINEERING采用观察法对水煤浆样品的稳定性进行评估记录密封样品表面出现析水的天数并观察其沉淀情况。采用旋2试验结果与讨论转式黏度计对水煤浆样品的黏度进行测量,采用3号转子(×100),测量时通过恒温槽使温度保持在25℃。2.1粉磨时间对煤粉粒径及形貌的影响试验综合考虑水煤浆浓度、粒度及其分布以及添表2所示为煤粉颗粒粒径、比表面积与粉磨时间的加剂用量对水煤浆流动特性的影响,采用统计学软件关系。由表2可以看出,随着粉磨时间增加到30mim,颗设计正交试验,以研究各因素对水煤浆性能的影响。正粒粒径的变化已不明显,但比表面积仍有较明显的增加。交试验方案及结果如表1所示,其中x是水煤浆中煤从图3所示的煤粉SEM图可以看出,随着粉磨时间的增的质量百分比,x1是添加剂含量,x和x分别代表球加煤粉颗粒表面的孔隙率不断增加,伴随而来的是煤粉磨时的球料比和球磨时间,Y为水煤浆的黏度,S为表内在水分的增加,煤中氧碳比增大,亲水官能团增多,因层开始出现析水的天数。而影响煤的成浆性能。表1试验方案及结果表2煤粉颗粒粒径、比表面积与粉磨时间的关系试验号X1X3 X4S一球靡时mmDm比血积2一0620.002304253.575193.6772.626820.620.00480000027.22981.1273.027317.371566773.48100.620.0087513.61444.02368351241438.0184.546450.6200101070290867505097045090640.008106402209110.660.002870130120660.00430110906791306600061040170>30140660.008650140960160>300.680.00240068000410501100>300.680.006605kU x3.088 Sum701300>300.680.010830810>30604200>30706701700>300.7000067240.7000088403200>300.700.01002800>30试验在正交试验所得结果的基础上考察级配对水煤浆成浆性能的影响。采用高浓度磨矿工艺,由正交试验选定出煤粉的质量分数、添加剂用量以及球料比,对煤湿磨15kVX3, 800不同的时间(40,25和30min)获得不同等级粒度分布的12 20 SEI煤粉浆体,通过调节三种不同等级粒度分布的煤粉浆体(c)60 min的配比来实现级配,加入添加剂搅拌混匀后得到不同煤粉粒度级配的水煤浆样品,并测量其流动性和稳定性。级配流程图如图2所示煤、水→球磨40min添加剂媒、水球磨25m过滤除渣}搅拌混匀→水煤浆煤、水→球磨15废弃物15kV x5,80012289E1图2高浓度磨矿三级级配工艺流程图3煤粉颗粒不同粉磨时间的SEM图像工程技术2.2正交试验分析根据回归系数可得回归方程(),式中:Y为水煤浆的由表1可以很明显地看出一个规律,即当水煤浆黏度;X是水煤浆中煤的质量百分比;X是添加剂含量;中煤的质量分数一定时,该浓度下水煤浆样品的黏度X为球料比:X为球磨时间。值相差不大。表3列出了相同浓度水煤浆样品黏度平Y-29150X1+12730X2+13616X+6436X-19929260均值随浓度的变化关系,说明样品的黏度随着水煤浆浓度的提高而迅速增大。表1中5号样品和8号样品对回归方程的准确性进行验证,设计两组试验,比较分别在62%和64%浓度下样品的黏度值最大,而这两其预测值和试验值。由表1可以看出第1至第4组试验个样品的粉磨时间均为70min。另由表2可知,当粉磨中,水煤浆黏度虽然很低,但稳定性也差,表层均有大量时间达到30min后,煤粉的粒径变化已不明显,但比析水且沉淀较多。当黏度大于100mPas时,表层的析水表面积仍不断增大,孔隙率也不断增加,这也说明煤粉较少且无沉淀,而当黏度大于1000mPa"s时,水煤浆的孔隙率的提高会降低煤的成浆性能,但当浓度大于稳定性很好但流动性太差。因此在Y为100至1000的4%后,该因素对成浆性能的影响变得不明显。另外,范围内选取两组来进行验证,其配方、预测值及试验值见当粉磨30min后颗粒粒径的D2为8.127m,说明表6由表6可见,试验值与预测值较吻合,且生成的浆体对于颗粒单峰连续分布堆积的水煤浆来说,当其大部稳定性和流动性都较好,说明该回归方程有一定的预测分颗粒的尺寸小于82μm时,其粒度的分布对其成浆能力性能影响不大。由此可见,水煤浆浓度对其成浆性能的影响最大,而添加剂用量、粒度单峰连续分布状况等因表6回归方程结果验证素对成浆性能影响不大试验号工艺参数黏度/mPas9d后浆体状态X4计算值试验值表3同浓度水煤浆样品黏度平均值10.6460.008640142180少量析水,无沉淀与煤浆浓度的关系20668008640718820无析水,无沉淀煤的质量百分数%62646687023高浓度磨矿的三级粒度配比平均黏度/mPas1032221427782740将湿磨中粉磨时间为40,25和15min所得的煤粉采用SPSS软件对试验数据进行分析供闻。表4为各浆体按一定比例混合,保持煤粉的质量分数为68%变量间的相关分析系数表,浓度与黏度的相关系数为球料比为6:1添加剂用量为08%,对不同配比的水煤074,对应的P值为000,小于01,具有显著的统计学菜的成浆性能进行测试,结果如表7所示意义。因为相关系数为正数因此认为浓度与黏度具有显著的正相关性,即浓度越高,黏度也越高。添加剂含量、球表7三级级配试验及结果料比、粉磨时间与黏度的相关系数对应的P值均大于25min):w(15min)黏度加Pas析水天数005,不具有统计学意义,因此认为添加剂含量、球料比5:4:1粉磨时间与黏度相关性较小。对试验数据进行回归分析5:3:25:2:315结果如表5所示。5:1:43:1520>15表4变量间的相关分析6:2:2550>156:1:3>15变量黏度浓度添加剂含量球料比粉磨时间7:2:1430>150.17500837:1:2450215浓度0.74800000.0000.000由表7可知,相比于回归方程验证试验中粒度单峰连添加剂含量0.033000010.0000000续分布的水煤浆样品,在其他条件相同的情况下,多峰粒度球料比0.175000000000.00C的水煤浆能获得更好的流动性和稳定性,表现为黏度降低粉磨时间0.083000000000.0001较明显,且基本没有出现表层析水和沉淀现象。在三峰级配中,当小颗粒的含量在50%时,水煤浆的流动性较好,当增加浆体中小颗粒的含量时,反而会降低水煤浆的流动性。当表5回归分析结果w(40min):wQ25min):w15min)的比例为5:1:4时,样模型参数B标准误差相关系数品在保证高浓度和稳定性的前提下流动性最佳常量199292603811.2973结论浓度29150.0005526.5210.748添加剂含量1273000055265210)采用颗粒尺寸单峰连续分布的煤粉制备水煤浆,球料比l10530煤粉颗粒Do小于82μm时,粒度分布对浆体性能的影粉磨时间6436l10530083响不大,对浆体性能影响较大的主要是浆体浓度2)经验证正交试验数据得出的回归方程有一定预测(下转第36页有金个属工役 NONFERROUS METALS ENGINEERING表2中的数据是在2012年5月23日A跨第4排,电流18000A、电压466V时每槽压降的实测值。由表2可知,第4排36槽的直流压降合计2908V,损耗直流功率为180002908-52344(kW),每年损耗直流电耗52344×24365=458533kWh)24改造方案依据设计资料电解T2铜排电流安全载流量为11A通过生产实践验证电流安全载流量达到13A。选用铜排规格为T2铜排20mm×100mm,每块截面积是2000m2,共八块,总截面积为16000m2。接13Am2计算,可承受20800A电流。在双边联结处专门定做一母排夹子,见图4,图4改造后的锁槽方式铜排联接图材料选用不锈钢并在铜排与铜排之间涂上高级导电膏,3结语接图见图4。在传统始极片电解法生产未达到满负荷时,使用铜排短接的锁槽方法代替阳极锁槽,锁槽原料占用费用及2.5改造效果锁槽排电耗均大为降低,拆装简便,易于施工,投资小,具改造后在电流为17000A时,锁槽铜排的温度为90℃有良好的经济效果。调整电解生产负荷也很方便左右运行稳定。在以6排组织生产时,改造后的原料流程占用大大降低,年节约费用110万元/跨。改造后的电耗大大降参考文献低年节约电耗458533kWh/跨。当电解工序需要调整生1陆志方尉克俭广东清远云铜有色金属有限公司10万ta再产负荷时,例如改为7排生产、8排生产时,只需拆除锁槽生铜电解及配套工程可行性研究报告[R]广东清远:广东清铜排即可,而且拆除锁槽铜排时间大约需要0.5h,拆除工远云铜有色金属有限公司,2008:43作简单,对生产几乎无影响[2]朱祖泽,贺家齐现代铜冶金学M北京:科学出版社,2003533-53改造前锁槽占用原料2808t,改造后锁槽不占用原3李卫民现代铜电解精炼的电流分布门]中国有色冶金,200料,年降低费用110万元。改造前锁槽排电耗484153kwha,改造后锁槽排电耗4380kWha,年降低电耗[4]梁文林铜电解过程中的节能措施与效益有色冶金节能,458533kW·ha跨。2004,21(3):45.如。。(上接第33页)能力,水煤浆浓度在65%67%时可获得较好的流动性和稳定性。[4] Ahmet Gurses, Metin Acikyildiz, cetin dogar, et al. An investiga3)多峰级配技术可提高水煤浆的成浆性能,通过三ion on effects of various of coal-water mixture prepared with峰级配制浆,平均粒径在20μm左右的煤粉浆体在配比Erzurum-Askale lignite coal []. Fuel Processing Technology,中的分量为50%时,制得的水煤浆具有较优的黏度和稳2006,87:821-827定性,小颗粒煤粉含量高于50%时,水煤浆的成浆性能下S] Funk JE.Coal- water slurry and methods for its preparation:Us-A,4282006,1981208204{P]1981-08-04.降,在w(40mn):w(25min):wl5min)为5:1:4的级配下6] Atesok G, Dincer H, Ozer M,ta. The effects of dispersants水煤浆的黏度和稳定性最佳。(PSS- NSF) used in coal-water slurries on the grindability ofcoals of different structures [ J]. Fuel, 2005, 84: 801-808参考文献[门丁永杰,高峰,李永昕聚对苯乙烯磺酸钠添加剂的分子量[1] Laskowski JS. Does it matter how coals are cleaned for Cws对水煤浆浆体性质的影响燃料化学学报,2006(3)[ Coal Prep,1999,2l:105-123228-302.2]张荣曾中国水煤浆制浆技术的进展M北京:中国矿业大8]支献华水煤浆稳定性的影响因素及评定方法门煤炭加工学(北京)出版社,199943-56与综合利用,2000)38-393] Kefa C, Guoquang H, Mingjiang N. Pipeline conveyance and flu.[9]中国科学院数学研究所数理统计组回归分析方法[M]北京科学出版社,1974:19-24.idized bed combustion of coal water mixture with highn(C)// European Conference on Coal Liquid Mixtures,[10]朱星宇,陈勇强SPSS多元统计分析方法及应用M]北京:ering Symposium Series, vol. 9清华大学出版社,2011:78