南京大学学报(自然科学版) ›› 2019, Vol. 55 ›› Issue (5): 859–868.doi: 10.13232/j.cnki.jnju.2019.05.020

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工业废水与半焦配煤制浆研究

顾思云1,何其慧1,2,王溢华1,田万成1,刘志勇3,胡柏星1,2()   

  1. 1. 南京大学化学化工学院，南京，210023
    2. 江苏省机动车尾气污染控制重点实验室，南京，210093
    3. 石河子大学化学化工学院，石河子，832003
  • 收稿日期:2019-04-08 出版日期:2019-09-30 发布日期:2019-11-01
  • 通讯作者: 胡柏星 E-mail:hubx@nju.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(51662036)

Study on preparation of industrial wastewater⁃semicoke⁃coal⁃slurry

Siyun Gu1,Qihui He1,2,Yihua Wang1,Wancheng Tian1,Zhiyong Liu3,Baixing Hu1,2()   

  1. 1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University, Nanjing, 210023, China
    2. Jiangsu Key Laboratory of Vehicle Emissions Control, Nanjing, 210093, China
    3. School of Chemistry and Chemical Engineering, Shihezi University, Shihezi, 832003, China
  • Received:2019-04-08 Online:2019-09-30 Published:2019-11-01
  • Contact: Baixing Hu E-mail:hubx@nju.edu.cn

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784

摘要：

煤炭分质利用是洁净煤技术的重要组成部分，在这个过程中会产生大量的副产物半焦，但因半焦的孔隙率高、堆积密度低，所以难以制备高浓度水?半焦浆.利用煤和半焦的可磨性和粒度的差异进行半焦配煤制浆，使浆体具有较宽的粒度分布，可以显著提高浆体浓度等性能，制浆浓度可达62 wt%；同时可以解决半焦挥发分低、难以单独燃用的问题.此外，利用半焦比表面大、孔径发达的特性来吸附工业废水中有机污染物，可以降低废水对水煤浆制浆性能的劣化作用，同时能显著减少废水散发的刺激性气味，是一种资源化利用工业废水和半焦的清洁方法.

关键词: 半 焦, 工业废水, 煤, 级 配, 浆体性能, 废弃物利用

Abstract:

Coal quality utilization is an important part of clean coal technology and will produce a large amount of semicoke. It is difficult to prepare high concentration semicoke?water slurry because of its high porosity and low bulk density. In this research,semicoke slurry was blended with coal to take advantage of the difference between the grindability and particle size of coal and semicoke so that the particle size distribution of the slurry can be wider. The performance of the slurry can be significantly improved. The concentration of slurry can reach 62 wt%. It can solve the problem that it is difficult for semicoke to burn. In addition,adsorption capacity of semicoke on organic pollutants can decrease the adverse effects of wastewater on slurry performance and reduce the irritating smell of industrial wastewater effectively. It is a clean method to realize the resource?based clean utilization of industrial wastewater and semicoke.

Key words: semicoke, industrial wastewater, coal, gradation, slurry performance, waste recycling

中图分类号: 

  • TQ536

表1

煤和半焦的基础分析结果"

分析项目 陕西半焦 榆林煤 大同煤 准东煤
全 水 (wt%) 6.83 14.21 13.57 13.84
内 水 (wt%) 3.63 5.22 5.46 6.14
干基灰分 (wt%) 10.53 13.23 14.07 13.62
干基挥发分 (wt%) 4.52 32.69 30.11 31.59
干基硫分 (wt%) 0.23 0.41 0.46 0.54
固定碳 (wt%) 71.55 53.73 51.45 51.42
哈氏可磨性指数 103.7 67.3 55.7 81.4
干基高位发热量 (MJ·kg-1) 27.29 27.72 28.06 27.82
干基低位发热量 (MJ·kg-1) 25.74 26.22 26.13 26.43
堆密度 (g·cm-3) 0.573 0.729 0.708 0.725
真密度 (g·cm-3) 1.486 1.342 1.314 1.331
比表面 (m2·g-1) 80.58 2.67 3.43 2.98
灰熔点 (℃) DT 1133 1208 1175 1184
ST 1164 1224 1199 1207
HT 1196 1253 1233 1246
FT 1257 1281 1262 1269
溶出物pH 7.34 7.05 7.12 7.06
溶出物电导率 (mS·cm-1) 0.323 0.633 0.641 0.670

表2

工业废水的基础分析结果"

分析项目 分析结果
pH 8.99
电导率 (mS·cm-1) 30.25
悬浮物含量 (wt%) 0.13
COD (mg·L-1) 11923
固含量 (wt%) 1.35
粘度 (mPa·s, 20 ℃) 1.77
表面张力 (mN·m-1, 20 ℃) 63.35

表3

浆体性能表征方法"

表征项目 表征方法 备 注

定粘浓度

(wt%)

 干燥箱干燥法 在105 ℃下干燥至恒重

表观粘度

(mPa·s)

 旋转粘度法 转速为60 r·min-1，温度为20 ℃
流动性 目测法 按流动性递减的顺序分为A，B，C三等，分别表示连续流动、不连续流动和无法流动
静态稳定性 落棒法 浆体预先静置48 h

图1

添加剂种类和用量对废水半焦浆浓度的影响"

图2

添加剂种类和用量对废水?半焦?煤浆浓度的影响"

图3

半焦和煤的粒度分布曲线"

表4

半焦和煤的粒度参数"

样品名 粒度参数 (μm)
D 10 D 25 D 50 D 75 D 90 D[4,3]
陕西半焦 粗粉 11.27 20.60 38.38 66.01 99.51 51.38
细浆 2.33 5.94 12.71 23.44 38.42 19.94
榆林煤 粗粉 4.95 24.12 134.55 329.92 598.34 210.54
细浆 2.42 6.81 19.03 45.42 76.34 34.79

表5

半焦粗粉与半焦细浆混合制浆实验结果"

半焦粉干基比例(wt%) 预计浓度(wt%) 实际浓度(wt%) 粘度(mPa·s) 流动性 48 h稳定性
0 50.75 50.75 832 A 少量析水、软沉淀
10 50.45 51.24 812 A 少量析水、软沉淀
20 50.15 51.85 784 A 少量析水、软沉淀
30 49.85 52.41 798 A 少量析水、软沉淀
40 49.55 53.18 776 A 少量析水、软沉淀
50 49.26 53.02 773 B 少量析水、软沉淀
60 48.96 52.37 785 B 大量析水、软沉淀
70 48.66 50.21 794 B 大量析水、软沉淀
80 48.36 49.89 811 C 大量析水、硬沉淀
90 48.06 48.58 802 C 大量析水、硬沉淀
100 47.76 47.76 786 C 大量析水、硬沉淀

表6

半焦粗粉与榆林煤细浆混合制浆实验结果"

半焦粉干基比例(wt%) 预计浓度(wt%) 实际浓度(wt%) 粘度(mPa·s) 流动性 48 h稳定性
0 60.64 60.64 792 A 少量析水、软沉淀
10 59.35 59.48 805 A 少量析水、软沉淀
20 58.06 58.54 841 A 少量析水、软沉淀
30 56.78 57.97 827 A 少量析水、软沉淀
40 55.49 56.62 784 A 少量析水、软沉淀
50 54.20 55.30 767 A 少量析水、软沉淀
60 52.91 54.45 785 A 少量析水、软沉淀
70 51.62 53.34 821 B 大量析水、硬沉淀
80 50.34 52.98 826 B 大量析水、硬沉淀
90 49.05 51.53 798 B 大量析水、硬沉淀
100 47.76 47.76 786 C 大量析水、硬沉淀

表7

榆林煤粗粉与半焦细浆混合制浆实验结果"

煤粉干基比例(wt%) 预计浓度(wt%) 实际浓度(wt%) 粘度(mPa·s) 流动性 48 h稳定性
0 50.75 50.75 832 A 少量析水、软沉淀
10 51.73 52.67 822 A 少量析水、软沉淀
20 52.71 55.11 845 A 少量析水、软沉淀
30 53.68 57.67 776 A 少量析水、软沉淀
40 54.66 59.62 785 A 无析水、无沉淀
50 55.64 60.04 788 A 无析水、无沉淀
60 56.62 61.13 815 A 无析水、无沉淀
70 57.60 62.01 805 A 无析水、无沉淀
80 58.57 62.54 763 B 少量析水、软沉淀
90 59.55 63.08 779 B 少量析水、软沉淀
100 60.53 60.53 846 A 少量析水、软沉淀

图4

半焦（A）和半焦配煤（B）的扫描电镜照片"

表8

不同可磨性的煤粉与陕西半焦湿磨制浆实验结果"

制浆原料 原料可磨性指数之差相对于半焦可磨性指数的比例(%) 预计浓度(wt%) 实际浓度(wt%) 实际浓度相对于预计浓度提高的比例(%)

粒度分布

系数

 低位发热量(MJ·kg-1) 干基挥发分(wt%)
陕西半焦 0 / 50.75 / 92.9 13.06 4.52
半焦、准东煤 21.5 58.85 62.02 5.4 125.7 16.26 23.47
半焦、榆林煤 35.1 57.60 62.14 7.9 158.3 16.20 24.24
半焦、大同煤 46.3 56.54 62.31 10.2 196.5 16.21 22.43

表9

废水?榆林煤浆与自来水?榆林煤浆的性能表征结果"

废水浓度(%) 浆体粘度(mPa·s) 浆体浓度(wt%) 流动性 稳定性
0（自来水） 842 62.55 A 无析水、无沉淀
100 846 60.53 A 少量析水、软沉淀
150 837 60.02 A 少量析水、软沉淀
200 829 59.77 A 少量析水、软沉淀
300 833 59.19 A 大量析水、软沉淀

表10

用不同浓度废水制成的煤?半焦浆的性能表征结果"

废水浓度(%) 浆体粘度(mPa·s) 浆体浓度(wt%) 流动性 稳定性
0（自来水） 788 60.04 A 无析水、无沉淀
100 782 60.08 A 无析水、无沉淀
150 798 60.02 A 无析水、无沉淀
200 813 60.12 A 无析水、无沉淀
300 772 60.10 A 无析水、无沉淀

图5

吸附废水半焦和半焦空白样的热重曲线"

表11

吸附废水半焦和半焦空白样的热重分析结果"

样品

起始温

度(℃)

 终止温度(℃) 减重(mg) 减重百分率(wt%)

半焦

空白样

 118.5 566.8 0.1570 2.684
吸附废水的半焦 118.5 566.8 0.1967 3.252
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