印度尼西亚褐煤成浆特性研究

孙 南 翔

(1.煤炭科学技术研究院有限公司 煤化工分院，北京 100013;2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013)

0 引 言

水煤浆是1种新型的煤基液体燃料，与燃煤相比，具有低污染、易泵送、燃烧效率高等优点，其为当今洁净煤技术的重要组成部分之一。早期的水煤浆厂多利用成浆性较好的气煤等煤种制浆，一方面易造成煤炭资源的不合理利用，同时也加大了制浆的生产成本。近年来随着水煤浆加压气化技术在国内的广泛应用，褐煤作为储量较大、价格低廉的煤炭资源，利用其制备气化水煤浆并应用于煤化工领域已成为技术研发热点[1-3]。

褐煤由于煤化程度较低，具有水分高、孔隙结构发达、含氧量高、可磨性差等特点，制浆难度较大，目前国内外针对褐煤制浆的研究主要集中在3个方面:①优化粒度级配，提高成浆浓度;②研发适用于褐煤的新型分散剂，改善浆体流变性;③对褐煤进行热处理改质，提高成浆浓度[4-12]。以下研究主要针对印度尼西亚褐煤，通过分级研磨、多峰级配方法改善粒度分布，优选分散剂改善浆体流变性，以期提高印度尼西亚水煤浆的成浆浓度及性能。

1 试 验

1.1 试验样品及试剂

试验煤样为印度尼西亚褐煤，煤样的工业分析与元素分析见表1。分散剂选用萘系、脂肪族、木质素和腐殖酸4种。

表1 煤样的工业分析与元素分析

1.2 试验和测试方法

煤样经空气干燥后，利用颚式破碎机和制样机破碎至3 mm以下。选取部分煤样，利用棒磨机按一定时间进行粗磨，制备出符合粒度要求的粗样;选取部分煤样，利用球磨机进行细磨3 h，制备出细样;用时选取少量的球磨细样，利用行星式球磨机研磨3 h，制备出超细样。制浆实验采用实验室干法制浆，先预设制浆浓度，计算出煤样、水和添加剂的质量，将三者混合后用JJ-1型电动搅拌器搅拌10 min，制备出水煤浆样品。再分别采用Brookfield DV2T黏度计和Sartorius MA37快速水分测定仪测试其表观黏度和浓度，保存24 h后进行稳定性测试。水煤浆的浓度测定按GB/T 18856.2—2008进行，表观黏度测定按GB/T 18856.4—2008进行，流动性评价方法采用观察法，稳定性评价方法采用插棒法。

2 结果与讨论

2.1 单峰级配成浆试验

使用粗粉进行成浆性试验，加入0.3%(干基分散剂质量占干基煤质量百分比，下同)的萘系添加剂，并对浆体的浓度、黏度、流动性和稳定性进行测定，具体结果见表2。

结果显示，随着制浆浓度的提高，表观黏度逐渐变大，流动性由好变差，稳定性(24 h)观察仅有部分样品存在少量的析水或少许软沉淀产生。综合实际浆体的流动性，单峰级配制浆浓度最高为42.88%。

表2 单峰级配成浆试验结果

2.2 分散剂优选

添加剂的主要作用为改善煤表面亲水性、降低煤水表面张力并使煤粒充分润湿及均匀分散在少量水中。不同煤的煤质特性、表面结构等差异可使其对添加剂有一定的选择性，因此需通过不同添加剂的比较来确定适宜的添加剂。使用制备的粗样单独制浆，分别加入萘系、脂肪族、由木质素和腐殖酸4种分散剂，制浆浓度经前期试验初探设定为43%，药剂添加量设定为0.3%。观察比较水煤浆的黏度、流动性和稳定性等指标，结果见表3。

表3 不同分散剂条件下成浆试验结果

从表3数据可看出，在相同浓度下，采用4种添加剂制得的浆体稳定性较好，主要是受印度尼西亚煤化程度低的作用，成浆浓度较低，水煤浆体系因自由水含量少而结构稳定。由木质素和腐殖酸添加剂制备的水煤浆，其表观黏度较高、流动性较差，与印度尼西亚褐煤的匹配性较差。萘系与脂肪族分散剂相比，后者制得的浆体表观黏度更低且流动性得到明显改善，因此脂肪族分散剂与印度尼西亚褐煤匹配性最佳。

2.3 级配优化

合理的粒度级配是制备优质水煤浆的关键，基于“隔层堆积”理论和间断级配方法，首先选用双峰级配技术探索粗细粉最佳配比，再在此基础上加入超细粉进行三峰级配以实现不同粒级充分混合，达到较高的堆积密度。采用双峰级配，脂肪族分散剂添加量为0.3%，粗细样比例分别为90∶10、85∶15和80∶20条件下的浆体性能数据见表4。

从表4数据可看出，随着细粉配比的增加，表观黏度先减小后增大。综合比较3种级配下浆体的流动性、表观黏度和粒度分布，发现当细粉配入量为15%时，水煤浆的流动性和稳定性最优，且表观黏度最小，故确定粗样与细样之比85∶15的粒度级配为最佳。

在此基础上，加入制得的超细煤样以填充颗粒间的小空隙。采用三峰级配，脂肪族分散剂添加量为0.3%，粗、细、超细样比例分别为85∶15∶5、85∶15∶10和85∶15∶15条件下的浆体性能数据见表5。

表4 双峰级配成浆试验结果

表5 三峰级配成浆试验结果

从表5数据可看出，随着超细粉配比量的增加，表观黏度先减小后增大，浆体流动性由好变差。当粗、细、超细比例为85∶15∶10时，水煤浆的流动性和稳定性最优，且表观黏度最小，此配比为最优三峰级配。

2.4 最高成浆浓度试验

通过对粒度级配的确定，脂肪族添加剂用量分别为0.3%、0.4%、0.5%，进行最高成浆浓度试验，结果见表6。由表6可知，当水煤浆浓度增至46.32%时，其表观黏度已达1 200 mPa·s 以上，继续增加水煤浆浓度或加大药剂量，表观黏度未能明显降低，同时浆体流动特性变差，故最高成浆浓度为46.32%。

表6 最高成浆浓度试验结果

3 结 论

(1)印度尼西亚褐煤属于很难成浆煤种，粗煤粉单独制浆的最大成浆浓度为42.88%。

(2)优选脂肪族添加剂，并将粗、细、超细煤粉按照85∶15∶10的比例进行三峰级配后，制备的水煤浆表观黏度、流动性和稳定性均达到最佳值，最高成浆浓度提升至46.32%。