云南褐煤水煤浆成浆性分析

煤浆结构
很疏松
较疏松
很疏松
很疏松
２．５ 添加剂量的筛选
由表 ５ 和表 ６ 可看出， 选用添加剂 １， 其加入量
为 １％时，云南褐煤成浆性能较好。
表 ６ 添加剂 １ 不同添加量对云南褐煤成浆性能的影响
项目
添加剂占煤比例 ／％
１
０．５
煤浆浓度％
４９．２７
４９．４５
流动性级别
Ｂ级
Ｃ级
黏度 ／ｍＰａ·ｓ
２０００
第 ２９ 卷 第 ４ 期 ２００７ 年 ８ 月
山东冶金
Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ
Ｖｏｌ．２９， Ｎｏ．４ Ａｕｇｕｓｔ ２００７
·试验研究·
云南褐煤水煤浆成浆性分析
王志光， 饶志雄， 张德祥
（ 华东理工大学 能源化工系， 上海 ２００２３７）
摘 要： 介绍了一种云南褐煤水煤浆的成浆性能。试验得出云南褐煤因内在水分高且含氧量较高， 故水煤浆浓度较低； ３ 种
集煤， 其煤质分析数据、灰熔融特性（ Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３ 分别代 表煤灰熔融的变形温度、软化温度、流动 温度） 及 煤
直接制取高浓度、低黏度的水煤浆。我国褐煤储量极 的粒度分布分别见表 １ 和表 ２， 添加剂选用上海焦
为丰富， 主要分布在内蒙、山西、云南、新疆等地， 因 化厂 、淮 南 化 肥 厂 和 鲁 南 化 肥 厂（ 编 号 分 别 为 １、２、
通常情况下， 要使水煤浆能够达到高浓度、高稳 定性以及良好的流变特性， 必须添加一些化学药剂。 一般可以分为分散剂和稳定剂两类。分散剂是用来 促进煤粒在水中均匀分散的化学药剂， 通常煤粉与 水混合， 煤颗粒之间存在着一种很强的引力， 使得煤 粒成团、凝聚、煤浆黏度增高， 流动性变差。分散剂是 一些表面活性剂， 可以显著地降低溶液的表面张力， 提高煤粒表面的润湿剂。而水煤浆稳定剂则是用来 改善水煤浆稳定性， 以使其在储存和输送期间保持 特 性 均 匀 的 状 态［６］。
王志光等
云南褐煤水煤浆成浆性分析
２００７ 年第 ４ 期
煤（ ０．６５：０．３５） 两种高低阶煤配合制浆的结果。
表 ７ 不同添加剂对配煤成浆性能影响
项目
添加剂 １
添加剂 ３
占煤比例 ／％
１
１
煤浆浓度 ／％
５２．９７
５３．０１
流动性级别
Ｂ级
Ｃ级
黏度 ／ｍＰａ·ｓ
１９５０
２０００
析水率％
３．１８
３．６０
此 研 究 褐 煤 制 浆 具 有 深 远 的 意 义［３］。
３） 水煤浆添加剂。
表 １ 煤质分析及灰熔融特性
煤种 Ｍａｄ／％ 云南褐煤 ２７．１０
Ａａｄ／％ Ｖｄａｆ／％ Ｃｄａｆ／％ Ｈｄａｆ／％ Ｏｄａｆ／％ Ｎｄａｆ／％ Ｓｄａｆ／％ ８．８３ ５１．４６ ６９．５９ ４．７６ ２１．４０ １．８６ ２．３９
添加剂 １ ０．５ ４８．３８ Ｂ级 ２０００ ２．５９ ３
自由落棒 ２．２ 很疏松
添加剂 ２ ０．５ ４６．５１ Ｃ级 １９９０ ２．７７ ３
自由落棒 ６．８ 疏松
添加剂 ３ ０．５ ４７．１０ Ｃ级 ２０００ ３．０６ ８
自由落棒 ９．１ 疏松
由表 ４ 可看出， 所选用的 ３ 种添加剂对改变云
南褐煤的成浆性能不同。添加剂 １、添加剂 ３ 与添加
占煤比例 ／％
０．５
０．５
１
１
煤水比例
１：０．６
１：０．５５
１：０．５２
１：０．５
煤浆浓度 ／％
４６．１０
４７．１０
４８．６５
４９．２７
流动性级别
Ａ级
Ｃ级
Ｂ级
Ｂ级
黏度 ／ｍＰａ·ｓ
１３１０
２０００
１９６０
２０００
析水率 ／％
２．９２
３．０６
２．３３
１．２６
析水稳定天数
８
８
３
３
落棒试验 ／ｓ 自由落棒２．５ 自由落棒９．１ 自由落棒４．４ 自由落棒６．３
软沉淀
神府煤 ６０．５５ Ｂ级 ２０００ １．３８
３ 稍加压 落棒 ８．１ 软沉淀
张集煤 ６９．７３ Ｃ级 ２０００ ０．８１
３
不落棒
硬沉淀
由表 ３ 看出， 对于给定的水煤浆添加剂， ４ 种煤 单独成浆综合性能以张集煤最差， 煤浆浓度虽高， 但 不落棒， 煤浆结构为硬沉淀； 新庄煤次之， 煤浆浓度 较高， 但析水率大， 煤浆结构为软沉淀； 神府煤较好， 其煤浓度较高， 析水率低， 但煤浆结构为软沉淀， 流 动性较好， 稍加搅拌即可恢复其流动性； 云南褐煤最 好， 其煤浆浓度虽低， 析水率不高， 煤浆结构很疏松， 此煤可单独成浆。 ２．４ 添加剂的筛选
添加剂对改变云南褐煤成浆性能作用不同， 上海焦化厂水煤浆添加剂对其成浆性能较好， 可作云南褐煤制水煤浆添加剂；
选择上海焦化厂水煤浆添加剂， 在加入量为 １％的条件下， 制得水煤浆性能指标较好， 煤浆最高浓度接近 ５０％。
关键词： 云南褐煤； 水煤浆； 成浆性； 添加剂； 煤浆浓度
中图分类号： ＴＱ５３６
２０００
析水率 ／％
１．２６
０．８８
析水稳定天数
３
３
落棒试验 ／ｓ
自由落棒 ６．３
不落棒
煤浆结构
很疏松
硬沉淀
２．６ 配煤制浆 低阶动力煤成浆性差， 水分高， 发热量低， 但挥
发分高， 易点燃。高阶动力煤则相反。为获得浓度 高、黏度低 、稳定性好和易点燃的优质煤浆， 将 两 种 煤按一定比例混合起来， 实现配煤制浆， 这不失是 一种扬长 避 短 的 好 方 法［４］。 表 ７ 是 云 南褐煤与新庄
７５％以上。称取定量的煤样， 按比例掺入一定量的水
收稿日期： ２００７－ ０６－ ０５ 作者简 介： 王 志光（ １９７２－ ） ， 男， 江西 萍乡 人， 华 东理 工大学 化学 工艺 专业 ２００５ 级在读硕士研究生， 从事洁净煤技术研究。
煤浆添加剂，加入定量的水， 用搅拌器固定转速搅拌 １０～２０ ｍｉｎ。目测水煤浆的流动性， 用 ＮＤＪ－ １ 型黏度 计测定其黏度， 然后将水煤浆装入 ２５ ｍｍ 高的大试 管中， 上面滴加少量液体石蜡， 防止水分挥发， 静置 ３ ｄ 后测定水煤浆析水率。 ２．２ 水煤浆成浆性分析方法及评定标准
因为水煤浆的性质复杂， 对水煤浆的性质检验 尚无统一的国家标准。目前， 水煤浆成浆性检验方式 很多， 本研究引入的水煤浆成浆性检验主要判别标 准 包 括 黏 度 、流 动 性 和 析 水 率［５］：
１） 黏度。用 ＮＤＪ－ １ 型黏度计 ３＃ 转子 ６０ ｒ／ｍｉｎ 转 速旋转， １５ ｍｉｎ 之后读数， 单位 ｍＰａ·ｓ； ２） 流动性。目 测流动性分级： Ａ 级为稀流体， 流动连续， 平滑不间
６．１２
wk.baidu.com
４．３３
２．５６ ８１．３２
新庄煤 ０ １．８７
１．２５
７．２１
０．２４ ８９．４３
神府煤 ０ ３．４２
１．９１
６．０６
０．４８ ８８．１３
张集煤 ４．９３ ６．１３
４．６１
４．２１
４．９２ ７５．２０
２ 制浆试验及其成浆性能评价
２．１ 水煤浆配制过程及成浆性分析步骤 首先磨制煤样， ０．０７４ ｍｍ 以下筛分煤样占总 样
２．３ ４ 种煤的单独成浆性能
对 云 南 褐 煤 、新 庄 煤 、神 府 煤 和 张 庄 煤 进 行 水
煤浆成浆性试验， 选用添加剂 １， 加入量为煤的
０．５％， 试 验 结 果 如 表 ３ 所 示（ 因 水 煤 浆 试 验 是 在 冬
季室温为 ５ ℃左右进行的， 温度对其黏度有一定的
影响； 析水率为稳定后析水率； 落棒时间是指析水
张集煤 １．４０ １８．５７ ４４．２１ ８４．３７ ６．０９
７．５３
１．５７
０．４４ １ ３８０ ＞１ ４５０ ＞１ ４５０
表 ２ ４ 种煤的粒度分布 ％
＞０．２ ０．１２５￣０．２ ０．１￣０．１２５ ０．０８８￣０．１ ０．０７４￣０．０８８ ＜０．０７４
煤种
ｍｍ ｍｍ
ｍｍ
ｍｍ
ｍｍ
ｍｍ
云南褐煤 ０．２１ ５．４６
Ｔ ｌ ／℃ １ ２８０
Ｔ ２／℃ １ ３００
Ｔ ３／℃ １ ３１０
新庄煤 １．７６
８．９３ ３５．５３ ８５．４６ ５．０４
７．３５
１．７５
０．４０ １ ３２０ ＞１ ４５０ ＞１ ４５０
神府煤 １０．１９ ６．５０ ３７．６６ ８０．５３ ４．８０ １３．４１ ０．８９
０．３７ １ １２５ １ ２１０ １ ２４０
剂 ２ 相比， 可增 加 煤 浆 浓 度 ０．６％～１．８％， 但 流 动 性
和煤浆沉淀结构不同。
由表 ５ 可看出， 不同添加剂对云南褐煤成浆性
能的影响较大。添加剂 １ 相比添加剂 ３ 可提高水煤
浆浓度 ３．１７％， 但流动性和黏度有所不同。
表 ５ 不同添加剂对云南褐煤成浆性能的影响
项目
添加剂 ３
添加剂 １
并做好云南褐煤难制浆的成浆试验， 本研究从不同
目前， 作为商业化生产水煤浆的原料主要是变 煤种、不同添加剂、不同添加剂量及配煤制浆等方面
质程度较高的烟煤， 烟煤通过研磨， 获得最佳的粒度 对云南褐煤制浆性能进行了探讨， 通过试验获得了
级配， 加入化学添加剂可以制成浓度在 ７０％ 以上的 较高浓度的褐煤水煤浆。
合适的水煤浆添加剂配方及最佳水煤浆浓度和 添加剂加量的选择原则： １） 制备较高浓度的水煤浆， 确保有最好的经济效益； ２） 低黏度的水煤浆流动性 能好， 有利于工艺操作； ３） 较低的析水率和较好的稳 定性有利于减少短停时的水煤浆沉淀， 避免淤积； ４） 成本； ５） 在相同煤浆浓度条件下， 黏度为考虑的第一 位要素， 其次为析水率和稳定性； ６） 向相同浓度的水
以动力用煤应合理使用褐煤、年轻烟煤及无烟煤。褐 量 高等特点， 可从配煤、改善级配、利用 压力 等来 提
煤、长焰煤等低变质程度煤， 挥发分高， 适合于气化，
高 其 制 浆 性 能［４］。 为 了 了 解 煤 质 对 煤 浆 性 能 的 影 响 ，
但含水量高， 可磨性差， 难于制成高浓度的水煤浆［１］。
稳定后测定值， 以下各表相同） 。
表 ３ 不同煤质水煤浆的成浆性能比较
项目 煤浆浓度 ／％ 流动性级别 黏度 ／ｍＰａ·ｓ 析水率 ／％ 析水稳定天数
落棒试验 ／ｓ
煤浆结构
云南褐煤 ４８．３８ Ｂ级 ２０００ ２．５９ ３ 自由
落棒 ２．２ 很疏松
新庄煤 ６２．９８ Ｂ级 １０３０ ３．１０
３ 落棒 ３／４ 后 不 下 落３．７
析水稳定天数
３
３
落棒试验 ／ｓ
稍加压落棒 １１
不落棒
煤浆结构
软沉淀
硬沉淀
由表 ７ 可看出， 选用添加剂 １ 在加入量为 １％条 件下， 云南褐煤与新庄煤配煤可制成浓度较高、中等 成浆性能的水煤浆。
３ 结果讨论
１） 从 ４ 种煤单独成浆可以看出煤浆浓度与煤的 饱和吸水量有关。饱和吸水量高的煤， 浓度低； 饱和 吸水量低的煤， 浓度高， 云南褐煤内在水分高达 ２７．１０％， 故其煤浆浓度低于 ５０％。煤的饱和吸水量除 了与煤结构中的孔隙率大小有关外， 还与煤表面亲 水性的强弱有关， 而煤亲水性的强弱又与煤芳香核 四 周 的 含 氧 官 能 团 多 少 有 关 。羟 基 、羧 基 等 含 氧 官 能 团亲水性强， 在煤样元素分析中， 含氧量较高的煤， 亲水性强， 其煤浆浓度低， 煤的孔隙率与亲水性相比 较， 孔隙率的影响较大［８］。云南褐煤饱和吸水量最高， 且含氧量也最高， 故其煤浆浓度最低； 而张集煤和新 庄煤不仅饱和吸水量很低， 且含氧量也低， 故煤浆浓 度高； 神府煤饱和吸水量较高， 且含氧量也较高， 煤 浓度仍较高。所以， 通过测定煤的饱和吸水量， 可预 测该煤种制浆后的浓度。
４２
煤浆中添加不同种类的添加剂来选择添加剂种类，
再改变不同添加剂加入量和煤浆浓度来确定最佳煤
浆浓度和添加剂加入量［７］。云南褐煤在 ３ 种不同水煤
浆添加剂的作用下， 制得水煤浆质量和性质如表 ４
所示。
表 ４ 云南褐煤煤浆特性与添加剂关系
项目 占煤比例 ／％ 煤浆浓度 ／％ 流动性级别 黏度 ／ｍＰａ·ｓ 析水率 ／％ 析水稳定天数 落棒试验 ／ｓ 煤浆结构
文献标识码： Ａ
文章编号： １００４－ ４６２０（ ２００７） ０４－ ００４１－ ０３
水煤浆是代油、代气或代煤的洁净环保燃料。我
针 对 低 阶 煤 的 内 在 水 分 高 、孔 隙 率 发 达 、比 表 面
国的动力煤资源中， 以长焰煤和不粘煤比例较大， 所 积大、富含极性官能团、可磨性差和可溶性矿物质含
水煤浆［２］。褐煤是年轻煤， 它经历的煤化作用时间较 短， 芳香核缩合程度低， 支链、桥链较多， 这样使褐煤
１ 试验原料
的致密度低于烟煤， 有较大的孔隙率， 内部细孔丰
试 验 原 料 煤 选 用 云 南 褐 煤 、新 庄 煤 、神 府 煤 和 张
富。同时， 其煤核结构支链上羧基、羟基等酸性含氧 官能团较多， 褐煤的这些特征使褐煤不经处理难以
４１
２００７ 年 ８ 月
山东冶金
第 ２９ 卷
断； Ｂ 级为稠流体， 流动较连续， 流体表面不光滑； Ｃ
级借助外力才能较好地流动； Ｄ 级泥状不成浆， 不能
流动； ３） 析水率。用高 ２５ ｍｍ 的大试管装入水煤浆，
液面用液体石蜡密封， ３ ｄ 后测定：
析水率 ＝（ 析水高度 ／ 水煤浆原始高度） ％。