陳 鵬，胡京可，薛改鳳

(1.武鋼研究院，湖北 武漢 430080；2.煉焦煤利用湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430080；3.武鋼有限質檢中心，湖北 武漢 430080)

煤粉與水結合的形貌特征分析

陳 鵬1,2，胡京可3，薛改鳳1,2

(1.武鋼研究院，湖北武漢430080；2.煉焦煤利用湖北省重點實驗室，湖北武漢430080；3.武鋼有限質檢中心，湖北武漢430080)

利用光學顯微鏡觀察煤粉與水的結合特征從實物角度分析濕煤的團聚行為，為濕煤篩分尋找可能性的解決方案。

濕煤;運輸過程;水分；團聚

潮濕的煤料在運輸和加工過程中，常常黏結成團，引起結拱、堵篩、粘黏等影響后續(xù)加工的問題。使得其分級過程和效率明顯降低，為此不少學者研究細粉煤的團聚現(xiàn)象及其篩分原理[1-4]。主要認為濕煤團聚存在以下三種形式[1]。

圖1 濕煤團聚的三種形式

本文試圖利用光學顯微鏡觀察煤粉與水的結合特征從實物角度進一步的分析濕煤的團聚特點，為濕煤篩分尋找可能性的解決方案。

1 試驗方法

(1)選取500g煉焦用煙煤在105℃的烘箱中烘干2h以上，直至恒重后進行篩孔為1mm的篩子進行篩分，隨機選取<1mm的煤粉分灑在玻璃皿內備用。

(2)用萊卡光學顯微鏡配10倍目鏡和20或50倍干鏡進行樣品觀察。

(3)觀察過程中，用1mL的注射器以1滴/次的頻率加水，直至樣品全部浸沒水中。

(4)過程中用顯微鏡配備的攝像頭進行記錄。

2 試驗結果與討論

下圖是在200倍條件下觀測的干鏡中的煤顆粒之間的結合情況形貌和500倍條件下觀測的濕煤條件下的煤顆粒之間的結合情況形貌。

(a)200倍鏡下干煤顆粒形貌 (b)500倍鏡下濕煤顆粒形貌

圖2 干煤/濕煤顆粒邊緣結合情況

從圖中可以觀察發(fā)現(xiàn)，煤顆粒在干燥條件下，棱角較為清晰，煤顆粒之間的接觸無粘性。而當煤粒浸入水中后，大顆粒的邊緣與其他的小顆粒之間，形成了雪花狀的鏈式結構，煤粒之間雖然無粘結性的接觸，但是水在兩個顆粒之間形成液膜，達成液橋力的平衡。

圖3是水滴浸入前后煤粒的變化情況。

(a)干、濕共存狀態(tài) (b)水完全浸入煤粒時

圖3 干濕煤分界水分完全浸潤后的網(wǎng)狀結構

從圖中可以看出，在圖3(a)中，在干、濕煤共存的狀態(tài)時，水的雪花鏈狀結構與干煤的獨立結構對比的更加清楚。而當水分完全浸入煤粒時，如圖3(b)所示，則可以看到，小顆粒煤在水的作用以大顆粒煤為中心進行層裝包裹，如圖1的包衣結構類似。形成的較大顆粒之間的接觸也是通過液橋力進行連接。對被水完全浸入的煤粒樣品進行表面皿的側方橫向敲擊，記錄敲擊前后的粒子行為的變化如圖4所示。

圖4 濕煤條件下的側方橫向敲擊的整體位移對比

從圖4中可以看出，在濕煤條件下形成的網(wǎng)格狀的新的大顆粒，抗擊平面敲擊的能力有所提高，圖中框出的顆粒，在側擊的條件下發(fā)生了整體位移，但是其內部結構卻相對穩(wěn)定，這樣的結構特點使得細小顆粒的篩分難度大幅提升。

對被水完全浸入的煤粒樣品進行表面皿的底部的縱向敲擊，記錄敲擊前后的粒子行為的變化如圖5所示。

圖5 濕煤條件下的縱向敲擊后的顆粒位移對比

從圖5中可以看出，由于在顯微觀察條件下的縱向敲擊力不足，無法形成特別明顯的結構轉變，但是較側方橫向敲擊條件下，進行縱向的敲擊后，顆粒之間的相對薄弱點發(fā)送斷裂，細小顆粒團聚形成的大顆粒內部的網(wǎng)格狀結構開始發(fā)生改變。說明這樣的不同于平面的相對運動使得篩分更加容易將鏈網(wǎng)結構分離。

對被水完全浸入的煤粒樣品進行進一步的添加水分處理，記錄水分條件前后粒子行為的變化如圖6所示。

從圖6中可以看出，當水分繼續(xù)增加時，網(wǎng)格結構的大煤塊顆粒會在水膜的內部進行移動，并且不會突破水膜的范圍，當水膜范圍較小時，如圖中框處所示，則網(wǎng)格狀結構的煤塊發(fā)生內部的粒子重組，受力薄弱點開始分離煤粒。

從上述的顯微結構圖上看，水分在煤粒之間形成的液橋是濕煤形成網(wǎng)格結構且難易分離的主要原因，且在不考慮外力擠壓發(fā)生形變的條件下，則濕煤粒的粘結性主要是由水膜產(chǎn)生，如果要想打破這種顆粒間的網(wǎng)格鏈狀結構，則帶有波動性質或者動篩孔形式的篩分設備更為有利，如果用憎水高強度材料做打散設備或者是篩片，也許能進一步加強濕煤篩分的效果。

圖6 濕煤條件下的添加水分后的顆粒位移對比

3 小結

從煤粉和水的結合形貌特征來看，為了保證濕煤的有效篩分，采用帶有波動性質或者動篩孔形式的篩分設備更為有利，如果用憎水高強度材料做打散設備或者是篩片，也許能進一步加強濕煤篩分的效果。

[1] 董 勇,齊國杰,崔琳.循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝中顆粒增濕團聚現(xiàn)象的分析[J].動力工程，2009,29(7)：661-675.

[2] 焦 楊,章新喜,孔凡成.潮濕細粒煤聚團碰撞分離的物理過程和微觀力學機制[J].煤炭學報,2014,39(10):2092-2099.

[3] 陶秀祥,趙躍民,楊國華,等.潮濕細粒煤炭篩分過程堵孔機理的研究[J].煤炭學報,2000,25(2):196-199.

[4] 劉初升,趙躍民.潮濕細粒煤干法篩分理論和設備的發(fā)展[J].礦山機械,1997(10):35-37.

(本文文獻格式：陳鵬，胡京可，薛改鳳.煤粉與水結合的形貌特征分析[J].山東化工，2017，46(16)：-.)

Analysis of Morphological Characteristics of Coal Combination of Water

Chen Peng1,2,Hu Jingke3,Xue Gaifeng1,2

(1.Wuhan Iron&Steel Co.,Ltd., Research & Development Center ,Wuhan 430080,China;2.Key Laboratory of Coking Coal Utilization of Hubei Province,Wuhan 430080,China；3. Wuhan Iron&Steel Co.,Ltd., Quality inspection center,Wuhan 430080,China)

In this paper, the characteristics of the combination of coal and water are observed by optical microscope, and the aggregation behavior of wet coal is analyzed from the point of view of material, and the possibility of finding the possibility of wet coal screening is also given.

wet coal; transport process; moisture; agglomeration

TQ53

：A

：1008-021X(2017)16-0095-03

2017-06-06

陳 鵬(1982—)，江蘇南京人，高級工程師，主要從事配煤技術研究與開發(fā)工作。