木质素磺酸钠对水煤浆稳定性的影响研究

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木质素磺酸钠对水煤浆稳定性的影响研究孙美洁,涂亚楠,楚天成,徐志强,范迎新,于小波,张杰(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083)摘要:论文研究了中国矿业大学(北京)研制的萘系分散剂KY33与两种不同变质程度煤的制浆效果以及添加木质素磺酸钠对水煤浆的稳定性的影响。通过制浆试验,合理选择配比进行制浆,确定KY3的最佳用药量,并通过添加木质素磺酸钠来提高水煤浆的稳定性。利用 TurbiscanIab稳定性分析仪对复配药剂制备的水煤浆的稳定性进行评价。结果表明:不同变质程度的煤对应的KY33最佳用药量不同,但添加适量木质素磺酸钠均可有效的提高浆体的稳定性。关键词:水煤浆;蔡系分散剂;木质素磺酸钠;稳定性中图分类号:TQ536文献标识码:A文章编号: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水煤浆燃料作为20世纪η0年代末出现的一种煤炭高再加工,原料丰富,价格低廉,而且浆的稳定性好,但制新技术产品,具有石油一样的流动性,是一种煤基代油洁浆粘度较大,流变性差,用量多,因此除易制浆煤种外,净流体燃料,与直接燃煤相比,具有低污染、便于泵送和通常不能单独使用2。本文采用中国矿业大学(北京)研雾化、燃烧效率高等优点,是当今洁净煤技术中的一个重制的萘系分散剂(KY33)对不同煤种的煤样进行制浆,确定要组成部分。为了使水煤浆具有良好的流变特性和稳定性,了KY33的最佳用药量,并通过与木质素磺酸钠复配提高在制浆过程中添加少量的添加剂是必不可少的,其费用在了水煤浆的稳定性,降低了制浆成本。制浆成本中占有较大比重,对水煤浆的价格和推广有重要的影响,因此选择性能价格比高的添加剂配方是水煤浆的1实验部分重要发展方向。萘磺酸盐系分散剂适用范围广,分散性1.1原煤的性质与分析好、降粘作用强、煤浆流变性好,但浆体稳定性较使用木试验选用两种煤样(煤样1和煤样2),煤样2中磁铁矿质素系列分散剂差,价格较高,所以常与其它类型的分散粉含量较大,制浆后稳定性相对较差,选择为试验用煤更剂配合使用。木质素磺酸盐系分散剂主要来源于造纸废液具有代表性。其煤质分析结果见表1。收稿日期:2014-05-23基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2012CB2l4902);国家自然科学基金面上资助项目(51274208);国家自然科学基金青年基金自助项目(51204190)作者简介:孙美洁(1988-),女,山东威海人,博士研究生,主要从事水煤浆制备技术的研究,E-mail:838580743qq como引用格式:孙美洁,涂亚楠,楚天成,等.木质素磺酸钠对水煤浆稳定性的影响研究[J].煤炭工程,2014,4(11):109-112研究探讨煤炭工程2014年第11期表1煤样的工业分析和元素分析煤样煤样119.1051.100.67煤样21.1310.5338.74.015.76l.241.2试验主要仪器下的水煤浆粘度值,采用计算机软件计算并绘制流变曲线试验主要仪器有颚式破碎机、自制球磨机,LS-C(1)判定水煤浆的流变特性,取剪切速率为100时的粘度为型欧美克激光粒度仪,自制高扭力搅拌器, Sartorius ma35表观粘度,且低于1200mPa·s的水煤浆作为合格产品。型全自动水分仪,NXS11-B型旋转粘度计, Turbiscan Lab3)水煤浆的流动性。水煤浆的流动性采用目测法,根型全能的分散稳定性分析仪。据其流动状态,分为A、B、C、D四个等级,划分标准为:1.3煤样的制备及粒度分析A一不间断流动;B一间断流动,呈稠流状;C一间断流动试验所用煤样均釆用颚式破碎机破碎后,给入球磨机呈稀糊状;D不流动。根据水煤浆流动性的具体情况,可进行粉磨,磨制不同时间的煤样分别作为粗样和细样。为以细分为“+”,“-”级别。保证水煤浆制备的粒度要求,粒度不大于0.3mm,又避免4)水煤浆的稳定性。水煤浆的稳定性采用全能的稳定粗样过磨造成粒度过细,影响堆积效果,制备粗样时需给性分析仪 Turbiscan Lab测定,将制备的水煤浆倒入配套的入0.3m筛进行筛分,+0.3m粒度级含量低于2%时,样品瓶中,样品高度约为45mm,利用背散射光检测器和近停止粉磨,并将筛下物作为粗样。采用激光粒度仪对煤样红外光源(波长880mm)在55m长度的样品瓶上每40m扫的粒度进行分析,并计算堆积效率评价指标E。在一定范描一次。7d内通过对水煤浆进行不同静置时间的重复测定围内,可制浆浓度随E值的增大近似呈线性升高的趋势。最终得到表征水煤浆稳定性特征的指纹图谱,其中得到的V(1)稳定性动力学指数TSI越小,背散射光的通量Bs变化越小,水煤浆稳定性越好2结果与分析式中,m为窄粒级个数;V为第i窄粒级的颗粒体积,2.1煤样粒度分布不同粒度煤样进行混合制浆后,最终确定两种煤样的g/cm3;e;为第i窄粒级自身的孔隙率,最小值为0.5;V粒度累积分布曲线如图1所示,粒度分布及堆积效率评价为第i窄粒级的表观体积,g/cm3。指标E值见表4水煤浆添加剂试验采用的水煤浆添加剂为中国矿业大学(北京)研制的萘系分散剂(KY33)和木质素磺酸钠一煤样21.5试验方案试验主要考察添加木质素磺酸钠对水煤浆制浆效果的号尔%影响,在固定的水煤浆浓度下根据表观粘度找出KY33的最佳用量,然后在此用药量下,按照10:0、9:1、8:2、7:3、6:4和0:10的药剂配比进行制浆,根据制浆效果,选00150200250300择合适的用药配比。粒径1.6水煤浆的制备图1煤媒样1、煤样2的粒度累积分布曲线按照设计的配比,定量称取粗样和细样,并加入准确称量的添加剂和定量的水,利用自行改装的高扭力搅拌机在低表2粒度分布及E值转速条件下进行预先捏混,使其成为具有浆体性质的混合粒径/物,然后进行高速搅拌混匀10min,使浆体进一步熟化。煤种E/%<100<3001.7水煤浆性能测试方法煤样171.1083.8889.47101)水煤浆的浓度。水煤浆的浓度采用 Sartorius ma35煤样25.775.1582.471008.4全自动水分仪测定,质量测量精度为0.0002g,能够智能全自动停止加热并计算得到水煤浆浓度。为保证雾化燃烧的顺利进行,要求水煤浆的粒度不大2)水煤浆的粘度及流变性。水煤浆的粘度采用NXS1l于0.3mm,低于200网目(0.074mm)的含量不低于75%,B型旋转粘度计测定,选用B系统,测出不同剪切速率由表2计算可得,所配煤样均符合上述要求。2014年第11期煤炭工程研究探讠2.2KY33的制浆试验结果0%,使水煤浆的表观粘度达到合格产品的要求,药剂量两种煤样在各自选择的配比下进行制浆,成浆浓度固均为最佳用药量,制备的水煤浆的性质见表3,稳定性曲线定时(煤样1为50%,煤样2为71%),剪切速率为10081如图5~图7所示。浆体的表观粘度随分散剂KY3用量的变化关系如图3和图4所示,其中药剂量表示占干基煤的质量分数。实验结果表l120明,当KY33用量较低,水煤浆的表观粘度随分散剂用量的增加而迅速降低,KY33用量超过某个数值后,水煤浆的表倒1080观粘度随用药量的增加呈增大趋势,或者趋于平缓。这是因为分散剂用量少时,不足以使煤粒的疏水表面充分改性为亲水表面,加上范德华引力所产生的聚集作用,不仅会使团粒结构中包含一定的自由水,而且煤粒易相互接触070809101.11.2产生的运动阻力增加,使得浆体的表观粘度较高;分散剂药剂量用量过多时,不仅会增加经济负担,还易形成多层吸附致图3KY33用量对煤样1水煤浆表观粘度的影响使空间位阻过大或者作为分散介质的自由水减少等原因而造成浆体的表观粘度增大6,所以确定分散剂用量对于制浆浆体的流变性起着至关重要的作用。从图3中可以看出药剂量为0.9%和1.0%时表观粘度最低,但药剂量为0.9%时,水煤浆的实测浓度为出160049.71%,1.0%时为50.22%,故选择药剂量为1.0%作为煤样1制水煤浆的最佳用药量,而煤样2的最佳用药量为干煤的0.5%。2.3添加木质素磺酸钠的试验结果06KY33和木质素磺酸钠复配后与两种煤样分别进行制浆药剂量%试验,煤样1的制浆浓度不变,煤样2的制浆浓度降低为图4KY33用量对煤样2水煤浆表观粘度的影响表3添加木质素磺酸钠后的制浆效果KY30.8添加剂/%木钠0.41.0粘度/mPa996.881048.71l114.531030.631088.65煤样1浓度/%流动性粘度/mPa1196.93l121.0l1193.711185.361198.181165.76煤样2浓度/%69.569.3469.4169.6278木质素磺酸钠是一种多聚高分子化合物,具有较强的左右,降低了近50%,结合背散射光通量BS随时间的变化空间网状结构,在煤表面吸附时易形成三维水化膜,空间曲线图6、图7,发现当KY33与木质素磺酸钠的配比为7:3位阻效应较大,增加水煤浆的稳定性。由图5可知,通过时,BS相对时间的变化更小,曲线波动较小,水煤浆的稳KY33与木质素磺酸钠的复配,水煤浆的稳定性均可以得到定性较好,且流动性也相对较好,故对于煤样2,KY33与显著提高,但最佳复配比随煤种及粒度组成的不同而变化,木质素磺酸钠的复配比为7:3时,制浆效果最好。故对于给定粒度组成的煤样,需要通过试验设计的方法选Turbiscan Lab稳定性分析仪能够对水煤浆的整个浆体择合适的药剂复配比,提高制浆效果。对煤样1,当KY3进行快速扫描,精确测定不同静置时间水煤浆的背散射光与木质素磺酸钠的复配比为8:2时,水煤浆的稳定性动力学通量变化。通过扫描图谱中BS的变化情况可以定性定量分指数TSI最小,7d后的TSI值仅为0.2,相比不添加木质素析整个水煤浆样品的稳定性,测定上层清液区可以分析析磺酸钠的水煤浆,TSI值降低了52.38%,稳定性显著提高,水情况,测定中间浑浊区可以分析颗粒是否发生絮凝或聚且流动性较好,所以最佳复配比为8:2;对煤样2,复配比并现象,测定底部沉淀区可以分析是否产生沉淀。与GB/T为0:10时水煤浆7d后的TSI最小,为0.69,比10:0时降18856.5-2002中釆用的残留物质量百分比评价水煤浆稳定低了76.37%,稳定性最好,但制浆浓度偏低,流动性较性的方法相比,具有不破坏样品,更快速准确的测量多组差,其次是药剂复配比为7:3和6:4的水煤浆TSI在1.5数据,系统的评价水煤浆稳定性的特点111研究探讨煤炭工程2014年第11期04斗-100→10:0一一0.50:100.静置时间/d静置时间d(a)煤样1(b)煤样2图5不同复配比对静置不同时间的水煤浆稳定性动力学指数TSI的影响少或过多时均会使水煤浆的表观粘度增大,因此对不同煤种,KY33的用量均有一最佳值。通过添加一定量的木质素磺酸钠,水煤浆的稳定性可以得到显著提高,降低制浆的成本。对不同煤种KY33与木质素磺酸钠的最佳复配比不同。利用 Turbiscan Lab稳定性分析仪能够不破坏样品,更101520253035404准确的表征水煤浆的稳定性。高度mm图6煤样2药剂配比7:3的水煤浆体系扫描图参考文献:[1]张荣曾.水煤浆制浆技术[M].北京:科学出版社,1996[2]李凤起,朱书全。水煤浆添加剂改性木质素磺酸钠结构与性能的研究[J].煤炭学报,200,25(4):439-442[3]高志芳.提质褐煤制浆及配煤成浆特性的研究[D].北京:中国矿业大学(北京),2009[4]周明松,邱学青,王卫星.水煤浆分散剂的研究进展[门]化工进展,2004,23(8):846-851051015202530354045高度/mm[5]邹立壮,朱书全,支献华,等.不同水煤浆添加剂与煤之间图7煤样2药剂配比6:4的水煤浆体系扫描图的相互作用规律研究——分散剂用量对水煤浆流变特性的影响(Ⅳ)[J].中国矿业大学学报,2004,33(4):8-123结语[6]涂亚楠,徐志强,蔡斌,等.一种评价颗粒堆积效果的简便方法及其应用[J].中国粉体技术,2013,19(5):53-对两种不同变质程度的煤样,分散剂KY33的用量过(责任编辑杨蛟洋)(上接第108页)送,分别从输送方案和控制算法两方面进行了详细分析,[3]张汉昌,徐春香,张金波,等.低浓度瓦斯发电系统瓦斯配与普通的瓦斯输送方案不同,本文加入了瓦斯浓度和压力送技术的应用[冂].陕西煤炭,2013(2):101-103.自动控制模块,该控制结构由嵌入式系统和传感器实现,[4]刘春梅基于PD控制器的配煤控制系统设计与实现[J核心算法采用模糊自适应PID控制算法来完成。通信技术,2013(2):67-70经过实验证明,采用模糊自适应PD控制策略的性能5]黄丽莲,周晓亮,项建弘分数阶PD控制器参数的自适应良好,瓦斯浓度值和压力值恒定,而且具有收敛性快,敏设计[冂].系统工程与电子技术,2013(5):23-26.感度高,调节时间短等优点。因此,本文算法在低浓度瓦[6]黄伟,巫茜基于参数自整定的模糊PD控制器及其应用[J].机床与液压,2013(6):81-86斯的安全输送中具有广阔的应用前景。[7]郭再泉,黄堃,赵勇.基于模糊PD技术卸煤机电机控参考文献制研究[J].煤矿机械,2013(7):220-221[1]郑顺朝.低浓度煤矿瓦斯的利用方法[J].山西建筑[8]王许,钱宏琦.基于 matlab软件的模糊-PD双模控制仿真运用[J].煤炭技术,2013(1):58-62010(13):178-179[2]黄和文.煤矿低浓度瓦斯热氧化发电利用[冂]·能源与环(责任编辑郭继圣)境,2013(4):68-70.12