李 剛，李 慧

（新疆天智辰業(yè)化工有限公司，新疆 石河子 832016）

新疆準(zhǔn)東煤田位于準(zhǔn)格爾盆地的東部，是新疆四大煤田之一，也是我國(guó)最大的整裝煤田，煤田自西向東劃分為五彩灣、大井、將軍廟、西黑山和老君廟5個(gè)礦區(qū)[1]。目前準(zhǔn)東煤田累計(jì)探明煤炭資源儲(chǔ)量為2 136億t，具有儲(chǔ)量巨大、開(kāi)采成本低、煤的反應(yīng)性好且容易燃盡等優(yōu)勢(shì)[2]。準(zhǔn)東煤田發(fā)展定位是以煤電、煤化工為主，參與“疆煤外運(yùn)”，是“西氣（煤制天然氣）東輸”“疆電東送”的重要基地[3]。

準(zhǔn)東地區(qū)露天礦多、煤產(chǎn)量大、煤價(jià)低，該地區(qū)煤主要用于鍋爐，但由于露天煤全水較高、金屬含量高、成漿性差，在煤化工方面尤其是水煤漿氣化方面的應(yīng)用及研究較少。新疆天智辰業(yè)化工有限公司2臺(tái)水煤漿氣化爐于2015年8月開(kāi)車，首次實(shí)現(xiàn)6.5 MPa水煤漿水冷壁清華爐的工業(yè)運(yùn)行，為年產(chǎn)35萬(wàn)t乙二醇和17萬(wàn)t 1，4-丁二醇項(xiàng)目提供合成氣。為降低原料成本，該公司利用不同煤種摻配準(zhǔn)東露天煤的方法，對(duì)露天煤的成漿性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以滿足水煤漿氣化爐使用需求，為準(zhǔn)東露天煤資源合理化利用提供了新思路。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品來(lái)源及工業(yè)分析

原料煤來(lái)源：準(zhǔn)東露天煤、寬溝煤、烏東煤、北山煤、黑山煤、紅沙泉煤；添加劑來(lái)源：臨猗縣科華工貿(mào)有限公司。

按照 GB 474—2008、GB/T 212—2008、GB/T 211—2007、GB 213—2008的方法對(duì)原料煤進(jìn)行工業(yè)分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，各煤種的變質(zhì)程度不同，水分、灰分、固定碳含量有較大差異。其中，準(zhǔn)東露天煤全水和內(nèi)水都很高，全水25.39%，內(nèi)水7.97%，灰分較低，為5.76%，固定碳較低，為46.46%，可磨性指數(shù)相對(duì)較高，較易研磨。寬溝、烏東、黑山3種煤的全水和內(nèi)水比較低。

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品制備

采用干法研磨、濕法制漿的方式制備水煤漿樣品。將原料煤用鄂式破碎機(jī)粉碎成一定粒度，然后用小型棒磨機(jī)制粉，根據(jù)煤的可磨性指數(shù)和制氣化用水煤漿的粒度要求，控制磨制時(shí)間，制得所需粒度分布的煤粉。按照所需的配比稱取煤粉，加入添加劑、一次水，在電子攪拌器1 000 r/min下攪拌10 min，檢測(cè)料漿的性能參數(shù)。配煤制漿中，準(zhǔn)東露天煤與其他5種煤質(zhì)量比選為 7∶3、6∶4、5∶5、4∶6。實(shí)驗(yàn)用各煤種的粒度分布見(jiàn)表2。

表1 原料煤工業(yè)分析

表2 各煤種的粒度分布%

1.3 料漿性能測(cè)定方法

濃度測(cè)定：采用GB/T 18856.2—2008中規(guī)定的紅外干燥法測(cè)定水煤漿的濃度。檢測(cè)設(shè)備為梅特勒-托利多國(guó)家貿(mào)易（上海）有限公司生產(chǎn)的HX-204型快速水分分析儀。

黏度測(cè)定：采用GB/T 18856.4—2008中規(guī)定的方法測(cè)定水煤漿的表觀黏度。檢測(cè)設(shè)備為成都儀器廠生產(chǎn)的NXS-4C型黏度計(jì)。在溫度為20℃，恒溫水浴中，將適量均勻的水煤漿試樣倒入測(cè)量容器中，首先靜止恒溫5 min，然后將剪切速率從0升至 100 s-1，在剪切速率為100 s-1時(shí)，每隔12 s記錄1次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，共計(jì)6次，然后將所有數(shù)據(jù)取平均值，即為水煤漿的表觀黏度。

穩(wěn)定性測(cè)定：將制得的料漿在封閉的玻璃容器內(nèi)靜置24 h、48 h，采用落棒的方法，分別觀察24 h、48 h后上層清液的析水量及煤漿是否有硬沉淀，析水量越少、無(wú)硬沉淀，則穩(wěn)定性越好。用A、B、C、D 4級(jí)表示水煤漿的穩(wěn)定性，A級(jí)：煤漿不發(fā)生分層、沒(méi)有析水，沒(méi)有沉淀；B級(jí)：煤漿少量析水，稍有分層；C級(jí)：大量析水，底部有軟沉淀，攪拌后流動(dòng)性良好；D級(jí)：煤漿有無(wú)法攪拌的硬沉淀。

流動(dòng)性測(cè)定：采用目測(cè)法，用 A、B、C、D 4 級(jí)表示水煤漿的流動(dòng)性。A級(jí)稀流體：流動(dòng)性很好，呈線型；B級(jí)稠流體：流動(dòng)性良好，呈線型；C級(jí)稀糊狀：流動(dòng)性一般，呈不均勻線性，有坨狀；D級(jí)：流動(dòng)性較差，不呈線性，呈坨狀。

2 結(jié)果與討論

2.1 單一準(zhǔn)東露天煤成漿特性

采用同種添加劑、在添加劑添加率為2‰、3‰、4‰條件下，測(cè)定了單一準(zhǔn)東露天煤?jiǎn)为?dú)成漿的煤漿性能，結(jié)果見(jiàn)圖1和表3。

圖1 單一準(zhǔn)東露天煤漿的黏-濃特性

表3 單一準(zhǔn)東露天煤漿的流動(dòng)性與穩(wěn)定性

從圖1可以看出，準(zhǔn)東露天煤可以單獨(dú)制漿，所制水煤漿濃度低、黏度高。在同一添加劑，同一添加率條件下，煤漿濃度越高，黏度越高。當(dāng)煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到49%時(shí)，黏度可達(dá)1 100 mPa·s；提高添加劑添加率，黏度相差不大。

從表3可以看出，準(zhǔn)東露天煤漿的流動(dòng)性、穩(wěn)定性都一般。當(dāng)煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于47%時(shí)，流動(dòng)性較差，靜置24 h后煤漿有大量水析出，煤漿濃度越低，相對(duì)沉淀較少，煤漿濃度越高，析出的水越多，硬沉淀越多，穩(wěn)定性越差。提高添加劑添加率，煤漿的流動(dòng)性、穩(wěn)定性并沒(méi)有明顯改善。

結(jié)合上述分析，從煤漿濃度、黏度、流動(dòng)性、穩(wěn)定性、添加劑添加率等方面綜合考慮，單一準(zhǔn)東露天煤漿在添加劑添加率為3‰時(shí)，煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為47%，此時(shí)煤漿黏度為 650 mPa·s。

2.2 其他煤種的最優(yōu)成漿濃度

在采用同種添加劑、不同添加劑添加率條件下，測(cè)定了寬溝煤、烏東煤、北山煤、黑山煤、紅沙泉煤5種煤?jiǎn)为?dú)成漿的煤漿性能，選取5煤種最高成漿濃度下的煤漿性能指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 5種煤最優(yōu)成漿濃度下的煤漿性能指標(biāo)

從表4可以看出，5種煤所制煤漿的最高濃度差距較大，結(jié)合各煤種工業(yè)分析，可知煤的內(nèi)水含量是影響水煤漿濃度、黏度、流動(dòng)性等性質(zhì)的關(guān)鍵因素[4]。煤的內(nèi)水是水分通過(guò)煤的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)入到煤的內(nèi)部并停留其中的水分，內(nèi)水在制漿過(guò)程中不參與漿體的流動(dòng)，內(nèi)水含量高會(huì)占據(jù)流動(dòng)水的份額，使作為流動(dòng)介質(zhì)的自由水份額減少，導(dǎo)致其不易成漿[5]。

2.3 準(zhǔn)東露天煤與不同煤種混合成漿的特性

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，將準(zhǔn)東露天煤分別與寬溝、烏東、北山、黑山、紅沙泉5種煤混合制漿，添加劑添加率2‰，準(zhǔn)東露天煤與不同煤種按照質(zhì)量比 4∶6、5∶5、6∶4、7∶3摻配，分析所制得的水煤漿成漿特性，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 準(zhǔn)東露天煤與不同煤種混合成漿特性

由表5可知：（1）準(zhǔn)東露天煤分別和寬溝煤、黑山煤混合時(shí)，混合后煤漿的濃度隨著準(zhǔn)東露天煤比例的增加而降低，準(zhǔn)東露天煤和寬溝煤、黑山煤質(zhì)量比為5∶5時(shí)，煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到57%，且此時(shí)煤漿的流動(dòng)性、穩(wěn)定性都很好；（2）準(zhǔn)東露天煤和烏東煤質(zhì)量比為5∶5 時(shí)，煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到 56.38%，黏度 561 mPa·s，但此時(shí)煤漿的流動(dòng)性相對(duì)較差；（3）準(zhǔn)東露天煤和北山煤、紅沙泉煤混合后，煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在50%左右，流動(dòng)性一般，穩(wěn)定性相對(duì)較差。

3 結(jié) 論

3.1 準(zhǔn)東露天煤可以單獨(dú)制漿，在添加劑添加率3‰的條件下，所制煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)到47%，黏度650 mPa·s，其流動(dòng)性，穩(wěn)定性都一般。

3.2 準(zhǔn)東露天煤與寬溝煤、黑山煤混合后，成漿效果較好，混合后煤漿的濃度、流動(dòng)性、穩(wěn)定性均有明顯的提高，可以滿足水煤漿氣化爐對(duì)煤漿性能的要求。

3.3 準(zhǔn)東露天煤和烏東煤混合后，煤漿的流動(dòng)性相對(duì)較差；準(zhǔn)東露天煤和北山煤、紅沙泉煤混合后，煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在50%左右，流動(dòng)性一般，穩(wěn)定性相對(duì)較差，均不能滿足氣化生產(chǎn)要求。