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(shí)驗(yàn)室(有限公司)，寧夏 銀川 750002；2.寧夏煤化工檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750002； 3.寧夏寶塔石化科技實(shí)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(duì)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(gè)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(bào)道較多；制漿水與添加劑的關(guān)系，以及制漿水對(duì)水煤漿性能的影響研究較少。

我國(guó)是以煤為主要能源的大國(guó)，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(duì)環(huán)境友好便成了煤炭行業(yè)的重點(diǎn)研究對(duì)象。水煤漿的制漿過(guò)程需要水，北方的水普遍存在一個(gè)問(wèn)題就是含有一定量的高價(jià)金屬陽(yáng)離子：Ca2+、Mg2+、Fe3+，這些金屬陽(yáng)離子的存在會(huì)增加煤制漿的黏度，也會(huì)增加水煤漿的穩(wěn)定性。煤制漿經(jīng)常會(huì)加入碳酸鈉等一些碳酸鹽類，而Na2CO3的加入與這些離子會(huì)發(fā)生沉淀作用。本文通過(guò)碳酸鈉與其它水煤漿成漿添加劑進(jìn)行復(fù)配實(shí)驗(yàn)和對(duì)比實(shí)驗(yàn)來(lái)探討鈉離子對(duì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

儀器：DW-1電動(dòng)攪拌機(jī)，NDJ-1旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，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(lái)水。

煤：羊一礦∶金雞灘=1.5∶1。

1.2 煤樣性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)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(duì)較低，尤其是硫含量為零，制作水煤漿時(shí)無(wú)需脫硫，對(duì)設(shè)備和管道的要求也相對(duì)降低，制備的水煤漿對(duì)環(huán)境污染少。

表1 煤樣的工業(yè)分析和元素分析

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 水煤漿的制備

實(shí)驗(yàn)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(lái)水及添加劑與干燥燒杯中，在電動(dòng)攪拌機(jī)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(shí)繼續(xù)用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌10min至漿體均勻。

水煤漿濃度計(jì)算：煤樣質(zhì)量占其所制水煤漿質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。計(jì)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(cè)定

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

1.3.3 水煤漿沉淀的測(cè)定

水煤漿有無(wú)沉淀需通過(guò)落棒實(shí)驗(yàn)來(lái)表征，落棒實(shí)驗(yàn)用來(lái)說(shuō)明煤漿是否有沉淀及沉淀類型。

1.3.4 水煤漿流動(dòng)性的測(cè)定

水煤漿流動(dòng)性借鑒水泥凈漿流動(dòng)度的測(cè)試辦法，按照GBSO 77-87《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》測(cè)定水煤漿流動(dòng)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(jì)時(shí)，使?jié){體在玻璃板上任意流動(dòng)30s；

4)量取垂直最大流動(dòng)直徑d，至少平行測(cè)3次(誤差≤10 mm)。

2 結(jié)果與討論

2.1 固定NaOH，改變Na2CO3對(duì)水煤漿成漿性能的影響

實(shí)驗(yàn)時(shí)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(shì)，但流動(dòng)性變差，析水率也有降低的趨勢(shì)，但是不明顯。所以可以說(shuō)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(dòng)性會(huì)相應(yīng)的變差。

表2 固定NaOH，改變Na2CO3對(duì)水煤漿成漿性能的影響

2.2 改變萘系添加劑對(duì)水煤漿成漿性能的影響

實(shí)驗(yàn)時(shí)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(duì)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(dòng)性隨之變差，所以此添加劑隨著萘的減少，流動(dòng)性會(huì)變差，但是NW-03這種變化的趨勢(shì)不是很大。

表3 不同比例的萘系添加劑對(duì)水煤漿成漿性能的影響

2.3 不同添加量的NaOH對(duì)水煤漿成漿性能的影響

實(shí)驗(yàn)時(shí)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(duì)水煤漿成漿性能的影響，并且和不加添加劑做了對(duì)比，從表4可以看出，NaOH對(duì)濃度黏度影響不大，但是當(dāng)加入NaOH，其流動(dòng)性會(huì)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(duì)水煤漿成漿性能的影響

3 結(jié)論

我們通過(guò)以上的實(shí)驗(yàn)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(dòng)性變差；

(2)隨著Na2CO3量的增加，水煤漿的黏度有增大的趨勢(shì)；

(3)NaOH的加入會(huì)增大煤漿的流動(dòng)性。

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