鈉離子對煤成漿性影響的研究

李曉靜，謝一民，康慧芬，張 和，楊惠琳，李擁軍，賈 昕

(1.寧夏寶塔化工中心實驗室(有限公司)，寧夏 銀川 750002；2.寧夏煤化工檢測重點實驗室，寧夏 銀川 750002； 3.寧夏寶塔石化科技實業(yè)發(fā)展有限公司，寧夏 銀川 750002)

水煤漿(CWS)是一種新型煤基流態(tài)化清潔燃料，是將一定粒度分布的煤粉分散于水介質(zhì)中制成的高濃度煤/水分散體系，由約65%～70%的煤，29%的水及1%～2%的化學(xué)添加劑制成[1-2]。它既保持了煤炭原有的理化性能，又像石油一樣具備良好的流變性、觸變性和穩(wěn)定性，可以泵送、霧化燃燒，燃燒效率較高。添加劑是影響水煤漿質(zhì)量及成本的重要因素之一，對水煤漿的黏度、濃度和穩(wěn)定性等關(guān)鍵指標(biāo)有直接影響[3-5]。降低添加劑成本，提高添加劑效能是目前水煤漿制備技術(shù)的一個關(guān)鍵課題[6-7]。研究表明[8-10]，煤種和添加劑具有選擇性，這方面的研究報道較多；制漿水與添加劑的關(guān)系，以及制漿水對水煤漿性能的影響研究較少。

我國是以煤為主要能源的大國，而且大部分的煤炭資源都在北方。北方又以煤炭作為主要的能源，能源的利用效率高對環(huán)境友好便成了煤炭行業(yè)的重點研究對象。水煤漿的制漿過程需要水，北方的水普遍存在一個問題就是含有一定量的高價金屬陽離子：Ca2+、Mg2+、Fe3+，這些金屬陽離子的存在會增加煤制漿的黏度，也會增加水煤漿的穩(wěn)定性。煤制漿經(jīng)常會加入碳酸鈉等一些碳酸鹽類，而Na2CO3的加入與這些離子會發(fā)生沉淀作用。本文通過碳酸鈉與其它水煤漿成漿添加劑進行復(fù)配實驗和對比實驗來探討鈉離子對煤成漿性的影響，為水煤漿成漿性和穩(wěn)定性的研究和應(yīng)用提供了實驗數(shù)據(jù)。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器：DW-1電動攪拌機，NDJ-1旋轉(zhuǎn)黏度計，DHJ-9101-2SA型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，XL-5-12型箱式電阻爐，T-114電子天平。

試劑：碳酸鈉，氫氧化鈉，萘系添加劑NW-03，萘系添加劑MH-13，自來水。

煤：羊一礦∶金雞灘=1.5∶1。

1.2 煤樣性質(zhì)

實驗煤樣取自羊一礦和金雞灘。煤樣工業(yè)分析和元素分析見表1。

由表1可知，這兩種煤樣均屬于低水分，灰分和揮發(fā)分都符合要求，可以作為制備水煤漿的原料煤。煤種含碳量較高，而其他元素含量相對較低，尤其是硫含量為零，制作水煤漿時無需脫硫，對設(shè)備和管道的要求也相對降低，制備的水煤漿對環(huán)境污染少。

表1 煤樣的工業(yè)分析和元素分析

1.3 實驗方法

1.3.1 水煤漿的制備

實驗用煤篩分后得到0.25、0.18、0.12 mm三種不同粒徑的煤粉，并將其按一定比例混合均勻(羊一礦和金雞灘的煤比例為1.5∶1)。取一定量的自來水及添加劑與干燥燒杯中，在電動攪拌機攪拌的情況下將一定量煤粉已配制好的煤粉緩慢加入燒杯中，待煤粉全部加完時繼續(xù)用電動攪拌機攪拌10min至漿體均勻。

水煤漿濃度計算：煤樣質(zhì)量占其所制水煤漿質(zhì)量的百分數(shù)。計算公式如下：

C=m1/(m1+ m2+m3)×100%

式中，m1為煤樣質(zhì)量，g；m2為中石化廢水質(zhì)量，g；m3為添加劑質(zhì)量，g。

1.3.2 水煤漿黏度的測定

將一定量均勻的水煤漿試樣加入粘度測量系統(tǒng)中，連接好測量裝置，接通電源，啟動旋轉(zhuǎn)粘度計，調(diào)節(jié)為60 r/s，記錄測量值。

1.3.3 水煤漿沉淀的測定

水煤漿有無沉淀需通過落棒實驗來表征，落棒實驗用來說明煤漿是否有沉淀及沉淀類型。

1.3.4 水煤漿流動性的測定

水煤漿流動性借鑒水泥凈漿流動度的測試辦法，按照GBSO 77-87《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》測定水煤漿流動度。具體步驟：

1)把用濕抹布擦拭截錐圓模和水平玻璃板，并將截錐圓模置于玻璃板上；

2)將制備好的水煤漿注入截錐圓模內(nèi)，用刮刀刮去上扣和筒體外部多余的漿體；

3)垂直提起截錐圓模，并開始計時，使?jié){體在玻璃板上任意流動30s；

4)量取垂直最大流動直徑d，至少平行測3次(誤差≤10 mm)。

2 結(jié)果與討論

2.1 固定NaOH，改變Na2CO3對水煤漿成漿性能的影響

實驗時固定理論水煤漿濃度62%，添加劑總量為0.2%。表2是固定NaOH，增加Na2CO3的量。從表中可以看出隨著Na2CO3量的增加，黏度、濃度呈增大的趨勢，但流動性變差，析水率也有降低的趨勢，但是不明顯。所以可以說明Na2CO3可以增加煤漿的黏度。但是從表2可以看出隨著萘系添加劑NW-03的減少，流動性會相應(yīng)的變差。

表2 固定NaOH，改變Na2CO3對水煤漿成漿性能的影響

2.2 改變萘系添加劑對水煤漿成漿性能的影響

實驗時固定理論水煤漿濃度62%，添加劑總量為0.2%。表3探究了NX與NW-03對制漿的影響，見表3。從表中可以看出，隨著萘的比例減少，黏度增大，但其流動性隨之變差，所以此添加劑隨著萘的減少，流動性會變差，但是NW-03這種變化的趨勢不是很大。

表3 不同比例的萘系添加劑對水煤漿成漿性能的影響

2.3 不同添加量的NaOH對水煤漿成漿性能的影響

實驗時固定理論水煤漿濃度62%，添加劑總量為0.2%。接著我們探究了NaOH對水煤漿成漿性能的影響，并且和不加添加劑做了對比，從表4可以看出，NaOH對濃度黏度影響不大，但是當(dāng)加入NaOH，其流動性會改善，這可能是兩者的共同協(xié)同作用共同影響水煤漿成漿性能。

表4 NaOH對水煤漿成漿性能的影響

3 結(jié)論

我們通過以上的實驗可以初步得出：

(1)隨著萘系添加劑的比例減少，水煤漿的濃度降低，流動性變差；

(2)隨著Na2CO3量的增加，水煤漿的黏度有增大的趨勢；

(3)NaOH的加入會增大煤漿的流動性。

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