煤泥免烘干降粘处理技术

　　导语：

　　针对煤泥处理难题，提出了一种煤泥免烘干的处理方法，方便后续的运输和利用。本期转化果平台推荐的《煤泥免烘干降粘处理技术》，通过向煤泥中直接添加降粘剂，使其失水脆化，达到易破碎、运输存储不粘的目的。试验研究表明，吸/固水材料选择101ZX树脂、脱水助剂选择醋酸钙且二者质量比为9:1时，脆化效果最好，当降粘剂添加量为湿煤泥质量的8.9‰时，可以达到理想的脆化效果，同时又兼顾了经济性。该技术不燃烧化石燃料，无烟尘尾气排放，具有良好的应用和推广前景。

　　煤泥免烘干降粘处理技术

　　1. 研究背景

　　煤泥的主要来源是煤炭生产和洗选加工过程中产生的副产物，其主要应用是和高热值煤掺混后作为动力煤燃烧使用。但湿煤泥的粘湿特性使其很难被资源化利用，同时也给煤泥的运输和储存带来诸多困难。为了解决煤泥粘湿所带来的问题，国内外均采用烘干干燥法处理煤泥，使其失水脆化后，方便后续的运输和利用。

　　通过对煤泥进行深入的研究，提出了一种煤泥免烘干的处理方法，即通过向煤泥中直接添加降粘剂，使其失水脆化，达到易破碎、运输存储不粘的目的。具体工艺为通过破碎机，将煤泥破碎成小块，然后将特别研制的降粘剂添加入小块煤泥中，然后将之混合捏合;添加降粘剂后的煤泥失水脆化，在后续的破碎步骤中可以轻易的破碎;破碎后的煤泥呈松散颗粒状，即使再施加压力也无法团聚，因此可方便地进行存储、装卸、运输和掺混。同时对煤泥处理降粘剂进行了大量试验，使其处理效率更高、处理后的煤泥状态好，同时要求不引入重金属和其他有害物质，对煤泥燃烧热值无负面影响，安全环保无污染。

　　2. 技术原理

　　试验煤泥选取自某选煤厂，该煤泥的SiO2含量为60.2%、Al2O3含量为30.0%、Fe2O3含量为4.3%、CaO含量为3.1%、TiO2和MgO含量均为1.2%。主要成分为SiO2和Al2O3，所含比例大于90%，且比例为2:1，与高岭土的晶体化学式(2SiO2·Al2O3·2H2O)相符。

　　煤粉本身的持水性和粘性都较低，但是煤泥却具有较高的持水性和粘性，而干燥后的煤泥坚硬且具有很高的强度，这一点与高岭土性质一致。通过以上分析并结合煤炭的形成机制和伴生矿物规律，可以推断出该煤泥中含有大量的高岭土，也正是由于高岭土的存在才导致了煤泥的粘湿特性。

　　若要降低煤泥的粘性首先需要将高岭土中的水分分离出来，为了防止其二次吸水，则需要吸水能力更强的材料将水分吸收，而且需要保证这种材料吸水后不会引起煤泥粘性的增加。但是通过物理挤压或离心的方法很难将高岭土片层间的水分分离出来，这时就需要降粘剂本身通过携带的离子电荷破坏和压缩蒙脱石片层之间的稳定结构，从而迫使高岭土将水分释放出来，然后再进行吸收。因此，煤泥免烘干处理降粘剂要求集脱水、吸水、储水功能于一体，同时还需满足环保要求。

　　选择高价离子电荷作为破坏和压缩高岭土片层结构的主要工具，片层结构被压缩后导致其持水空间坍塌，失去持水功能，水分子由片层中游离出来，为下一步的吸/固水工作进行提供了基础。

　　脱水助剂选取醋酸钙和醋酸镁，并通过试验在二者之中择优选择。醋酸钙脱水性能优于醋酸镁，因此选取醋酸钙作为脱水助剂并确定醋酸钙的添加量为0.9‰。

　　超高性能吸水树脂的吸水性能是高岭土的几百倍，因此选择多种型号超高性能吸水树脂作为吸/固水材料。所有高吸水树脂型号均为公司自主研发的吸水树脂，该组分为交联网状结构，具有吸水速度快、吸水倍率高、保水性好的特点。4种高性能吸水树脂吸水速度快、吸盐水率高，通过试验择优选择，101ZX树脂吸/固水效果最好，吸/固水助剂的添加量为8‰。

　　根据上述试验，选定添加量为0.9‰的醋酸钙作为脱水助剂、添加量为8‰的101ZX作为吸/固水树脂，二者比例接近9:1。按此比例将醋酸钙和树脂进行复配制备成煤泥处理降粘剂，总添加量为8.9‰。

　　处理前的煤泥较粘且团聚成一团，这样的煤泥无法用破碎机直接破碎，既难以运输又无法和其他高热值煤掺混后利用;而处理后的煤泥颗粒松散，即使施加压力也无法团聚在一起，既便于运输又可轻易地与高热值煤进行掺混配煤后作为动力煤燃烧使用。

　　添加降粘剂后煤泥的热值略有升高，水分和灰分略有下降。这是因为添加降粘剂后，煤泥中的自由水被降粘剂夺走，并贮存在其网格空腔内变成结合水，但水分仍然在整个体系中，这就是水分略有下降但变化不大的原因;因为降粘剂本身灰分只有2%，因此添加降粘剂后煤泥灰分略有下降;由于煤泥中的自由水变成结合水，汽化热降低，导致煤泥热值略有提升。

　　3. 工艺流程

　　煤泥免烘干处理工艺的本质是煤泥与降粘剂的混合和破碎，但是在工业化生产中，需要考虑设备的稳定及可持续的高效运行。因此需要对工业化处理工艺和设备选型进行研究，选择一套合理的流程和设备。为了便于实现工业化生产以及后期的维护保养，所有设备均选择市面上常规型号设备。在原有的滚筒烘干设备前端增加双轴剪切破碎设备和螺旋定量输料器，在末端增加锤式破碎设备。

　　具体工艺流程：湿煤泥经过双轴剪切破碎机破碎成小块煤泥，然后下料至刮板输送机上，位于刮板输送机上方的螺杆定量投料设备将预先按比例混合好的降粘剂和掺混料输送至刮板上的煤泥，掺混降粘剂和掺混料的小块煤泥在滚筒烘干机内不断翻滚和混合后在末端下料至带式输送机，由带式输送机输送至锤式破碎机做进一步的混合破碎，再通过带式输送机输送至滚筒筛分机进行筛分出料。

　　4. 应用效果

　　在某货场，按此工艺使用中试设备已经处理超过3000t湿煤泥，经过配煤后全部送至某电厂使用，产品的储存性、运输性、热值和有害物含量全部符合使用要求。

　　处理后的煤泥呈松散状态且颗粒分明，平均粒径小于或等于50mm，即使长时间堆积也不会导致煤泥再次团聚，证明煤泥免烘干处理工艺是有效可行的。

　　5. 效益分析

　　为了响应国家号召，国内大多数选煤厂的煤泥烘干热风炉都完成了“煤改气”改造，在《煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020年)》中提到，截至2020年，原煤入选比例提升至80%以上，以现在原煤产量计算，届时全国将产生2.8亿t的煤泥需要处理，消耗天然气28亿m3。若采用现有的干燥工艺，使用高级能源来制造低级能源，不仅仅是本末倒置造成巨大的能源浪费和环境污染，还会进一步加剧国家天然气紧缺的局面。新的煤泥免烘干处理工艺在全国推广开来，将会对国家的经济、环境保护以及能源安全产生重大意义。

　　6.推广应用前景

　　煤泥免烘干处理工艺相对于烘干法，在处理成本和环保方面都具有较大优势，免烘干处理法不燃烧化石燃料，无烟尘尾气排放，具有良好的应用和推广前景。