煤粉與水結(jié)合的形貌特征分析

陳 鵬，胡京可，薛改鳳

(1.武鋼研究院，湖北 武漢 430080；2.煉焦煤利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430080；3.武鋼有限質(zhì)檢中心，湖北 武漢 430080)

煤粉與水結(jié)合的形貌特征分析

陳 鵬1,2，胡京可3，薛改鳳1,2

(1.武鋼研究院，湖北武漢430080；2.煉焦煤利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430080；3.武鋼有限質(zhì)檢中心，湖北武漢430080)

利用光學(xué)顯微鏡觀察煤粉與水的結(jié)合特征從實(shí)物角度分析濕煤的團(tuán)聚行為，為濕煤篩分尋找可能性的解決方案。

濕煤;運(yùn)輸過(guò)程;水分；團(tuán)聚

潮濕的煤料在運(yùn)輸和加工過(guò)程中，常常黏結(jié)成團(tuán)，引起結(jié)拱、堵篩、粘黏等影響后續(xù)加工的問(wèn)題。使得其分級(jí)過(guò)程和效率明顯降低，為此不少學(xué)者研究細(xì)粉煤的團(tuán)聚現(xiàn)象及其篩分原理[1-4]。主要認(rèn)為濕煤團(tuán)聚存在以下三種形式[1]。

圖1 濕煤團(tuán)聚的三種形式

本文試圖利用光學(xué)顯微鏡觀察煤粉與水的結(jié)合特征從實(shí)物角度進(jìn)一步的分析濕煤的團(tuán)聚特點(diǎn)，為濕煤篩分尋找可能性的解決方案。

1 試驗(yàn)方法

(1)選取500g煉焦用煙煤在105℃的烘箱中烘干2h以上，直至恒重后進(jìn)行篩孔為1mm的篩子進(jìn)行篩分，隨機(jī)選取<1mm的煤粉分灑在玻璃皿內(nèi)備用。

(2)用萊卡光學(xué)顯微鏡配10倍目鏡和20或50倍干鏡進(jìn)行樣品觀察。

(3)觀察過(guò)程中，用1mL的注射器以1滴/次的頻率加水，直至樣品全部浸沒(méi)水中。

(4)過(guò)程中用顯微鏡配備的攝像頭進(jìn)行記錄。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

下圖是在200倍條件下觀測(cè)的干鏡中的煤顆粒之間的結(jié)合情況形貌和500倍條件下觀測(cè)的濕煤條件下的煤顆粒之間的結(jié)合情況形貌。

(a)200倍鏡下干煤顆粒形貌 (b)500倍鏡下濕煤顆粒形貌

圖2 干煤/濕煤顆粒邊緣結(jié)合情況

從圖中可以觀察發(fā)現(xiàn)，煤顆粒在干燥條件下，棱角較為清晰，煤顆粒之間的接觸無(wú)粘性。而當(dāng)煤粒浸入水中后，大顆粒的邊緣與其他的小顆粒之間，形成了雪花狀的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，煤粒之間雖然無(wú)粘結(jié)性的接觸，但是水在兩個(gè)顆粒之間形成液膜，達(dá)成液橋力的平衡。

圖3是水滴浸入前后煤粒的變化情況。

(a)干、濕共存狀態(tài) (b)水完全浸入煤粒時(shí)

圖3 干濕煤分界水分完全浸潤(rùn)后的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

從圖中可以看出，在圖3(a)中，在干、濕煤共存的狀態(tài)時(shí)，水的雪花鏈狀結(jié)構(gòu)與干煤的獨(dú)立結(jié)構(gòu)對(duì)比的更加清楚。而當(dāng)水分完全浸入煤粒時(shí)，如圖3(b)所示，則可以看到，小顆粒煤在水的作用以大顆粒煤為中心進(jìn)行層裝包裹，如圖1的包衣結(jié)構(gòu)類似。形成的較大顆粒之間的接觸也是通過(guò)液橋力進(jìn)行連接。對(duì)被水完全浸入的煤粒樣品進(jìn)行表面皿的側(cè)方橫向敲擊，記錄敲擊前后的粒子行為的變化如圖4所示。

圖4 濕煤條件下的側(cè)方橫向敲擊的整體位移對(duì)比

從圖4中可以看出，在濕煤條件下形成的網(wǎng)格狀的新的大顆粒，抗擊平面敲擊的能力有所提高，圖中框出的顆粒，在側(cè)擊的條件下發(fā)生了整體位移，但是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻相對(duì)穩(wěn)定，這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得細(xì)小顆粒的篩分難度大幅提升。

對(duì)被水完全浸入的煤粒樣品進(jìn)行表面皿的底部的縱向敲擊，記錄敲擊前后的粒子行為的變化如圖5所示。

圖5 濕煤條件下的縱向敲擊后的顆粒位移對(duì)比

從圖5中可以看出，由于在顯微觀察條件下的縱向敲擊力不足，無(wú)法形成特別明顯的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，但是較側(cè)方橫向敲擊條件下，進(jìn)行縱向的敲擊后，顆粒之間的相對(duì)薄弱點(diǎn)發(fā)送斷裂，細(xì)小顆粒團(tuán)聚形成的大顆粒內(nèi)部的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)開(kāi)始發(fā)生改變。說(shuō)明這樣的不同于平面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使得篩分更加容易將鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)分離。

對(duì)被水完全浸入的煤粒樣品進(jìn)行進(jìn)一步的添加水分處理，記錄水分條件前后粒子行為的變化如圖6所示。

從圖6中可以看出，當(dāng)水分繼續(xù)增加時(shí)，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的大煤塊顆粒會(huì)在水膜的內(nèi)部進(jìn)行移動(dòng)，并且不會(huì)突破水膜的范圍，當(dāng)水膜范圍較小時(shí)，如圖中框處所示，則網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)的煤塊發(fā)生內(nèi)部的粒子重組，受力薄弱點(diǎn)開(kāi)始分離煤粒。

從上述的顯微結(jié)構(gòu)圖上看，水分在煤粒之間形成的液橋是濕煤形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)且難易分離的主要原因，且在不考慮外力擠壓發(fā)生形變的條件下，則濕煤粒的粘結(jié)性主要是由水膜產(chǎn)生，如果要想打破這種顆粒間的網(wǎng)格鏈狀結(jié)構(gòu)，則帶有波動(dòng)性質(zhì)或者動(dòng)篩孔形式的篩分設(shè)備更為有利，如果用憎水高強(qiáng)度材料做打散設(shè)備或者是篩片，也許能進(jìn)一步加強(qiáng)濕煤篩分的效果。

圖6 濕煤條件下的添加水分后的顆粒位移對(duì)比

3 小結(jié)

從煤粉和水的結(jié)合形貌特征來(lái)看，為了保證濕煤的有效篩分，采用帶有波動(dòng)性質(zhì)或者動(dòng)篩孔形式的篩分設(shè)備更為有利，如果用憎水高強(qiáng)度材料做打散設(shè)備或者是篩片，也許能進(jìn)一步加強(qiáng)濕煤篩分的效果。

[1] 董 勇,齊國(guó)杰,崔琳.循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝中顆粒增濕團(tuán)聚現(xiàn)象的分析[J].動(dòng)力工程，2009,29(7)：661-675.

[2] 焦 楊,章新喜,孔凡成.潮濕細(xì)粒煤聚團(tuán)碰撞分離的物理過(guò)程和微觀力學(xué)機(jī)制[J].煤炭學(xué)報(bào),2014,39(10):2092-2099.

[3] 陶秀祥,趙躍民,楊國(guó)華,等.潮濕細(xì)粒煤炭篩分過(guò)程堵孔機(jī)理的研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2000,25(2):196-199.

[4] 劉初升,趙躍民.潮濕細(xì)粒煤干法篩分理論和設(shè)備的發(fā)展[J].礦山機(jī)械,1997(10):35-37.

(本文文獻(xiàn)格式：陳鵬，胡京可，薛改鳳.煤粉與水結(jié)合的形貌特征分析[J].山東化工，2017，46(16)：-.)

Analysis of Morphological Characteristics of Coal Combination of Water

Chen Peng1,2,Hu Jingke3,Xue Gaifeng1,2

(1.Wuhan Iron&Steel Co.,Ltd., Research & Development Center ,Wuhan 430080,China;2.Key Laboratory of Coking Coal Utilization of Hubei Province,Wuhan 430080,China；3. Wuhan Iron&Steel Co.,Ltd., Quality inspection center,Wuhan 430080,China)

In this paper, the characteristics of the combination of coal and water are observed by optical microscope, and the aggregation behavior of wet coal is analyzed from the point of view of material, and the possibility of finding the possibility of wet coal screening is also given.

wet coal; transport process; moisture; agglomeration

TQ53

：A

：1008-021X(2017)16-0095-03

2017-06-06

陳 鵬(1982—)，江蘇南京人，高級(jí)工程師，主要從事配煤技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)工作。