水煤浆添加剂的适配性研究

第33卷第08期煤炭技术Vol.33No 0814年08月2014doi10.13301 j cnki. ct.201408100水煤浆添加剂的适配性研究李贞伟,朱书全,龚贵龙(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083摘要:试验以常村煤为水煤浆制浆原料煤,通过粒度级配试验、确定最优分散剂种类试验制浆浓度和添加剂用量试验,确定最佳分散剂与助剂之间的配比,筛选出针对常村原煤兼顾成本和制浆性能的优秀添加剂配方。关键词:水煤浆;分散剂;助剂;适配性中图分类号:TQ536文献标志码:A文章编号: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引言煤质与水煤浆添加剂分子结构存在着匹配性,其所受应力时常会出现转移,应力转移后,煤岩体引起的煤岩弹塑性变形及系统内的应力转移造成所受载荷卸载,微震能量与事件数减少;当煤岩再冲击事件前出现微震反常现象。次猛然受力时,由于凯撒效应的存在,在受力前期参考文献不会有微震事件的产生,再加上煤岩体已经相对疏]蔡美峰岩土力学与工程M]北京:科学出版社200松破碎,表观显现为微震事件的猛然爆发,微震能2何满潮谢和平彭苏萍等深部开采岩体力学研究U若石力学与工程学报,2006,2416):2803-2813量与事件数急剧增大[3]孔令海姜福兴,刘杰,等.基于高精度微震监测的特厚煤层综放煤岩体开挖后的破裂过程,实际上是在时间尺面支架围岩关系[岩土工程学报,2010,32(3):401-407度上的流变行为,尤其是在地下三向受力状态下,【4]窦林名何学秋冲击地压防治理论与技术M]徐州:中国矿业表现为很强的弹塑性,根据文献[4的实验研究,塑大学出版社,2001性变形阶段明显的岩样,峰值破坏前出现明显的声5寒林名,何学秋采矿地球物理学M!徐州:中国矿业大学出版发射平静期即声发射率显著降低,矿井实际监测6王元何学秋媒岩变形破裂电磁辐射实验研究],地球物理显现为冲击事件前微震事件能量与事件数显著减学报200043(1):131-137少冲击发生时微震能量与事件数达到峰值。[7]王恩元,何学秋,刘贞堂,等.受载岩石电磁辐射特性及其应用研6结语究[J岩石力学与工程学报,2002,21(10)1473-1477通过以上分析研究主要得到以下结论:[8]王恩元何学秋,李忠辉等煤岩电磁辐射技术及其应用[M].北(1)千秋煤矿214工作面处于向斜轴部,埋京:科学出版社,2009[9]姜福兴微震监测技术在矿井岩层破裂监测中的应用[J].岩土深大,上覆顶板为巨厚砾岩,煤层特厚,构造应力显力学与工程学报,2002,2(2):147-149著等复杂地质条件;再加上综采放顶煤开采、放炮、[10姜福兴杨淑华成云海等煤矿冲击地压的微地震监测研究巷道扩修等采动影响造成工作面矿震不断且易发[J]地球物理学报,200649(5):1511-1516生大能量冲击地压事件。[1]夏永学康立军齐庆新等基于微震监测的5个指标及其在冲(2)冲击地压发生前电磁辐射和微震呈现很强击地压预测中的应用[]煤炭学报,2010,35(122011-2016[12]刘晓斐,王恩元何学秋等回采工作面应力分布的电磁辐射规的规律性。冲击发生前电磁辐射强度呈增大趋势,律[J煤炭学报,2007(10):1019-102冲击发生后,电磁辐射强度降低;微震序列出现反[13]王恩元何学秋刘贞堂等煤岩动力灾害电磁辐射监测仪及常现象,表现为微震能量和事件数从较高的值过渡其应用[冂].煤炭学报,2003,28(4:366-369到较低的值,且再次从较低的值猛然增大时,极易14)贤刚,李度林唐海燕等若石破坏声发射平静期及其分形发生冲击灾害。采用电磁辐射和微震监测技术进行作者简介:杨宁宁(1988-),女,江苏徐州人,硕士研究生,研究大采深厚煤层冲击地压的超前综合预警是可行的。方向煤岩动力灾害的监控与防治(3)井下煤-岩力学系统的在三轴应力状态下责任编辑:李富文收稿日期:2013-06-3055Vol3No.08水煤浆添加剂的适配性研究—李贞伟等第33卷第08期而这种匹配性对煤的成浆性、流变性和水煤浆的稳旋转黏度计测量水煤浆的黏度。以25℃时,剪切率定性有着一定的影响。对于不同的煤种,添加剂之为1001的浆体的表观黏度作为本试验研究的水煤间同样存在匹配性。复配后的添加剂有着良好的制浆黏度指标浆效果,而且分散剂的总用量比单独使用相应分散具体操作如下:剂时要少得多,在水煤浆制备成本中,除了煤以外(1)将上述制备好的水煤浆倒入黏度仪的测试占重要位置的就是分散剂的价格。分散剂的价格通管中常较高,而相比之下,助剂的价格就要低廉很多,况(2)打开黏度仪的电源,并打到工作档;且,单独使用分散剂的成浆效果并不见得就是最好(3)从0档逐档往高调,每调1档间隔30s后的。所以本试验的研究目标就是通过确定分散剂与再调下1档,同时记录黏度计所显示的数值,黏度助剂及助剂之间的配比,筛选出针对常村原煤兼顾计数值<10或者>100的都不予记录;成本和制浆性能的优秀添加剂配方(4)将记录好的数据用黏度软件处理,便得到本试验选用木质素系萘系、腐植酸系3类(6黏度数值和流变曲线。种)分散剂和2种助剂对常村原煤制浆。试验初步13水煤浆粒度分析使用2种使煤制浆性能好的分散剂;接着改变分散本试验采用湿筛的办法来检查制备好的水煤剂和助剂的配比,以制浆结果为指标,筛选出分散浆中煤的粒度组成是否符合要求。具体步骤如下:剂与助剂的适宜比例;然后固定分散剂种类及与助(1)称量一定质量上述制备好的水煤浆m;剂的配比,改变助剂间的配比,以制浆结果为指标,(2)称量出上述筛子的质量m2;确定助剂的配比(3)将水煤浆倒在筛子上,以小流速的水流冲试验过程中对煤进行元素分析及工业分析。元素洗,直到<200目的煤粉都被冲走为止分析用仪器为德国 elementar公司生产的 Vario Macro(4)将冲洗完的筛子置于预先鼓风并已加热到型元素分析仪,工业分析用仪器为美国力可公司出105-110℃的干燥箱中干燥(1.5-3h);产的MAC400工业分析仪。水煤浆的制备方法是(5)从干燥箱内将筛子取出,称量筛子和>200干法制浆,制备工艺流程如图1所示。目干煤粉的总质量,记总质量为n高浓度添加剂由上述数据,可得出<200目煤粉的含量N,计算步骤为:(1)N=(<200目煤的质量N/总煤量N2)x100%;(2)M=NM2-(mn3-m2);(3)N=n1×煤浆浓度。2试验结果与分析图1水煤浆制备工艺流程2.1级配试验1水煤浆的性能测定(1)试验条件1.1水煤浆浓度测定煤量:70.0000;分散剂类型:木质素磺酸钠水煤浆的浓度(通常在60%-75%)是指水煤浆(以下简称木钠)添加剂用量:1%制浆浓度:69%级所含固体物的质量百分数,直接影响了水煤浆的热配:根据经验选取6个不同粗煤与细煤的配比制值,对水煤浆的稳定性和流变性也有重要影响。本浆。试验用称重法测定水煤浆的浓度,具体操作如下(2)试验数据及分析(1)取干燥称量瓶称量(精度00002g,下同)本组试验在其他条件固定的条件下,共做了6记质量为M1;个不同颗粒级配的水煤浆,煤颗粒级配与水煤浆表(2)往称量瓶中倒入一定量上述制备的水煤浆,观黏度之间的关系如图2所示。称量并记录质量为M2;(3)把称量瓶盖打开将其放入预先鼓风并已加热到105~110的干燥箱内干燥(2-3h),至恒重(4)将称量瓶取出,立即把称量瓶盖盖上,置于干燥器中冷却,待温度降至室温后,称重并记为M3。因此,水煤浆浓度按式计算浓度[(MyM1)/(M2M1)×10%。12水煤浆表观黏度测定图2不同粗细比的煤粒制备的水煤浆与表观黏度之间的关系试验中,水煤浆的表观黏度和流变特性是通过从图2曲线的变化规律可知,随着煤颗粒级配测定剪切率和剪切应力来评定。室温下,用NXS-11A的变化,此曲线大致的趋势是随着细粒的减少,表观256第33卷第08期水煤浆添加剂的适配性研究—李贞伟等Vol. 33No 08黏度逐渐降低,且各流变曲线均为屈服假塑性曲线,着分散剂用量的增多,水煤浆表观黏度会逐渐降低因此选择粗细比3:7的煤粒作为以下试验的级配的规律。标准。由恭系用量与表观黏度关系曲线变化规律可2确定最优分散剂种类的试验知,用萘系作为分散剂时,制备的水煤浆随着萘系(1)试验条件用量增多其表观黏度呈逐渐降低的趋势。与上述木煤量:70000g;浓度:69%;添加剂用量:1%;钠用量与表观黏度的趋势相比,以券系为分散剂时级配:粗:细=3:7。制备的水煤浆的表观黏度变化没有一定的规律性,(2)试验数据及分析这可能是因为水煤浆浓度太低,导致其降低黏度的本组试验在其他条件不变的条件下,共做了6作用没有得到充分的发挥,但是仍能从图4中看出个添加剂组合的水煤浆分散剂的种类与水煤浆表以萘系为分散剂时的黏度值低于以木钠为分散剂观黏度的关系如图3所示。时的黏度值。由涿鹿用量与表观黏度关系曲线变化规律可知,用涿鹿作为分散剂时,制备的水煤浆随着涿鹿用量增多其表观黏度呈降低趋势。同萘系的分析一样,可能是因为制浆浓度选得较低造成的。根据曲线的变化规律,并综合水煤浆的各项指标可得出,对于常村原煤来说不管是用何种添加剂,都是在用量为12%时,制成的浆体黏度值最低。图3分散剂的种类与水煤浆表观黏度的关系①木钠+助剂1+助剂2;②木钙+助剂1+助剂为此选取添加剂用量为12%时来完成下述的制浆2;③萘系+助剂1+助剂2④腐钠(腐殖酸钠一延浓度试验。庆)+助剂1+助剂2⑤腐钠(涿鹿)+助剂1+助剂2;24制浆浓度试验⑥磺化腐钠+助剂1+助剂3。(1)试验条件分析图3,可得到结论:当分散剂种类不同时煤量:70000g;级配:粗:细=3:7;添加剂配比所制水煤浆的表观黏度也不同。综合考虑黏度低等(助剂1助剂2:分散剂):1:1分散剂种类:木钠、各种要求可从这3个系列的添加剂中各选出一种萘系、涿鹿添加剂用量:12%;制浆浓度:据经验取相对比较好的药剂用于下一步确定成浆条件试验,不同的制浆浓度。它们分别是木钠、萘系、涿鹿。(2)试验数据及分析23添加剂用量试验本组试验在其他条件固定的条件下,共做了3(1)试验条件个添加剂组合在不同添加剂用量下的水煤浆,木试验条件为煤量:7000g级配粗:细=3:7;钠、禁系、涿鹿制备的水煤浆的制浆浓度与表观黏添加剂配比(助剂1:助剂2:分散剂)=1:1:2;分散度的关系如图5所示。剂种类:木钠、萘系、涿鹿;制浆浓度:68%;添加剂用量:根据经验选取不同的添加剂用量。(2)试验数据及分析本组试验在其他条件固定的条件下,共做了3个添加剂组合在不同添加剂用量下的水煤浆,其中木钠用量与表观黏度关系、萘系用量与表观黏度关系和涿鹿用量与表观黏度关系如图4所示。图5水煤浆制浆浓度与表观黏度的关系车钠的用量都系的用量鹿的用量由图5可知,用木钠作为分散剂制成的水煤浆随着制浆浓度的提高,表观黏度呈逐渐增高的趋2000势,此结论与理论规律较吻合。水煤浆浓度在65%68%范围内时,用木钠作为分散剂制成的水煤浆的表观黏度值变化增加趋势比较小,但是水煤浆浓度高于68%后,表观黏度的值迅速升高0.7a809101213西加用量鸬用萘系作为分散剂制成的水煤浆随着制浆浓图4添加剂用量与表观黏度关系度的提高,表观黏度呈逐渐增高的趋势,此结论与由图4中木钠用量与表观黏度关系曲线变化理论规律较吻合。用涿鹿作为分散剂制备的水煤浆规律可知,用木钠作为分散剂时,制备的水煤浆随随着制浆浓度的提高表观黏度呈现逐渐增高的趋着木钠用量增多其表观黏度会逐渐降低。这符合随势,此结论与理论规律较吻合。但是水煤浆浓度在257Vol.33No 08水煤浆添加剂的适配性研究—李贞伟,等第33卷第08期65%-69%范围内时,用涿鹿作为分散剂制成的水煤选取的配比为:助剂:分散剂=2:8;助剂1:助剂浆黏度值要高于用萘系作为分散剂制成的水煤浆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。通过以上试验可知,由茶系和助剂组成的添加(2)试验数据及分析剂的成浆效果是最好的,且黏度也是相对最低的,所本组试验在其他条件一定时,共做了11个不以选择它作为以下的分散剂和助剂的配比试验。同助剂配比的水煤浆浆样,其配比与表观黏度的关做配比试验前,需确定分散剂用量及制浆浓系如图7所示。度。通过以上萘系的一系列试验,参考浆体的各项指标可以确定70%制浆浓度所配出的水煤浆的成浆效果是最好,且黏度是相对较低的。若考虑工业需求,一般选择剪切率为00s时的水煤浆表观黏度1000mPas左右。为此在制浆浓度为70%时,选取添加剂用量分别为08%和09%进行试验。试验结果如表1。009283746556473829]00表1制浆试验结果图7助剂之间配比与表观黏度的关系添加剂用量%度/%黏度/mPa87121753.64观察图7中曲线的变化规律水煤浆的表观黏963.12度随着助剂之间配比的增加而有逐渐增大的趋势据上述要求,取制浆浓度为70%、添加剂用量因此得出,用28的助剂配比制备的水煤浆黏度是为09%进行以下的配比试验最低的,各项指标也都较符合要求。综合上述常村2.5助剂与分散剂的配比试验原煤制浆试验结果,筛选出的针对常村原煤的添加(1)试验条件剂的配比为恭系助剂1助剂2=20:1:4。试验条件为煤量:700000;级配:粗:细=3:7;3结语分散剂种类:木钠、萘系、涿鹿;添加剂用量:09%;由粒度级配试验确定了以常村煤为制浆原料制浆浓度:70%。煤时,制备水煤浆的要求,即为粗细配比3:7,小于由于在制取水煤浆过程中,分散剂起到了决定200目的含量为9358%。在确定最优分散剂种类试性作用,助剂是辅助性作用,所以选取了助剂和萘验中,从3个系列(6种)分散剂中各选出1种成浆系的配比为0:10;1:9;2:8;3:7;4:6;5:5。后黏度较低的分散剂木钠、萘系、腐钠(涿鹿)。在制(2)试验数据及分析浆浓度和添加剂用量试验中,以黏度为主要标准本组试验在其他条件一定时用不同配比的助并综合水煤浆的各项指标,最终得出分散剂木钠萘剂与分散剂制备了6个不同的水煤浆浆样其配比系、腐钠(涿鹿)中与常村原煤匹配性最好的水煤浆添与表观黏度的关系如图6所示。加剂的配方是萘系:助剂1助剂2=204,且制备的水煤浆的浓度为7023%表观黏度为36489mPas(常温下,剪切率为100s3)。参考文献:[1]李寒旭汤永新李虎,等.复配添加剂对水煤浆性能的影响[J淮南工业学院学报,2000,204:37-40,61[2]苏毅马步伟,赵振新分散剂在水煤浆中的作用[J河南化工,2005,25(3):8-11.3745655分散剂和助剂的配比[3]刘晓霞屈睿,黄文红,等.水煤浆添加剂的研究进展[].应用化图6助剂和分散剂的配比与表观黏度的关系工,2008(1):101-103,106.由图6可知,表观黏度随着分散剂所占比例的4张延幂,邱学青,王卫星,水煤浆添加剂的发展动向[现代化降低呈现逐渐增大的趋势,这是因为分散剂在降低工,2004,243)16-19了主要的作用。因为2:8的助剂和分5]周明松,邱学青,王卫星.水煤浆分散剂的研究进展煤炭转化,2004(3):12-16.散剂的配比所对应的水煤浆的黏度是最低的,且各[6]刘志红成建煤泥制浆中粗细粒子在煤浆中的作用研究[门洁项指标也较符合要求,所以选取它作为以下的助剂净煤技术,2008,14(3):26-28.之间配比试验。[7]茅晔辉,朱书全,吴晓华等.聚羧酸系水煤浆分散剂的试验研究26助剂之间的配比试验[J煤炭科学技术,2008,3612:9093(1)试验条件[8]张光华刘龙李俊国等.磺化腐植酸接枝改性共聚物合成及性能研究[J]煤炭转化,2013,36(2)92-96试验的条件为煤量:70.0000g;级配:粗:细=3作者简介:李贞伟(1988-),山东濰坊人在读硕士研究生,研7;分散剂种类:木钠萘系、涿鹿;添加剂用量:究方向洁净爆技术电子值箱; cumtblzw@3cm09%;制浆浓度:70%;贵任编辑:李富文收稿日期:201406-30258