晋城寺河矿煤泥综合利用的研究.pdf

1、 硕士学位论文 晋城寺河矿煤泥综合利用的研究 培养单位：化学与环境工程学院 研 究 生：于涛 年 级： 2007 学科专业：矿物加工 指导教师：徐志强 教 授 中国矿业大学（北京） 2009 年 3 月 研究生毕业论文 中国矿业大学（北京） 2009年3月 分类号： 密 级： 学校编号：10290 单位代码：11413 硕士学位论文 论文题目：晋城寺河矿煤泥综合利用的研究 英文题目： Comprehensive utilization research of Sihe Mine slime in Jincheng 研究生：于涛 年级： 2007 学号 TSP070201036Q 学科专业：矿物

2、加工 研究方向：计算机应用 指导教师：徐志强 职 称：教 授 论文完成日期： 2009 年 3 月 论文答辩日期： 2009 年 6 月 日 学位授予日期： 中国矿业大学（北京） 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国矿业大学或其他教学机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 作者签名： 日期： . 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论

3、文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅或借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 （保密的论文在解密后应遵守此规定） 作者签名： 导师签名： 日期： 摘 要 本文介绍了寺河矿煤泥浮选的最佳工艺条件，研究了用低挥发分的寺河矿煤泥浮选精煤与高挥发分良庄煤级配制浆的工艺方法。用计算的方法求出浮选精煤与细磨后良庄煤的配比方案。研究结果表明，寺河矿煤泥浮选精煤与细磨后良庄煤按一定比率配比，制成的水煤浆浓度可以达到水煤浆级技术标准，挥发分高于 25%的要求，而且浮选精煤与细磨后良庄煤具有较高的堆积效率。研究了煤泥以及浮选精煤成型的最佳工艺条件，

4、研究结果表明，寺河矿煤泥在一定水分含量冷压条件下即能成型，浮选精煤有黏结剂条件下也能冷压成型，而且型煤符合抗压强度、抛落强度等指标。 关键词 ：煤泥浮选，挥发分，级配，水煤浆，型煤 Abstract This paper introduces the optimum slime flotation process conditions of Sihe Mine, and the pulping process using the low volatile slime flotation clean coal of Sihe Mine and the high volatile gradated

5、 Liang Zhuang coal were studied. The gradation ratio of the flotation clean coal and fine grinding Liang Zhuang coal was obtained by calculating. The results show that by gradating the slime flotation clean coal of Sihe Mine and the fine grinding Liang Zhuang coal with a certain ratio, the coal wate

6、r slurry products can achieve a grade one technical standards and can achieve the requirements of higher than 25% volatile. The results also show that the flotation clean coal and fine grinding Liang Zhuang coal has higher accumulation efficiency. The optimum molding process conditions of slime and

7、flotation clean coal were researched, and the research results show that the Sihe Mine slime can be molding under the conditions of cold-pressing with certain moisture content. The molding coal conforms to the index of compressive strength and water resistance and so on. Key words: slime flotation,v

8、olatile,gradation,coal water slurry,briquette 目 录 1绪 论 .1 1.1 煤泥综合利用技术及其发展现状和意义 1 1.1.1 煤泥综合利用技术 1 1.1.2 煤泥综合利用的现状 1 1.1.3 煤泥综合利用的意义 3 1.2 煤泥浮选精煤制浆的质量要求及主要技术 3 1.2.1 煤泥浮选精煤质量的要求 . 3 1.2.2 燃烧用户对煤质的要求 . 3 1.2.3 煤泥浮选精煤制浆的质量要求 . 4 1.2.4 决定水煤浆流动性的主要因素及分散剂的作用机理 . 5 1.3 煤泥及煤泥浮选精煤成型的影响因素及主要成型技术 7 1.3.1 粉煤成型

9、的影响因素 . 7 1.3.2 粉煤成型的主要技术 . 8 1.4 选题的目的和意义 8 2寺河矿煤泥煤样制备和煤质分析 .9 2.1 煤样制备 . 9 2.1.1 煤样的存放 . 9 2.1.2 原料的选取 . 9 2.2 煤质分析 . 9 2.2.1 水分测定 . 9 2.2.2 灰分测定 . 10 2.2.3 挥发分和固定碳测定 . 10 2.3 元素分析 11 3煤泥的筛分试验 .12 3.1 试验设备 . 12 3.2 试验方法 . 12 3.3 试验步骤 . 12 3.4 结果与分析 . 12 3.5 粒度组成分析 . 13 4煤泥的浮选试验 .14 4.1 分步释放 . 14 4

10、.1.1 煤样 . 14 4.1.2 试验仪器与药剂 . 14 4.1.3 试验条件 . 14 4.1.4 试验准备 . 14 4.1.5 试验步骤 . 14 4.1.6 试验结果 . 16 4.2 速度试验 . 19 4.2.1 煤样 . 19 4.2.2 试验仪器与药剂 . 19 4.2.3 试验条件 . 19 4.2.4 试验准备 . 19 4.2.5 试验步骤 . 19 4.2.6 试验结果 . 20 4.3 单元浮选试验 . 21 4.3.1 试验说明 21 4.3.2 试验仪器与药剂 . 22 4.3.3 试验条件 22 4.3.4 试验步骤 22 4.3.5 试验过程 . 22

11、4.3.6 煤泥浮选效果评定指标 . 37 4.3.7 结果与讨论 . 38 5寺河矿煤泥浮选精煤和良庄煤级配制浆 .39 5.1 主要试验仪器 39 5.2 主要试验方法 39 5.3 制浆试验过程 39 6寺河矿煤泥及煤泥浮选精煤制型煤 .52 6.1 粉煤成型的因素 52 6.1.1 煤的成型特性 . 52 6.1.2 水分 . 52 6.1.3 煤粉的粒度 . 52 6.1.4 黏结剂 . 52 6.2 型煤生产工艺 52 6.2.1 无黏结剂冷压成型 . 52 6.2.2 有黏结剂冷压成型 . 53 6.2.3 无黏结剂热压成型 . 53 6.3 煤泥成型试验 53 6.3.1 煤泥

12、煤质分析 . 53 6.3.2 试验主要影响因素 . 53 6.3.3 试验仪器 . 53 6.3.4 煤泥型煤工艺流程 . 54 6.3.5 成型试验过程 . 54 6.3.6 试验结果分析 . 56 6.4 煤泥浮选精煤成型试验 56 6.4.1 浮选精煤煤质分析 . 56 6.4.2 试验主要影响因素 . 56 6.4.3 试验仪器 . 56 6.4.4 浮选精煤型煤工艺流程 . 57 6.4.5 成型试验过程 . 57 6.4.6 试验结果分析 . 58 6.5 型煤的检测 59 6.5.1 确定试验指标 . 59 6.5.2 试验仪器 . 59 6.5.3 试验步骤 . 60 6.5

13、.4 试验过程 . 60 6.5.5 试验结果分析 . 67 7结论与展望 .69 7.1 结论 69 7.2 展望 69 参考文献 70 致谢 72 中国矿业大学(北京)硕士学位论文 11绪 论 1.1 煤泥综合利用技术及其发展现状和意义 1.1.1 煤泥综合利用技术 煤泥一般是指选煤厂煤泥沉淀池挖出来的煤泥，或经压滤机压成的块状泥1。煤泥可以直接成浆使用和干燥成型使用，按用途分为直接燃烧发电、制型煤、配煤、水煤浆、气化、井下填充、做建筑掺合料、制备化工产品、工业填料、颗粒活性炭等，至今人们还在不断探索煤泥利用的新途径2。 1.1.2 煤泥综合利用的现状 1）国外现状 水煤浆 (CLM,Co

14、al-Liquid Mixture或 CWF,Coal Wtaer Feul)是 70年代石油危机中发展起来的一种新型洁净代油燃料3。水煤浆是用一定级配细度的煤粒与水混合而成的，具有一定稳定性和流动性，可长距离泵送的浆状煤炭产品4。水煤浆具有良好的流动性和稳定性 ,可以象油一样实现全密封储运和高效率的雾化燃烧。 在国外，水煤浆技术在电站锅炉的应用受到普遍重视。美国等西方国家 10 多年来亦从不间断地进行水煤浆燃烧的研究工作，并作为一种技术储备。日本、瑞典、意大利、前苏联等国家建立数个水煤浆加工厂。在加拿大的 Charlotte-town 电站两台 20MW 锅炉试烧水煤浆，其中一台是前墙燃烧器

15、， 另一台是四角燃烧器， 燃烧器喷嘴每支 2t/h 煤浆， 空气预热至 216，共烧 6000t 水煤浆，运行约 2000h。在俄罗斯，新西伯利亚电厂 6 台水煤浆锅炉采用四角燃烧器，每支 8t/h， 1989 年正式投产，成为一示范工程。在法国，爱米丽 于歇电厂的 115MW发电机组的锅炉试烧煤泥水煤浆成功5。位于撒丁岛的托雷斯港制浆厂是 Snamprogetti 公司在意大利本土上设计的第一座容选煤制浆、输送及燃烧为一体的综合项目。正式启用后，经过几年的运行，设备运转正常，各项指标均达到原设计要求，是完全启用新工艺流程制出低硫低灰水煤浆燃料的制浆厂6。 许多国家如德、日、前苏联、美、英、法

16、、韩国等，都设有型煤研究机构和生产厂，在褐煤成型、型焦生产、锅炉和机车型煤用等方面，取得了许多成就。早在 1877 年，德国就在莱蒽矿区建成第一个褐煤砖厂。 1979 年东德生产褐煤砖 48.80Mt，西德 6.17Mt，仅黑水泵褐煤基地就建立了 11Mt/a 的型煤厂。德国除褐煤无粘结剂高压成型外，还采用 3 种热压成型工艺生产型焦，建有年产 1.50Mt 以上的热压型焦厂。 KOPPERN 公司制造的对辊成型机，其生产能力达 150t/h，是世界上单机生产能力最高的。日本 30 年代从德国引进型煤技术，建成年产 315kt 的型煤厂，供铁路机车使用。 1971 年机车型煤用量占用煤总量的

17、79%，型煤厂有 36座。 1975 年铁路实现电气化后，型煤技术转向冶金、化工和民用等方面，成立了型煤研究室，保留 21 个型煤厂，总能力为 1.40Mt/a。日本研制成功的上点火蜂窝煤和煤球，只要一根火柴就能点燃，使用十分方便。日本开发的辊压造粒机，成型压力可达 24t/cm2，生产的无烟燃料生物质型煤，含水量低，省去了干燥工序。英国自 “伦敦烟雾事件 ”后，研究开发了多种型煤工艺，制取无烟燃料供家庭炊事或取暧，成功地解决了煤烟污染。在怀俄明州建有研究基地和生产厂，研究了世界 150 个煤种，其中 50 个煤种已在中试厂生产出型煤产品。美国还生中国矿业大学(北京)硕士学位论文 2产烧烤型煤

18、，以木炭和煤为主要原料压制成型，供旅游野炊用。美国的烧烤用型煤每年销量为 740800kt，少量从澳大利亚进口。法国 1861 年就建有型煤厂， 1976 年生产能力达 4Mt。目前有 6 个型煤厂，粘结剂采用烟煤沥青或石油沥青，型煤经热处理后成为无烟燃料。韩国拥有 240 家蜂窝煤厂，日产量达 5 万余吨，供取暖和炊事。 1985 年销售量为 23Mt，预测到2000 年将发展到 33Mt，而市场需求量约 44Mt，仍有缺口。国外型煤早已有成熟的技术，联合国能源组织把型煤视为节能减污的有效途径予以推广。 70 年代石油危机后，型煤科研工作进一步得到重视， 19691980 年型煤发明专利每年

19、为 13 项， 19801983 年增加到每年 70 多项。 1989 年亚太经合组织在菲律宾召开了主题是 “型煤开发与环境效益 ”煤炭利用专家会议。1992 年联合国召开环境与发展大会，提出以煤炭为主要能源的消费国，发展型煤是减少大气污染，促进经济发展的重要途径。世界型煤产量 1963 年达到顶峰。随着石油、天然气、核电、水电、新能源及再生能源的产量不断增加，工业发达国家减少了煤炭能源的用量，只占全部能源的 20%25%，重点转向粉煤流化床锅炉的研究，减少了型煤的用量7。 2）国内现状 鉴于我国富煤贫油的国情 ,开发煤代油技术属于我国的基本能源政策。由于水煤浆技术与煤炭的液化和气化相比 ,是

20、一种相对简单的物理加工过程 ,属于一种低能耗、低成本、见效快的煤代油技术。我国的普通水煤浆技术经过 20 多年历程 , 作为重油、天然气的替代燃料 ,已经在发电、工业锅炉、窑炉等领域进入了工业应用1。 我国在煤泥综合利用方面也进行了深入的研究，并取得了非常大的成就。 1500mm 圆形浮选机在双鸭山矿务局选煤厂进行了工业性试验。处理灰分为 25%的原矿，可得灰分9%10%的精煤和灰分 50%55%的尾煤。精煤产率 60%8。 2002 年太西选煤厂在充分论证的基础上，决定对浮选系统及与大系统的配套环节进行改造，彻底解决浮选问题，使之达到最佳效果9。铁法矿务局对高浓度煤泥水的治理技术进行了研究，

21、提出了投加 Ca2+和聚丙烯酰胺 (PAM)对煤泥水进行混凝处理，并先后在大隆矿、小青矿和小明矿的煤泥水治理工程中应用，处理效果显著10。黑龙江八五一焦化厂选煤厂，用长 50m、宽 0.6m、高 0.8m 水沟式沉淀槽回收粗煤泥，这些粗煤泥灰分只比精煤灰分高 2%左右，可直接掺入精煤。如山西省平遥福利焦化厂选煤厂采用的是分级旋流器与高频筛联合回收流程，采用该流程后，粗煤泥的回收率可达 80%90%11。枣庄八一水煤浆热电有限公司新建 1 台 130t/h 锅炉，这是我国第一台自行设计、制造和投运的燃用煤泥水煤浆的高温高压电站锅炉 (配 25MW 抽凝式汽轮机，带 30MW 发电机 )，填补了国

22、内外电站锅炉燃用煤泥水煤浆的技术空白3。煤泥制浆工艺设备简单可靠，尤其对煤泥中含有块状物料时该工艺的优点更是突出，从 2006 年 8 月运行至今，系统运行正常，产品质量稳定，保证了八一矿热电厂高灰煤泥水煤浆的需求12。华煤水煤浆技术联合中心在 “七五 ”和 “八五 ”期间，组织了研究单位对煤泥水煤浆进行了大量试验研究工作。先后对抚顺矿务局胜利矿和老虎台矿、淮南矿务局潘一矿、邢台矿务局东庞矿、开滦矿务局吕家蛇矿、徐州矿务局庞庄矿进行了 SCWM 燃烧试验和应用13。八一燎原水煤浆有限责任公司利用浮选精煤滤饼制备高浓度水煤浆生产工艺已有 20 多年的历史， 并获得了国家发明专利14。黑龙江科技学

23、院研究开发了煤泥水煤浆技术：将浮选煤泥制成中高浓度的水煤浆在锅炉上部分替代原料煤使用。该技术在七台河矿业精煤集团公司取得了成功。工业性试验表明 :煤泥水煤浆代替原料煤在锅炉上燃烧，具有燃烧效率高、燃烧稳定、温度调节方便、烟尘排放量低等优点，而且还解决了选煤厂煤泥污染的问题15。 中国的煤炭变质程度较深，宜采用粘结剂低压成型，既可使成型工艺简单，也可降低生中国矿业大学(北京)硕士学位论文 3产成本。重庆大学利用黑液和风化煤制成一种复合粘结剂，制取的型煤具有一定的防水性能。粘结剂加入量 14%16%，煤球强度可达 500N/个。鞍山热能研究院采用纸浆黑液中加入防水剂、增粘剂的方法生产出防水型煤，加

24、入黑液 14%，增粘液 2.3%，防水剂 1%。煤科院合肥所利用开发的 HM 粘结剂，配入 10%12%，生产出的气化型煤冷强度大于 418N/个，浸水2h 强度大于 209N/个，热强度大于 210N/个。煤炭科学研究总院北京煤化学研究所从事型煤技术的研究已有 30 多年，在型煤粘结剂、生产工艺和成型设备方面形成了有自己特色的系列技术。特别是近几年，成型技术获得了重大突破，研制成功了免烘干高强防水工业、民用型煤。煤种可以是烟煤、无烟煤、煤泥等产品可用于固定床气化炉原料、工业锅炉、窑炉燃料等。 HS 系列复合粘结剂和高强防水气化型煤是北京煤化所型煤技术最新研究成果 ,处国内领先水平16。阜新矿

25、务局对煤泥加工成锅炉用型煤进行了探索并取得一定的效果17。 1.1.3 煤泥综合利用的意义 煤泥粒度细，含水分高，灰分通常也较高，在富煤地区往往都被扔掉，不但占用了大量土地18，致使煤泥肆意泛滥，煤尘飞扬，影响了洗煤的经济效益，而且造成了能源浪费和对环境的严重污染19，还浪费了宝贵的资源。但如果将其外运或贮藏会带来许多额外的困难，用户不欢迎， 经济上也不划算， 所以唯一合理的做法就是就地处理18。 我国每年生产煤泥 2000多万吨，由于煤泥的固定碳含量低，灰分、硫分高，质量差，目前少有工业用途17。如何利用煤泥，把煤泥商品化人们一直考虑这个问题，做了一些研究，并取得一定程度的成效。 煤泥制水煤

26、浆技术一是提高煤炭的整体利用率，改善煤炭产品结构。变低价值、低效率、高污染、分散民用的方式为高经济价值、高效率、低污染、相对集中的工业应用方式；二是解决矿区煤泥排放储存过程中因流失造成的地面污染和大量分散不完全燃烧排放造成的大气污染；三是解决煤泥出路，确保选煤生产的正常进行，并有可能缩短及简化选煤生产中煤泥水处理工艺流程20。 采用新型 MS 一 1 型无机矿物粘结剂生产工业防水型煤已取得成功，解决了型煤防水问题14。和烧散煤相比，型煤可以减少 CO 排放量 70%80%、 SO2排放量 50%70%、烟尘排放量 60%90%21。 1.2 煤泥浮选精煤制浆的质量要求及主要技术 本文就寺河矿煤

27、泥浮选精煤制浆做了研究。 1.2.1 煤泥浮选精煤质量的要求 煤泥浮选达到的技术指标是所得到浮选精煤灰分低于 12%，在此情况下选择最高产率的浮选方案。 1.2.2 燃烧用户对煤质的要求 所选用的制浆用煤首先应满足用户对煤炭质量的要求22，主要包括煤炭的灰分、硫分、热值、挥发分等几方面，其中特别要注意的是挥发分。挥发分影响到水煤浆在炉膛中是否能稳定着火燃烧，按经验，通常用于锅炉燃烧时要求制浆用煤的挥发含量大于 25%，用于炉窑燃烧时则要求大于 15%。 至于对煤炭的灰分、硫分及热值的要求，则主要由用户来选择。燃用低灰煤浆虽然热值高、环境效益好，但也要考虑到价格因素。煤炭灰分每增高 1%，可燃质

28、相应降低 1%，热值中国矿业大学(北京)硕士学位论文 4也大体只降低 1%，但精煤的价格可能降低 3%以上。从此可以看出，从单位热值的价格来看，灰分高是不利的。不管煤炭的灰分高、低，水煤浆燃烧炉除尘、排灰及炉内清灰措施总是必不可少的。因此只要环境条件许可，适当地提高制浆用煤的灰分是可以的。 1.2.3 煤泥浮选精煤制浆的质量要求 水煤浆作为一种代油的液体燃料，必须达到一定的质量要求和技术指标后才能满足用户的燃烧需求。具体来说，有以下几个主要的质量要求： A 水煤浆中粒度的大小 为了便于燃烧，要求其中煤炭的粒度上限（通过率大于 98%的粒度）不大于 300 微米，小于 200 网目（ 74 微米

29、）含量不低于 75%。这种细度要求与煤粉电站锅炉燃用的煤粉细度相当。 B 水煤浆中的煤含量 浓度 水煤浆中必须含有一定的水分，以使煤炭从传统的固体燃烧转化成流体燃料，便于代油并可密闭贮存和输送，但是这部分水分不能参与燃烧，并将带走一部分的汽化潜热，这势必会影响到水煤浆的燃烧热值。作为水煤浆，在其它参数基本不变的情况下，应尽量保证浓度达到最高。 通常的要求是水煤浆中含煤的重量百分数（即水煤浆的浓度）大于 60%，其实际浓度与煤炭的质量、制浆技术及用户的需求有关，最一般的标准是 70%75%。 在实际计算中， 30%左右的水分应按水煤浆中的全水分计算，而不是按另外加入的水分计算，这是因为 30%水

30、分是指水煤浆中的全水分，包括隐含在煤中的内在水分，这个数值一般在 5%8%左右。 1 公斤水煤浆中含有的 0.3 公斤左右的水分汽化的潜热不到600 大卡 /公斤，因此燃烧 1 公斤水煤浆因其中的水汽化造成的热损失为 180 大卡。煤炭的热值按 7000 大卡 /公斤算的话， 1 公斤水煤浆中含有的 0.7 公斤左右的煤的燃烧热值为4900 大卡 /公斤，水汽化所带来的损失不足 4%，这些损失在可接受的范围之内。 C 水煤浆的流变性 “流变性 ”是指流体的流动特性。通常流体在流动时，其内摩擦系数 粘度在温度恒定时为常数，不随层间流动速度差而变，这种流体称 “牛顿流体 ”。水煤浆是一种 “非牛顿

31、流体 ”，它的粘度随流动时速度梯度 剪切速率的大小而变，所以它的内摩擦系数称为 “表观粘度 ”。 为了便于使用，水煤浆使用时应有良好的流动性，以利于泵送、雾化和燃烧。作为普通燃料，水煤浆应在常温及 100 秒-1剪切率下的表观粘度不高于 1000 毫帕秒。长距离管道输送水煤浆则要求在低温（埋管地下年最低温度）及 10 秒-1剪切率（与管输流速有关）下的表观粘度不高于 800 毫帕秒。为了便于存放，还要求水煤浆具有 “剪切变稀 ”的流变特性，即在它处于流动状态时，表现出具有较低的粘度，便于使用；当它停止流动处于静置状态时，又可表现出高粘度。 D 水煤浆在贮运中的稳定性 由于水煤浆是固液混合而成的

32、体系，极易发生固液分离现象，严重者会产生 “硬沉淀 ”， 即通过搅拌无法恢复原态的沉淀物。 水煤浆维持不产生硬沉淀的性能， 称为稳定性。 中国矿业大学(北京)硕士学位论文 51.2.4 决定水煤浆流动性的主要因素及分散剂的作用机理 1.2.4.1 水煤浆的粘度 水煤浆属粗颗粒悬浮体，一方面人们希望它有较高的静止粘度，以防止煤粒沉淀；另一方面又希望它一经外力作用就能流动， 即具有尽可能低的粘度， 以便于泵送、 雾化， 即达到 “剪切变稀 ”的效果。满足以上要求的煤浆，最好是宾汉塑性流和屈服假塑流，并且要求有较高的屈服应力。其数学关系式为： 宾汉塑性流 =0+ 式 1.1 假塑流 =n(n1) 式

33、 1.3 式中 浆体的剪切应力，达因 /厘米2（ 10-1N/m2） ； 剪切速率，秒-1； 浆体的粘度，是浆体流动时动能消耗的度量，量纲为达因秒 /厘米2（ 10-1Ns/m2）或 Pas； n指数，无量纲； 0浆全的静剪切应力，也称为屈服应力或极限切应力，即在流变图中为 关系纵坐标上的截距，其大小对浆全的稳定有重要的作用。 由图 1-1 可知，牛顿流的剪切应力 和剪切速率 的比值为常数，称这一比值为流体的绝对粘度。对非牛顿流，该比值是变数，随剪切速率不同而变化，称之为表观粘度 a。 上述流型表观粘度 a和剪切速率 之间的关系见图 1-1， 1-2。 1.2.4.2 影响 CWM 流动性的主

34、要因素 流动性是衡量水煤浆的一个重要指标，在浓度一定的前提下，希望水煤浆的粘度越小越好。好的流动性是水煤浆代油的必要条件，在运输、燃烧、制备过程中有着重要的意义。 影响 CWM 粘度的主要因素有煤的性质、煤浆浓度、粒度组成、添加剂、温度等。 A.制浆用煤性质 煤种不同，制浆的难易程度有很大的差异。中国矿业大学的张荣曾教授22,23在国内外率图1-1 切应力和剪切速率关系曲线 图1-2 表观粘度和剪切速率关系曲中国矿业大学(北京)硕士学位论文 6先从诸多的因子中选择了日常易于获得的少数因子，建立了煤炭成浆性模型，在此基础上提出了评定煤炭成浆性难易的综合差别指标，根据这个指标能初步估计此煤炭的可制

35、浆浓度。 张荣曾采用自己开发的多元非线性逐步回归分析方法，对 20 组中国煤炭八因子成浆性试验数据进行了统计分析。为减少其他因素影响，他选择了通用性较强的添加剂，并使煤样保持基本相同的堆积效率和细度。在这批试验中考察的八个因子是分析基水分 Mad，干基灰分Ad，可燃基挥发分 Vdaf，可磨性指数 HGI，分析基碳 C、氢 H、氧 O、氮 N 含量，最终剔除不显著因子，得到一个最优的回归方程。 C=77-1.2D 式中 C可制浆浓度； D成浆性差别指标，由下式求出： D=7.5+0.5Mad-0.05HGI 曾凡教授24研究了煤炭含氧量、含氧官能团与分析基水分 Mad间的关系，并得出结论：引起煤

36、炭含水量高的主要原因是含氧功能团。 Erich Schwartz25用光电子能谱测定表明，这些功能团都富集在煤的表面上，借助氢键将水分子牢固地吸附在煤粒表面，减少游离在煤颗粒间的自由水量。同时，它还会导致 CWM 降粘剂分子在煤表面的反吸附。 由于煤的含水量、功能团、可磨性指数等因素与煤的变质程度都有一定的变化规律，定粘浓度与变质程度也存在着一定的关系。 曾凡教授试验了自褐煤至无烟煤系列的 70 多个煤样26，发现定粘浓度基本随变质程度（或称煤阶）升高而降低。蒋士新27在试验的基础上，建立了煤浆定粘浓度和煤炭镜质组最大反射率 R0max的定量表达式，即 P(%)=57.07+0.727E%+8

37、.05R0max 式中 P粘度 1.0Pas(100s-1) 时煤浆的重量浓度， %； E煤岩显微组分中壳质组的含量， %； R0max镜质组的最大反射率。 另外，灰分越高，煤浆粘度越低，稳定性越好。煤中的伴生矿物也容易提高浆体的流动性和稳定性，它们大多数是层状结构、晶粒尺寸小的粘土矿物，硬度小、易泥化，固水界面的荷电量大且符号复杂，容易达到高的堆积率，粒间的静电斥力较强。 B.煤浆浓度 粘度总是会随着浓度的增大而升高，只不过在低浓度范围时，这种变化比较缓慢，在高浓度区间变化较迅速。日本日挥公司28因此除了采用常规的 SVC（定粘浓度）外，还采用SCC（一定浓度下粘度的微分值）来作为评定指标。

38、 C.粒度分布 颗粒的堆积性能在许多领域都非常重要，包括建材、化工、粉体工程涂料等。传统的堆积理论由易到难包括单一粒径颗粒的堆积、 多种离散粒径颗粒的堆积和连续分布颗粒的堆积。 实际工作中遇见的多属连续分布的颗粒，最常用的粒度分布模型主要有 Rosin-Rammler，Gaudin-Schuhmann， Alfred29,30及对数正态分布模型。在矿物加工中，以 Rosin-Rammler 分布更为适用。 张荣曾教授在从事水煤浆制备技术研究工作中，发明了 “隔层堆积理论 ”31,32,33。它既可用于多粒径离散颗粒体系，也可用于单峰与多峰的连续分布颗粒体系的堆积效率计算。 D.添加剂 添加刘是

39、制备高浓度 CWM 最关键的技术之一，其中分散剂是专用于降低 CWM 粘度的中国矿业大学(北京)硕士学位论文 7化学剂，其类型、用量、使用制度对 CWM 的流动性有着至关重要的作用。稳定剂则常会增加浆体的粘度。 E.煤浆温度 总体上，流体的粘度随温度升高而降低。但 CWM 的粘度与温度关系比较复杂，它和添加剂、浆体受剪切的条件等都有关系28，在 10100s-1剪切速率条件下，温度低于 60 时，表观粘度随温度升高而降低，高于 60 时则相反，可能是静切应力升高，低剪切速率不足以破坏煤浆结构所致。 1.2.4.3 分散剂的作用机理 分散剂通常是一些两亲分子，即有亲水基又有疏水基，溶于水后亲水基

40、受到水分子的吸引，而疏水基受到水分子的排斥，结果疏水基就在水面定向排列，将疏水端伸向气相，亲水基伸入水中。当水中有煤这种表面疏水物质，疏水基会在煤颗粒表面定向排列，提高煤粒表面的润湿性（润湿分散） ，提高煤炭表面的 -电位（静电斥力分散） ；在煤粒表面形成水化膜，可机械地阻挡聚结（空间位阻分散） ；由于吸附层重叠使熵值增加，而产生了熵斥力（熵斥力分散） ，从而对煤颗粒起到很好的分散作用。 1.3 煤泥及煤泥浮选精煤成型的影响因素及主要成型技术 1.3.1 粉煤成型的影响因素 粉煤成型是靠在一定形状的模型中加压完成的5，型煤的机械强度随着压力的增大而增强。但成型的压力不宜过大，压力过大，则导致不

41、坚固的粒子破坏，型煤的机械强度反而降低。除此之外，还与下列因素有关。 1.3.1.1 煤的成型特性 煤本身的弹性和塑性是影响煤泥成型的重要因素之一。煤的塑性越高煤泥成型就越好。泥炭、褐煤等变质程度较低的煤种，因含有塑性较高的沥青质和腐殖酸，所以极易成型，甚至不加任何黏结剂即可制成型煤。随着煤的变质程度加深，其成型性能变差，通常需要添加黏结剂成型。 1.3.1.2 水分 粉煤成型过程中，存在一定的水分有利于增加型煤的机械强度，但不宜过多，如果有使用亲水性的黏结剂时更是如此。适量的水分可以润湿粒子表面，有利于粒子之间的黏结，较为适宜的水分通常为总质量的 10%15%，采用疏水性黏结剂时，水分会降低

42、黏结剂的作用，一般添加水分在 4%以内。 1.3.1.3 煤粉的粒度 实践证明，煤粉的粒度越小则有利于在成型过程中粒子之间的紧密排列，但不宜过小。粒度过小不利于黏结剂与物料的均匀混合，影响型煤质量；粒度过大，成型过程中可能造成二次破碎，导致颗粒出现新的表面，而黏结剂无法瞬时润湿这些新表面，结果造成部分颗粒无黏结剂成型，使型煤的质量不均匀，强度降低。除此之外，粒度的分布也是重要因素，最佳的粒度分布是使煤泥的总比表面积以及粒子间的空隙率达到最小，这样可以减少黏结剂的用量，以降低成型的成本。 中国矿业大学(北京)硕士学位论文 81.3.1.4 黏结剂 为了增加煤粉的成型性和强度，通常在成型过程中都加

43、入黏结剂。加入黏结剂的型煤一般可以提高强度。但加入过多不仅会增加加工成本，而且还可能降低型煤的空隙率。 以上除了煤粉本身的成型特性外，其他各种影响成型的因素要依靠试验取得最佳效果。 1.3.2 粉煤成型的主要技术 型煤的生产工艺分为三类：无黏结剂冷压成型；有黏结剂冷压成型和热压成型。 1.3.2.1 无黏结剂冷压成型 无黏结剂冷压成型工艺，既不加黏结剂，只靠外界的压力使粉煤成型，此工艺简单，施加压力约为 100200MPa。因此对成型机的材质、机构和动力都要求较高。无黏结剂冷压成型工艺，主要适用于对泥煤。年轻的软质褐煤等煤化程度较低的煤种成型。 1.3.2.2 有黏结剂冷压成型 有黏结剂冷压成

44、型工艺是在煤粉中加入一定量的黏结剂，在常温下压制成型。由于有黏结剂的存在，其成型压力较无黏结剂成型工艺低，通常为 1550MPa。 1.3.2.3 无黏结剂热压成型 粉煤再不添加黏结剂的情况下加热成型，加热温度一般为 300500。 对于煤泥成型，采用无黏结剂冷压成型。 1.4 选题的目的和意义 本论文的主要目的是对晋城寺河煤矿煤泥的综合利用进行研究，得出符合技术要求的最佳的浮选工艺；在此工艺条件下浮选出精煤，用此精煤和其他煤配比做浆，达到一定工艺、技术要求的配比方案；原煤泥以及浮选精煤做型煤技术研究，得出最佳的操作参数，为进一步的工业化提供参考数据。 煤泥浮选精煤和某种煤配比成水煤浆，以及浮

45、选精煤成型试验，成熟的研究成果不多，在工业上应用的更少。 本课题研究的 SHMN 浮选精煤和良庄煤配比成浆试验， 以及浮选精煤成型研究， 在试验室和工业的现场具有很大的实际意义。 中国矿业大学(北京)硕士学位论文 92 寺河矿煤泥煤样制备和煤质分析 2.1 煤样制备 2.1.1 煤样的存放 试验煤样干燥至空气干燥状态后， 置于带铁皮桶内外或外罩尼龙编织袋的塑料袋内存放，存放地点要保持干燥，存放时间不超过十个月。 2.1.2 原料的选取 按照 GB474-1996 标准制备寺河矿煤泥煤样，标记为 SHMN。 2.2 煤质分析 2.2.1 水分测定 2.2.1.1 试验方法 空气干燥法。称取一定量

46、的空气干燥煤样，置于 105 100 干燥箱中，在空气流中干燥到质量恒定。然后根据煤样的质量损失计算出水分的百分含量。 2.2.1.2 试验仪器 干燥箱：带有自动控温装置，内装有鼓风机，并能保持温度在 100 105 范围内。 干燥器：内装有变色硅胶或粒状无水氯化钙。 玻璃称量瓶：直径 40mm，高 25mm，并带有严密的磨口盖。 分析天平： DT-100 型，感量 0.0001g。 2.2.1.3 试验步骤 （ 1）用预先干燥并称量过（精确到 0.0002g）的称量瓶称取粒度为 0.2mm 以下的空气干燥煤样 10.1g，精确至 0.0002g，平摊在称量瓶中。 （ 2）打开称量瓶盖，放入预

47、先鼓风并已加热到 105 100 的干燥箱中。在一直鼓风的条件下，烟煤干燥 1h。 （ 3）从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温（约 20min）后，称量。 （ 4）进行检查性干燥，每次 30min，直到连续两次干燥煤样的质量减少不超过 0.001g 或质量增加时为止。在后一种情况下，要采用质量增加前一次的质量为计算依据。水分在 2%以下时，不必进行检查性干燥。 2.2.1.4 试验结果 试验结果如表 2-1 所示： 表 2-1 寺河矿煤泥收到基的水分含量 煤泥收到基 (%) 空气干燥基 (%)分析水 38.32 4.63 中国矿业大学(北京)硕士学位论文 102.2.2

48、灰分测定 2.2.2.1 试验方法 缓慢灰化法，即仲裁法。称取一定量的空气干燥煤样，放入马弗炉中，以一定的速度加热到 81510 ， 灰化并灼烧到质量恒定。 以残留物的质量占煤样质量的百分数作为灰分产率。 2.2.2.2 试验仪器 马弗炉： 能保持温度为 81510 。 炉膛具有足够的恒温区。 炉后壁上部带有直径为 25 30mm的烟囱，下部离炉膛底 20 30mm 处有一个差热电偶的小孔，炉门上有一个直径为 20mm 的通气孔。 瓷灰皿：长方形，底面长 45mm，宽 22mm，高 14mm 干燥器：内装变色硅胶或无水氯化钙。 分析天平： DT-100 型，感量 0.0001g。 2.2.2.3 试验步骤 （ 1）用预先灼烧至质量恒定的灰皿，称取粒度为 0.2mm 以下的空气干燥煤样 10.1g，精确至 0.0002g，均匀的摊平在灰皿中，使每平方厘米的质量不超过 0.15g。 （ 2）将灰皿送入温度不超过 100 的马弗炉中关上炉门并使炉门留有 15mm 左右的缝隙。在不少于 30min 的时间内将卢温缓慢升至约 500 ，并在此温度下保持 30min。继续升到81510 并在此温度下灼烧 1h。 （ 3）从炉中取出灰皿，放在耐热瓷板或石棉板上，在空气中冷却 5min 左右，移入干燥器中冷却至室温（