利用竹浆黑液制备无烟煤水煤浆的研究

第34卷第2期煤炭技术Vol. 34No 22015年2月Coal TechnologyFeb.2015doi:10.13301/ j. cnki.c2015.02.110利用竹浆黑掖制备无烟堞水蝶浆的研究苏占军,万勇陈前林,谢燕,张德成,李科褡,数先权(1.贵州大学化学与化工学院贵阳550025;2.贵州赤天化集团有限责任公司,贵阳550001)摘要:利用竹浆黑液(BL)和无烟煤制备水煤浆(CWS),研究了竹浆黑液水煤浆(BCWS)表观黏度、稳定性及流变特性变化规律。结果表明:当BL干物质添加量为0.5%时,浆体表观黏度最低,煤浆浓度为70%时,黏度<1000mPa·s;BCWS的流变特性属于宾汉塑性流体,随着剪切速率的增大,呈剪切变稀的现象,其析水率较低,稳定性较好。关键词:竹浆黑液;无烟煤;水煤浆;成浆性能中图分类号:TQ536文献标志码:A文章编号:1008-8725(2015)02-0287-04Study on Properties of Anthracite Coal Water Slurry Using BambooPulp black liquorSU Zhan-jun, WAN Yong, CHEN Qian-lin', XTE Yan, ZHANG De-cheng, LI Ke-da, AO Xian-qus(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025, China; 2. GuizhouChitianhua( Group) Co, Ltd, Guiyang 550001, China)Abstract: The apparent viscosity, stability and rheological properties of anthracite coal water( cWS)were studied by dry slurry making processes using bamboo pulp black liquor(BL). It isthe solid concentration of BCWS is about 70% when the apparent viscosity is at affixed value of 1 000mPas with 0. 5% BL, in which case the lowest apparent viscosity could be found. In addition, the rheo-logical property of CWS are classified as bingham plastic fluid, its viscosity have property of shearthinning. And the BCWS have advantage with low water abeorption rate and well stabilityKey words: bamboo pulp black liquor; anthracite; coal water slurry; slurry properties添加量下,制浆浓度高3%。(2)制浆浓度为59%时,GT添加剂制得的浆体比NF添加剂制得的浆体表观形貌更为平整、铺展面积高达1300mm2/g、流动性更好、60℃时浆体自由水脱除后失水速率更低。(3)CT添加剂良好的润湿分散性和吸附性使④-正电e·负电荷制得的浆体流动性好、失水速率低,是CT添加剂制图6添加剂分散机理浆浓度高的主要作用因素。1.添加剂主链2.双电子层3.煤粒4.溶剂化层参考文献GT添加剂良好的润湿分散性使浆体中煤粒得0赵锦波,王玉庆煤气化技术的现状及发展趋势[]石油化工到充分的包裹,从而使浆体的表观形貌更为平整、流2014,43(2):125-131.[2]段清兵,我国水煤浆技术发展现状与趋势[J].新材料产业动性更好铺展面积更大;添加剂中含正电荷的极性2012,15(11):14-18.官能团与煤粒表面的负电荷以离子键结合,使添加[3]蒋斌斌新型水煤浆制备工艺的探讨与研究[J]煤炭工程,剂与煤粒间产生吸附作用,形成的紧密的双电子层2013,45(8):67-68,71从而阻挡水煤浆中水分子的进入,负电荷官能团则4伟,张光华朱军峰磺化茶酚甲醛/禁系复合水媒浆分散剂的伸向溶液形成溶剂化层使水煤浆具有一定的空间5]江红艳杨东杰周明松三聚碘酸钠对水煤浆分散剂性能的影位阻效应;在60℃下,浆体在自由水脱除后,GT添响[J].煤炭转化,2011,34(4):29加剂由于其良好的吸附性能大量地吸附于煤粒表[6]苏毅朱书全烷基酚聚氧乙烯醚水煤浆分散剂的成浆性能[丁面,并逐渐堵塞煤粒的孔隙,从而使煤粒比表面积降煤炭学报,2011,36(8):139-1400低,失水速率更低。[7]程维,赵辉,孟沁玮,等水煤浆气流雾化的初次破裂特性[J]化3结语工学报,2011,62(1):25-31.(1)CT添加剂比NF添加剂制浆性能更好,在作者简介:刘铭(1989-),安徽合肥人,硕士研究生,研究方煤浓度62%,添加剂用量03%时,浆体表观黏向:洁净媒技术电子信箱 ywalkliu@ 163cm度达843mPa·s,稳定性良好,比NF添加剂在同等资任编辑:赵勤收稿日期:2014-09-20287Vol. 34No 2利用竹浆黑液制备无烟煤水煤浆的研究——苏占军,等第34卷第2期0引言实现产业化,无烟煤的成浆性较好,以木质素作分散随着现代煤化工的迅速发展,水煤浆(CWs)剂的水煤浆,当煤浆浓度为63.3%时,其表观黏度的制备和利用已受到国内外广泛关注。黑液是造为407.3mPa·s左右。纸工业产生的主要废液,根据造纸原料不同分为本文以贵州遵义无烟煤为原料,与BL直接制草浆、竹浆和木浆黑液,均居我国各类工业排放量备水煤浆,对其成浆性稳定性及流变特性等水煤浆的前列,对水环境的污染尤为严重。我国利用竹基本性能进行研究,探索制备BL无烟煤水煤浆浆造纸基本采用碱法制浆,以硫酸盐法为主,竹浆(BCWS)的可行性,为BL的资源化处理及制备BC造纸黑液产量丰富,全国每年的竹浆产量为150WS的工业应用提供科学依据万t在处理竹浆黑液(BL)时,存在严重硅干扰问实验部分题,处理工艺投资大、运行成本高。目前,有对竹1.1实验原料浆黑液中的木质素进行提取,然后磺化改性制备BL取自贵州某纸浆企业,原竹浆黑液经中度浓水煤浆添加剂的研究,但该方法增加了处理程序缩后,其干物质含量为35.19%,成分和元素分析如及费用,且处理后的废水还得排放,制约了其工业表1,直接取用该浓缩液制备BCWS,以其干物质含化的进程。也有直接利用竹浆黑液作减水剂的研量作基准加入。从表1中可看出,其碳和有机物含究报道但直接利用竹浆黑液和无烟煤制备水煤量较高,同时还含有大量无机物,其中一些元素如碱浆尚没有研究报道。金属Na和K对煤气化具有较好的催化作用,有利我国无烟煤储量居世界首位,贵州省无烟煤储于制备气化用CWS。量全国第二,探明储量约347亿t,占全国无烟煤储煤样采用贵州遵义无烟煤,其工业分析和元素量20%以上,利用贵州无烟煤制备气化用CWs已如表2,其挥发份较低碳含量较高。表1中度浓缩BL成分和元素分析元素分析/%情性氧无机物有机物发热量/H化物/%M·kg-130.202.9231.850.173.642.271.314.2813.150.24158.0012.45表2煤样的工业分析和元素分析(2)CWS稳定性的表征采用析水率来表征Md A, v FC, C H N与。发热量/CW稳定性,析水率越小,说明煤浆体系越稳定。工业分析/%元素分析/%M·kg1测量方法:取一定体积V的CWS加入到100mL量4.1323.416.3265.9762.353.671.206.041.1223.51筒静置一段时间后如果发生析水,量取上层水的体1.2CWS的制备方法积V,计算析水率,v1/V釆用干法制浆:先将煤样干燥、粉碎及筛分,计(3)CWs浓度的测定根据国家标准GB/算出制浆所需各粒度的煤粉量、水量和BL量,然后们188562-200,剩用干燥测定方法测定CwS浓混合,用电动搅拌器将几种原料搅拌均匀。搅拌速度率设定为1000/min,搅拌时间为10min2实验结果及分析13CWS的粒度分布2.1BL加入量对BCWS黏度的影响制浆所用的煤样粒度分布采用经优化过的A图1是在煤浆浓度为63%,温度为25℃下所fed模型参数,当N=02的粒度分布如表3所示。做成浆性实验,研究了BCWS黏度与BL加人量的表3CWS粒度分布关系,由图1可见,不加BL时,CWS黏度为589>65目65-100目100-200目<200目mPa·s,加入BL后,随着BL添加量的增加,BCWs5.26%13.76%16.57%54.41%的表观黏度呈先下降后上升的趋势,其主要原因是1.4CWS的性能测定方法BL中的表面活性剂在煤炭表面形成一层水化膜,起(1)CWs黏度的测定采用NXS-4C型CWs到润滑作用,减小了颗粒之间的摩擦作用,降低了煤黏度计在25℃下测定,将适量CWS样品倒入测量粒之间的凝聚使BCWS的表观黏度下降、流动性容器在25℃的恒温条件下,使剪切速率从0升至增强。过多BL的加入导致水膜层厚度增加减小100s1。在剪切速率为100s时,每1个试样平行了游离水量,煤浆的流变性变差;其次,过多的BL测定3次,得到3个不同的表观黏度值,取其均值作在煤的表面形成多层吸附,使煤粒之间产生较大的为CWS样品的表观黏度。由上述剪切速率从0升空间位阻,导致堆积效率降低,增大了BCWS黏度至1008的过程,可得CWS的流变特性。因而,BL的加入量的过多过少都会对BCWs黏度产288一第34卷第2期利用竹浆黑液制备无烟煤水煤浆的研究——苏占军,等VoL. 34No 2生不利影响线变化幅度较小,当BL加入量较大时(>0.5%)由图1可看出,BL的加入量为0.5%时,BCWS随着剪切速率的增大,黏度急剧下降,后趋于平缓黏度达到最低,最低黏度为166mPa·s,BL中碱木BCWS均呈“剪切变稀”的特征,属于宾汉塑性流体。素羟基低分子量有机物、抽提物中的树脂酸和脂肪图4是描述不同浓度BCWs流变特性曲线,从酸的钠盐具有表面活性功能,添加BL至08%后,图4中可知,在BCWS浓度研究范围内,其呈“剪切BL中高聚物在煤炭表面形成絮状物阻碍了煤粒的变稀”的现象属于宾汉塑性流体,高浓度下流变性分散,使得煤浆黏度增加,其次,过多的BL在煤粒能改变明显大于低浓度BCwS。BCWS浓度越高表面形成多层吸附,水膜厚度过大或煤内表面吸附体系内自由水越少,在BCWS体系中以“煤包水”的水量过多,引起煤粒的膨胀,煤粒间的流动水减少,形态存在当剪切速率增大后,这一形态被打破,其黏度增加。中的自由水流出,降低了BCWS的黏度,“剪切变稀”的流变特性比较明显。40003200240007m%BL加入量图1BCWS表观黏度与添加剂量关系曲线切速率/图3不同BL添加量的流变特性2.2BCWs浓度与其表观黏度的美系图2是BL加人量为0.5%时,BCWS黏度与BCWS浓度关系图,由图看出,随着BCWS浓度的增大一6%--6BCWS的表观黏度逐渐增大,当黏度为1000mPa·s时,BCWS浓度超过70%,说明该BL的表面活性剂功能较强,BL中所含大量有机物碱木质素起到主要作用。工业上应用CWS黏度不超过1200mPas,此时,BCWS最高成浆浓度可达71%,工业上CWS浓度一般为60%-68%,BL与无烟煤制备BCWS满足工业要求。剪切速率压图4不同浓度BCWS流变特性2.4BCWS稳定性表4利用自由落棒法研究了BCWS的沉淀特性随BL加入量与静置时间的变化关系,由表4可看出,未添加BL的CWs1d后产生硬沉淀。当BL加入量为0.15%时,BCWS第7d有硬沉淀产生,当BL量增到0.3%时,到第7d未产生硬沉淀,但当水煤浆浓度BL量增到0.5%时,浆体在第4d都产生了硬沉淀,图2BCWS的浓度与黏度关系曲线而BL量再增加,产生硬沉淀的情况逐步变好,这表2.3BL加入量对BCWS流变特性的影响明BCWs具有很好的稳定性,有利于储存和利用。CWS的流变特性直接影响浆体的运输浆体的BCWS中BL与煤接触,BL中的活性物被吸附到煤储存、运输和雾化。分别测出不同剪切速率下的黏炭表面,在煤炭表面形成一层“亲煤”的分子膜阻度,根据剪切速率与黏度的关系确定流体类型。止了煤颗粒间的沉降与聚结,增强了水煤浆的稳定图3表示BCWS浓度为63%时BL加入量对性其次,竹浆黑液中较高浓度的Na盐和K盐等渗BCWS的流变特性曲线从图3中看出,BL加入量透到煤基中,占据了游离水分子的位置游离水分被较低时黏度较低,剪切速率对黏度的影响较小,曲排出形成较好的表面活性膜,这也是BCws沉淀289Vol. 34No 2利用竹浆黑液制备无烟煤水煤浆的研究——苏占军,等第34卷第2期情况逐渐变好的原因的增加,其表观黏度呈现先下降后上升的变化趋势,表4BCWs的沉淀特性BL加入量为0.5%时,BCWS黏度达到最低,最低黏BL加入量/%1d2d3d4d5d6d7d度为l66mPa·s;硬硬硬硬硬硬硬(2)BCWS的表观黏度随其浓度的增加而增0.15无无无无软软硬大,当BL加入量为0.5%时,成浆浓度可达70%以30无无软软软软软无无软硬硬硬硬(3)当BL加入量较大时(>0.5%),随着剪切无无无软硬硬硬速率的增大,黏度急剧下降,后趋于平缓,属于宾汉塑性流体,有利于BCWS的储存,运输和雾化;无无无无软软软(4)BCWs产生硬沉淀的时间长达7d以上,无无无无无无无其析水率较低稳定性较好。2.0C软软软无无无无参数文献图5研究了BL加入量对BCWS析水率的影1]孙漾顺幸生水煤浆气化装置操作优化技术及其应用[J化工响,随着BL量的增加析水率逐渐降低,煤浆变得越学报,2012,63(9):2799-2804来越稳定,过多BL的加入导致煤内表面吸附过多2)避益民,最方,王,等,制浆造纸废水深度处理新技术与应用进展[冂].中国造纸学报,2012,27(3):56-60.的水,析水率变小,当B添加量高于0.5%后BC(3]杨东杰郭闻源,李旭昵等不同相对分子质量对接枝碘化木质WS不再析水,BCWS具有良好的稳定性。图6描述素水煤浆分散剂吸附分散性能的影响[J燃料化学学报2013,L加入量为0.5%时,静置2d后煤浆浓度对析水率的影响关系。随着BCWS浓度的增加析水率逐4江红艳竹浆木质素系高效分散剂在水煤浆中的应用研究[D]渐变小,当煤浆浓度高于70%后几乎不析水,由图2广州:华南理工大学,2012可知,此时水煤浆黏度低于1000mPa·s,满足工业[5]牟静冬康健竹浆黑液管式降膜蒸发器结垢解析[J]中国造纸,2010,29(10):46应用,同样证明了竹浆黑液具有较好的稳定性。[6]邓永红郭运清钱勇等竹浆黑液高效减水剂的结构表征及吸附研究[J高分子学报,2012,(8):861-869[刀]刘锦启,陈前林,王景行添加剂对无烟煤灰熔点和成浆性能的影响[J煤炭学报,2013,38(增刊2):483-487.[8]汪永威王泽,宋文立等煤与生物油的成浆性能研究[J].燃料化学学报,2013,41(5):565-57064668作者简介:苏占军(1989),山东蒙阴人,硕士研究生,主要B加入量酯从事水煤浆的研究,电子信箱: sujun0839@sina,com;通讯作者图5静置2d后不同BL加图6静置2d后不同浓度万勇(1960-),贵州赤水人,高级工程师,硕士生导师硕士学位入量BCWS的析水率BCWS的析水率贵州赤天化集团有限责任公司总工程师,主要从事现代大型煤化3结语工技术及生产管理电子信箱:gtwy@gIna.com(1)当BCWS浓度为63%时,随着BL添加量责任编辑:赵勤收稿日期:2014-09-23欢迎订阅《煤炭技术》杂志(月刊)全国中文核心期刊,中国知网(CNK)来源期刊,中国首届执行(CAJ-CD)规范优秀期刊,首届黑龙江省出版精品-工程奖期刊,黑龙江省优秀科技期刊,美国《化学文摘)(CA)收录期刊,美国《剑桥科学文摘》(CSA)收录期刊,俄罗斯《文摘杂志》(A)收录期刊。主要栏目:采矿与井巷工程地测技术与工程、安全技术与工程、煤矿机电与信息化、煤炭加工与利用伴生资源开发利用、管理工程与决策、交流与探讨。读者对象:主要是煤炭及其相关行业的大专院校师生、科研院所及工矿企业工程技术人员和管理人员。《煤炭技术》杂志每月10日出版,A4/288页,公开发行,邮发代号:14-252,国外代号:M4839,中国标准连续出版物号:CN23-1393/ TD ISSN1008-8725,广告经营许可证号:23010600008