CN111534342A - 一种高浓度水煤浆及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高浓度水煤浆及其制备方法，所述高浓度水煤浆的浓度为63‑75wt％；煤浆中干燥基粗颗粒煤粉、中颗粒煤粉、细颗粒煤粉及添加剂的质量比为(10‑60)：(10‑50)：(5‑50)：(0.5‑5)。本发明以劣低质煤作为原料，通过微矿分离技术制得固含量为10％～35％，灰分为1‑10％的低灰煤浆。再以低灰煤浆作为中颗粒煤浆和细颗粒煤浆原料，在低灰煤浆中加入经精煤研磨得到的粒径为150‑500μm的粗颗粒煤粉，通过调节煤粉粒径分布呈三峰分布来配制高浓度水煤浆，其浓度范围为63‑75wt％，表观黏度为850‑1300mPa.s，流动性为B及以上，稳定性为B及以上。低质煤通过微矿分离技术提质获得的低灰煤浆不需经压滤脱水处理，亦不用考虑压滤精煤滤饼的再破碎与分散，通过微矿分离低灰煤浆直接制浆可大幅度节约成本。

Description

一种高浓度水煤浆及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于煤炭资源的洁净利用领域，涉及一种高浓度水煤浆制备方法及其用途。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的物质基础。我国的能源结构表现为：石油与天然气等资源贫乏，煤炭资源相对丰富。我国是一个能源大国，但又是一个人均能源资源占有量低的贫国。是世界上少数几个以煤炭资源为主要能源的国家之一。近20年来，煤炭在能源消费总量中的比重由2000年的68.5％逐步升高到72.5 (2007年)，2007年至2011年的比重在70％左右略有波动，从2012年至2018 年煤炭在能源消费总量中的比重平均以1.6％的比例下降(国家***2000-2018 年能源消费总量统计数据)。未来30-50年我国能源结构将发生重大调整，核能和可再生能源快速增长，煤炭占一次能源的比例逐步下降，但仍是占据半壁江山的基础能源(中国工程院、中国煤炭学会煤炭中长期发展战略研究组)。中国煤炭消费量占世界煤炭消费总量的比重由2008年的45.9％攀升到50.3(2011年)，从2012年至2018年的比重基本维持50.5％左右(2019年份《BP世界能源统计年鉴》)，对我国国民经济的发展起到不可替代的作用。因此，在今后相当长的时间内，煤炭在我国能源结构中的主导地位将不会改变。

原煤在生成过程中混入了各种矿物杂质，开采和运输中不可避免地混入顶板和底板的矿物等其它杂质。煤炭洗选的主要任务就是除去原煤中的杂质，提升煤炭中可燃体含量，进而提高其品质，减少污染物排放，促进煤炭的清洁高效利用。随着煤矿采煤机械化和掘进机械化程度的提高，以及地质条件的变化，我国原煤品位越来越低。明确提出大力发展高精度煤炭洗选加工，实现煤炭深度提质和分质分级。

煤泥是煤炭生产过程中的一种副产物，由于其较高的矿物质含量导致无法被直接利用。然而近年来随着采煤机械化技术的不断应用和占绝对主流的重介质选煤技术的不断发展，煤炭洗选过程中煤泥量急剧增多。2020年，预计东部地区产煤泥1490万吨，预计中部和东北地区产生煤泥8760万吨，西部地区产生煤矸石煤泥9120万吨。如果这些煤泥得不到有效利用，煤泥中大量的可燃组分将被浪费，同时给后续煤泥处理环节带来了很大的挑战。因此，煤泥的深度提质和分质分级利用已成为迫切需要解决的问题。

目前国内外制备高浓度水煤浆工艺一种是采用粗粒煤为原料的湿法磨矿制浆工艺，工艺通常包括选煤(脱灰、脱硫)，粗粒煤破碎、加水磨矿、引入添加剂、搅拌与剪切，以及为剔除最终产品中的超粒与杂物的滤浆等环节。这种制浆工艺的破碎和粉碎工序多，能耗大，成本高。且制得的水煤浆质量受原煤品味的限制，难以制得高浓度低灰的高品级水煤浆，可能无法满足煤气化炉原料的要求。另一种是，利用煤泥制备水煤浆，但是煤泥浮选得到的浮精煤含有大量的水分 (70-90％)，需要经过浮选精煤浓缩和压滤脱出等工艺脱除一定的水分后才可制浆，再次增加煤泥综合利用的成本。例如，采用常规浮选技术选煤后，得到的浮选精煤浆固含量20％左右，下一步进压滤机脱水，必须脱水到固含量75％左右，低于此固含量否则滤饼不成型，压滤机操作不便(例如滤饼不能方便地从压滤机上卸下来)，后续运输不便(滤饼也不能方便地用皮带运输)。然而，75％的固含量下，滤饼已丧失了流动性，而合格水煤浆产品要求水煤浆粘度适中才能通过泵送工艺最终送到锅炉或气化炉中，因此，脱水工艺后，还必须再补水，添加分散剂，把固含量降低到60％左右，以便粘度达标同时满足运输的需求。先脱水后补水，造成工序增加、设备增加、能耗增加。因此，利用现有制浆工艺通过煤泥浮选获得精煤来制备水煤浆存在的问题是：1、需经压滤脱水处理、搅拌与分散滤饼工艺，制浆成本高；2、制浆原料来源于浮选精煤，粒度分布不易调控，导致粒度分布欠佳，难以形成较高得堆积效率，制得高浓度水煤浆。

除此之外，现有的水煤浆生产方法大都存在煤浆浓度提高幅度不大、流程复杂、可操作性差、能耗高等问题。另一方面，即便是浓度得到提升后，水煤浆的粘度、稳定性和流动性大幅度下降，根本无法用作水煤浆锅炉或气化炉的原料。

为了解决以上问题，提出本发明。

发明内容

本发明提供一种高浓度水煤浆产品，所述高浓度水煤浆的组分包括粗颗粒煤粉、中颗粒煤浆或中颗粒煤粉、细颗粒煤浆或细颗粒煤粉、添加剂和水，所述高浓度水煤浆的浓度为63-75wt％；

所述粗颗粒煤粉的粒度150-500μm，所述粗颗粒煤粉的干基量占煤浆中总煤粉干基量的质量百分比为10-60wt％；

所述中颗粒煤浆或中颗粒煤粉中煤粉的粒度为54-150μm，所述中颗粒煤浆或中颗粒煤粉中煤粉的干基量占煤浆中总煤粉干基量的质量百分比为10-50wt％；

所述细颗粒煤浆或细颗粒煤粉中煤粉的粒度为0-54μm，且不包括0，所述细颗粒煤浆或细颗粒煤粉中煤粉的干基量占煤浆中总煤粉干基量的质量百分比为5-50wt％；

所述添加剂占煤浆中总煤粉干基量的质量百分含量为0.5-5wt％。

其中，粗颗粒煤粉中煤粉粒度为150-300μm的煤粉干基量占粗颗粒煤粉干基量的质量百分比为40-60wt％；中颗粒煤浆或中颗粒煤粉中煤粉粒度为 54-74μm的煤粉干基量占中颗粒煤浆或中颗粒煤粉中煤粉的干基量的质量百分比为20-40wt％；细颗粒煤浆或细颗粒煤粉中煤粉粒度为0-15μm的煤粉的干基量占细颗粒煤浆或细颗粒煤粉中煤粉的干基量的质量百分比为5-20wt％。

也就是说，所述高浓度水煤浆的组分中煤粉粒径呈三峰分布，主要包括煤粉粒度为150-300μm的粗颗粒煤粉、煤粉粒度为54-74μm的中颗粒煤粉、煤粉粒度为0-15μm的细颗粒煤粉，相对于煤粉粒径呈双峰分布的水煤浆，煤粉粒径呈三峰分布配制水煤浆，不仅可以提高水煤浆的堆积效率和浓度，还能在提高浓度和堆积效率的同时保证水煤浆具有优良的流动性、稳定性，且表观黏度低于 1300mPa.s。本发明通过煤粉粒径呈三峰分布配制的高浓度水煤浆的浓度为 63-75wt％，黏度为850-1300mPa.s，流动性为B及以上，稳定性为B及以上，优选地，流动性为B+及以上，稳定性为B+及以上。更优选地，所述高浓度水煤浆的浓度为66-75wt％，黏度为850-1300mPa.s，流动性为A，稳定性为A，也就是说，本发明在保证水煤浆的黏度为850-1300mPa.s、稳定性和流动性双A的情况下还得到了浓度为66-75wt％的高浓度水煤浆。

其中，流动性为B-(间断流动)，稳定性为B-(浆存在少量析水或少许软沉淀)，流动性为B+(间断流动)，稳定性为B+(上部少量析水或底部少许软沉淀)，其中用“+”和“-”来表示同一个级别中较好和较差结果。流动性A(连续流动)，稳定性A(不产生软沉淀)。流动性为B及以上是指包括B-和B+，稳定性为B及以上是指包括B-和B+。

优选地，所述添加剂包括分散剂、稳定剂及其他助剂；所述的分散剂为一种表面活性剂，是一种两亲分子，由疏水基和亲水基两部分组成，所述的分散剂主要为木质素磺酸盐、萘磺酸盐聚合物、腐殖酸钠、萘磺酸甲醛缩合物、磺化腐殖酸盐、聚羧酸系、三聚氰胺系中的一种或至少两种的组合，添加量按照煤浆中干基煤粉固体质量计，为5～30Kg/t；所述稳定剂的作用是使水煤浆中的颗粒相互交联，形成空间结构，进而有效地阻止颗粒沉降，防止分离，所述的稳定剂主要为聚丙烯酰胺絮凝剂、羧甲基纤维素盐、可溶性淀粉中的一种或至少两种的组合，添加量量按照煤浆中干基煤粉固体质量计，为0.5～10Kg/t；所述助剂为一种氧化物，所述的氧化物主要为氧化钙、碳酸钙、氧化铁、二氧化硅、氧化铝、富含铁基氧化物的赤泥，添加量量按照煤浆中干基煤粉固体质量计，为0～30Kg/t。

本发明第二方面提供一种所述的高浓度水煤浆的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将精煤进行高细破碎分别得到粗颗粒煤粉、中颗粒煤粉、细颗粒煤粉；

(2)将粗颗粒煤粉、中颗粒煤粉、细颗粒煤粉加水混合，然后加入分散剂，剪切搅拌；然后加入稳定剂、助剂搅拌得到水煤浆；

或，所述高浓度水煤浆的制备方法包括如下步骤：

(1)提供包括中颗粒煤浆和细颗粒煤浆的低灰煤浆，所述低灰煤浆由低质煤或煤矸石经微矿分离工艺得到；

(2)将精煤进行高细破碎得到粗颗粒煤粉；

(3)向所述低灰煤浆中加入分散剂和粗颗粒煤粉，剪切搅拌；然后加入稳定剂、助剂搅拌得到水煤浆；

优选地，所述高浓度水煤浆的制备方法包括如下步骤：

(1)提供包括中颗粒煤浆和细颗粒煤浆的低灰煤浆，所述低灰煤浆由低质煤或煤矸石经微矿分离工艺得到；

(2)将精煤进行高细破碎得到粗颗粒煤粉、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉；

(3)向所述低灰煤浆中加入分散剂、粗颗粒煤粉、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉，剪切搅拌；然后加入稳定剂、助剂搅拌得到高浓度水煤浆。

也就是说，步骤(1)还可以将精煤进行高细破碎得到粒径为54-150μm的中颗粒煤粉、粒径为0-54μm的细颗粒煤粉，步骤(3)中进一步向所述低灰煤浆中加入中颗粒煤粉、细颗粒煤粉。加入中颗粒煤粉、细颗粒煤粉不仅可以提高产品高浓度水煤浆的浓度，还可以提高产品高浓度水煤浆的流动性和稳定性。其中低质煤是指发热量低于4500千卡/千克的劣质煤，主要包括洗选中煤、煤泥、洗选尾煤、煤矸石及其他煤炭加工过程固体废弃物。

优选地，所述精煤的灰分为3-8％，水分为2-10％；加入分散剂量按照高浓度水煤浆中干基煤粉固体质量计为5-30Kg/t；加入稳定剂量按照高浓度水煤浆中干基煤粉固体质量计为0.5-10Kg/t，加入助剂量按照固体质量计为0-30Kg/t。更优选地，所述精煤的灰分为5％，水分为3％；加入分散剂量按照高浓度水煤浆中干基煤粉固体质量计为10Kg/t；加入稳定剂量按照高浓度水煤浆中干基煤粉固体质量计为0.5Kg/t，加入助剂量按照固体质量计为5Kg/t。

优选地，所述低灰煤浆中煤粉的粒度为0-150μm，对所述低灰煤浆进行粒度分布分析，分别统计0-15μm颗粒、15-54μm颗粒、54-74微米颗粒、74-150μm 颗粒在所述低灰煤浆所有煤粉中的含量比；所述低灰煤浆的灰分为1-10％，所述低灰煤浆的固含量为10％～35％。

通过堆积效率专有软件计算，通过在低灰煤浆中加入煤粉粒度为150-500μm 的粗颗粒煤粉，使得粗颗粒煤粉、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉的干基量满足上述质量比，所述粗颗粒煤粉的干基量占高浓度水煤浆中煤粉的干基量的质量百分比为 10-60wt％，可获得高浓度水煤浆的堆积效率为63-75％。

其中，在优选地实施方案中，还可以进一步的在低灰煤浆中加入54-150μm 中颗粒精煤煤粉和0-54μm的细颗粒精煤煤粉，进一步调整水煤浆中粗颗粒煤粉、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉的干基量质量比。

其中步骤(3)中加入稳定剂、助剂搅拌后将得到的浆料进行滤浆操作，滤浆是指制浆过程会产生一部分粗粒和混入某些杂物，将给储运和使用带来困难，为此在装入产品罐前将物料通过500μm的筛子进行杂物剔除，筛下物即为合格水煤浆产品。

优选地，所述低灰煤浆的制备方法包括以下步骤：

A、矿物解离：将煤或煤矸石在水中加入分散剂湿磨至颗粒物的平均粒径小于300μm，使固体燃料内部的矿物质解离，得到第一料浆，所述第一料浆的浓度 30％-60％；

B、表界面改性：向步骤A制得的第一料浆中加水，调节的料浆浓度为5％～30％，然后加入调整剂调浆制得第二料浆；将乳化剂、捕收剂和水搅拌混合，制得乳化的捕收剂；将乳化的捕收剂和起泡剂依次加入第二料浆中搅拌制得第三料浆；

C、含碳-氢可燃物颗粒与矿物质颗粒的分离：将第三料浆加入纳微分离设备，进行微矿分离，含碳-氢的可燃物颗粒从上浮料浆中收集，制得低灰煤浆。

其中步骤C中向纳微分离设备中通入直径小于200微米的微气泡，含碳-氢的可燃物颗粒随气泡上浮成为上浮物流，矿物质颗粒团聚并作为底流而下沉，所述含碳-氢的可燃物颗粒从上浮物流中收集；所述纳微分离设备可以为现有技术中常用的浮选设备，优选地，选自本申请人在2017年6月27日提出的申请号为“201710502714.6”，发明名称为“一种利用煤或煤矸石生产高热值水煤浆的工艺及采用该工艺的煤气化工艺”中的微纳分离设备。

优选地，所述分散剂为六偏磷酸盐、三聚磷酸盐、苏打、水玻璃和木质素磺酸盐，添加量量按照干煤泥固体质量计，为0.1～7kg/t；所述调整剂为石灰、硫酸钠、硝酸钠和苛性钠，添加量量按照干煤泥固体质量计，为0.3～13kg/t；所述捕收剂为非极性烃类油，所述的非极性烃类油为燃料油、煤油、柴油和改性燃料油，添加量量按照干煤泥固体质量计，为0.3～3kg/t；所述乳化剂是一种表面活性剂，所述的乳化剂为烷基磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚，添加量量按照干煤泥及固体质量计，为1～20g/t；所述的起泡剂为仲辛醇或杂醇，添加量量按照干煤泥固体质量计，为100～800g/t。

本发明第三方面提供一种所述的高热值水煤浆用作水煤浆锅炉燃料或煤气化工艺原料的用途。

本发明高浓度水煤浆的浓度为63-75wt％，粘度为850-1300mPa.s，流动性为 B及以上，稳定性为B及以上，其可以用作煤气化工艺的原料，这是其相对于现有技术的重大突破，因为迄今为止所有的煤气化炉都不能以劣质煤作为制备水煤浆的原料，而必须使用优质煤，或者是说，以劣质煤作为原料制备的水煤浆的浓度、粘度、稳定性、流动性的指标不能达到煤气化炉的水平。本发明的出现极大地扩展了现有煤气化炉原料煤的适用范围，且无需对现有的煤气化炉本身做任何改造，只需在煤气化炉之前添加本发明所述的生产高热值水煤浆的工艺设备即可。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、高浓度水煤浆的组分中煤粉粒径呈三峰分布，主要包括煤粉粒度为 150-300μm的粗颗粒煤粉、煤粉粒度为54-74μm的中颗粒煤粉、煤粉粒度为 1-15μm的细颗粒煤粉，相对于煤粉粒径呈双峰分布的水煤浆，煤粉粒径呈三峰分布配制水煤浆，不仅可以提高水煤浆的堆积效率和浓度，还能在提高浓度和堆积效率的同时保证水煤浆具有优良的流动性、稳定性，且黏度低于1300mPas。本发明通过煤粉粒径呈三峰分布配制的高浓度水煤浆的浓度为63-75wt％，黏度为850-1300mPas，流动性为B及以上，稳定性为B及以上，优选地，流动性为B+及以上，稳定性为B+及以上。更优选地，所述高浓度水煤浆的浓度为 66-75wt％，粘度为850-1300mPas，流动性为A，稳定性为A，也就是说，本发明在保证水煤浆的黏度低于1300mPas、稳定性和流动性双A的情况下还得到了浓度为66-75wt％的高浓度水煤浆。

2、本发明水煤浆的制备过程中不需经压滤脱水处理以及搅拌和分散滤饼工艺，就可以得到浓度为63-75wt％，粘度为850-1300mPas，流动性为B及以上，稳定性为B及以上的高浓度水煤浆，本发明制浆成本低，避免了先脱水压滤工艺后，再补水造成工序增加、设备增加、能耗增加的问题。

3、本发明另外更主要的优点是以劣质煤、洗选中煤、煤泥、洗选尾煤、煤矸石及其他煤炭加工过程固体废弃物为原料，制备得到性能优异的清洁固体燃料。本发明首先对原料进行超细研磨，一方面使颗粒物的平均粒径缩小，另一方面使含碳-氢的可燃物颗粒和矿物质颗粒解离，然后采用微矿分离技术，在纳微分离设备中通入直径小于200微米的微气泡，其中含碳-氢的可燃物颗粒随气泡上浮成为上浮物流，矿物质颗粒团聚并作为底流而下沉，由此实现含碳-氢可燃物颗粒与矿物质颗粒的分离，所述含碳-氢的可燃物颗粒从上浮料浆中收集，制得的固含量为10％～35％，灰分为1-10％的低灰煤浆。本发明再以所述低灰煤浆作为中颗粒煤浆和细颗粒煤浆原料，在低灰煤浆中加入经精煤研磨得到的粒径为150-500μm的粗颗粒煤粉，得到浓度为63-75wt％，黏度为850-1300mPas，流动性为B及以上，稳定性为B及以上的高浓度水煤浆，优选地，在低灰煤浆中加入经精煤研磨得到的粒径为150-500μm的粗颗粒煤粉、54-150μm中颗粒煤粉和0-54μm细颗粒煤粉。这是其相对于现有技术的重大突破，因为迄今为止所有的煤气化炉都不能以劣质煤作为制备水煤浆的原料，而必须使用优质煤，或者是说，以劣质煤作为原料制备的水煤浆的浓度、粘度、稳定性、流动性的指标不能达到煤气化炉的水平。本发明的出现极大地扩展了现有的水煤浆锅炉和煤气化炉的原料使用范围，且无需对现有的水煤浆锅炉和煤气化炉本身做任何改造，只需在水煤浆锅炉和煤气化炉之前添加本发明所述的生产高热值水煤浆的工艺设备即可。

4、煤或煤矸石中的无机质分为原生矿物质、次生矿物质及外来矿物质。后面二者可通过当固体燃料被破碎至亚毫米尺度即可解离，但原生矿物质多嵌布于有机质中，需将固体燃料破碎至亚微米尺度，方可解离。利用实验手段与理论分析相结合的方式，围绕着“基于矿物嵌布形态解构的分级研磨工艺，精确预测超细研磨设备的粒度分布迁移规律和能耗”，通过分级研磨可使固体燃料内部的矿物质解离。微矿分离过程中，将煤或煤矸石原料加入砂磨机中进行研磨，控制磨矿强度分别得到细颗粒物料和中颗粒物料，即通过分级研磨工艺获得细颗粒物料和中颗粒物料的不同粒径分布，然后以该物料进行微矿分离，从而保证微矿分离后得到的低灰煤浆中煤粉颗粒为54-150μm中颗粒煤粉和0-54μm细颗粒煤粉。

附图说明

图1本发明制备高浓度水煤浆的工艺流程图；

图2对比例1、对比例2和对比例3中煤粉粒径分布图。

具体实施方式

为便于理解，本发明结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。其它人员应该明了，所示实施方式仅仅是帮助理解本发明，因此不应视为对本发明的具体限制。

对比例1

对比例1采用传统双峰配制水煤浆，0-54微米颗粒含量为19.4％，54-74 微米颗粒含量为15.6％，74-150微米颗粒含量为18.0％，150-300颗粒含量为33.2％，大于300微米颗粒为13.8％，所获得较优堆积效率为68.5％。加入木质素磺酸钠，通过剪切搅拌均匀，搅拌速率1000转/分钟，搅拌30分钟；加入木质素磺酸钠量按照固体质量计为18Kg/t；加入聚丙烯酰胺、氧化钙生石灰，均匀搅拌，搅拌速率1000转/分钟，搅拌30分钟，加入聚丙烯酰胺量按照固体质量计为5Kg/t。水煤浆浓度68％，粘度1100Pa.s，流动性为B(间断流动)，稳定性B-(上部少量析水或底部少许软沉淀)；

对比例2

对比例2采用间隔双峰配制水煤浆，0-10微米颗粒含量为54.0％，10-150 微米微米颗粒含量为4.9％，150-300颗粒含量为28.4％，大于300微米颗粒为 12.7％，所获得较优堆积效率为65.5％。加入木质素磺酸钠，通过剪切搅拌均匀，搅拌速率1000转/分钟，搅拌30分钟；加入木质素磺酸钠量按照固体质量计为 18Kg/t；加入聚丙烯酰胺、氧化钙生石灰，均匀搅拌，搅拌速率1000转/分钟，搅拌30分钟，加入聚丙烯酰胺量按照固体质量计为5Kg/t。水煤浆浓度65％，粘度1080mPa.s，流动性为A(连续流动)，稳定性B+(上部少量析水或底部少许软沉淀)；

实施例1

实施例1采用三峰级配配制水煤浆，0-10微米颗粒含量为28.6％，10-54um 颗粒含量为10.5％，54-74微米颗粒含量为11.2％，74-150um颗粒含量为11.0％， 150-300颗粒含量为30.0％，大于300微米颗粒为8.7％，所获得较优堆积效率为 70.5％。加入木质素磺酸钠，通过剪切搅拌均匀，搅拌速率1000转/分钟，搅拌 30分钟；加入木质素磺酸钠量按照固体质量计为18Kg/t；加入聚丙烯酰胺、氧化钙生石灰，均匀搅拌，搅拌速率1000转/分钟，搅拌30分钟，加入聚丙烯酰胺量按照固体质量计为5Kg/t。水煤浆浓度70％，粘度980mPa.s，流动性A(连续流动)，稳定性B+(上部少量析水或底部少许软沉淀)；

实施例2

图1是本实施例制备高浓度水煤浆的工艺流程图，具体制备方法如下：

原料煤泥取自山东省滕州市某洗煤厂，灰分含量为31.40％(干基)，含水 16.5％。

(1)微矿分离：

A、矿物解离：添加六偏磷酸钠量按照干煤泥及固体质量计为3.5Kg/t，加水调节料浆浓度为53％，将料浆湿磨至颗粒物的平均粒径小于300微米；

B、表界面改性：向步骤A制得的矿浆加水，调节的料浆浓度为24％，加入生石灰量按照干煤泥及固体质量计为6Kg/t，制得料浆D；在一搅拌桶加入烷基磺酸钠，添加量按照干煤泥及固体质量计为12g/t，再加入水，然后添加煤油，煤油量按照干煤泥及固体质量计为1.50Kg/t，进行充分搅拌，制得充分乳化的捕收剂E；将充分乳化的捕收剂E和仲辛醇依次加入料浆D中充分搅拌制得料浆B，加入仲辛醇按照干煤泥及固体质量计为500g/t，充分搅拌制得料浆B；

C、矿物分离：将料浆B加入纳微分离设备，向纳微分离设备中通入直径小于200微米的微气泡，含碳-氢的可燃物颗粒随气泡上浮成为上浮物流，矿物质颗粒团聚并作为底流而下沉，所述含碳-氢的可燃物颗粒从上浮物流中收集，制得的低灰煤浆的固含量为10％，灰分为6.98％；

(2)粒度分布调整：

A.粒度表征：将通过C步骤制得的含碳-氢可燃物颗粒的料浆进行粒度分布分析，0-15微米颗粒含量为30％，15-54um颗粒含量为11％，54-74微米颗粒含量为50％，74-150um颗粒含量为9％；

B.堆积效率计算：通过专有软件计算可通过加入经精煤研磨得到的粗颗粒、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉，所加入粗颗粒量(干基)占总的颗粒含量的60.6％，所加入中颗粒量(干基)占总的颗粒含量的24.6％，细颗粒量(干基)占总的颗粒含量的9.8％，可获得混合料浆堆积效率为69.5％；

(3)水煤浆制备：

A.粗颗粒、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉制备：将灰分为5％，水分为3％的精煤进行破碎、研磨和筛分，制备满足(2)B的粗颗粒、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉；

B.搅拌与剪切：向步骤(1)C制得料浆中加入萘磺酸盐聚合物、粗颗粒、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉，通过剪切搅拌均匀，搅拌速率2000转/分钟，搅拌20 分钟；加入萘磺酸盐聚合物量按照固体质量计为15Kg/t；

C.搅拌与稳定：向(3)B料浆加入聚丙烯酰胺、氧化钙，均匀搅拌，搅拌速率2000转/分钟，搅拌10分钟；加入聚丙烯酰胺量按照固体质量计为5Kg/t，加入生石灰量按照固体质量计为20Kg/t。

经测试分析，该水煤浆产品浓度为69.4％，水煤浆基灰分为5.96％，水煤浆粘度为950mPa·s，振荡72小时无硬沉淀产生，流动性A，稳定性A+，高固含量，低灰分。

实施例3

和实施例2相比，区别在于(3)水煤浆制备：B.搅拌与剪切：向步骤(1) C制得料浆中加入萘磺酸盐聚合物、粗颗粒、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉，通过剪切搅拌均匀，搅拌速率1000转/分钟，搅拌10分钟；加入萘磺酸盐聚合物量按照固体质量计为5Kg/t；

C.搅拌与稳定：向(3)B料浆加入聚丙烯酰胺、氧化钙，均匀搅拌，搅拌速率1000转/分钟，搅拌10分钟；加入聚丙烯酰胺量按照固体质量计为0.5Kg/t，加入生石灰量按照固体质量计为0.1Kg/t。

经测试分析，该水煤浆产品浓度为69.2％，水煤浆基灰分为5.10％，水煤浆粘度为1190mPa·s，振荡72小时无硬沉淀产生，流动性A，稳定性B，高固含量，低灰分。

实施例4

和实施例2相比，区别在于(3)水煤浆制备：B.搅拌与剪切：向步骤(1) C制得料浆中加入萘磺酸盐聚合物、粗颗粒、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉，通过剪切搅拌均匀，搅拌速率3000转/分钟，搅拌20分钟；加入萘磺酸盐聚合物量按照固体质量计为30Kg/t；

C.搅拌与稳定：向(3)B料浆加入聚丙烯酰胺、氧化钙，均匀搅拌，搅拌速率2000转/分钟，搅拌10分钟；加入聚丙烯酰胺量按照固体质量计为10Kg/t，加入生石灰量按照固体质量计为30Kg/t。

经测试分析，该水煤浆产品浓度为69.5％，水煤浆基灰分为6.39％，水煤浆粘度为850mPa·s，振荡72小时无硬沉淀产生，流动性A，稳定性A，高固含量，低灰分。

实施例5

和实施例2相比，区别在于(3)水煤浆制备：B.搅拌与剪切：向步骤(1) C制得料浆中加入萘磺酸盐聚合物、木质素磺酸钠、粗颗粒、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉，通过剪切搅拌均匀，搅拌速率1000转/分钟，搅拌10分钟；加入萘磺酸盐聚合物量按照固体质量计为10Kg/t，木质素磺酸钠按固体质量计为5Kg/t；

C.搅拌与稳定：向(3)B料浆加入三聚氰胺、氧化铁，均匀搅拌，搅拌速率1000转/分钟，搅拌10分钟；加入聚丙烯酰胺量按照固体质量计为5Kg/t，加入生石灰量按照固体质量计为20Kg/t。

经测试分析，该水煤浆产品浓度为69.4％，水煤浆基灰分为5.96％，水煤浆粘度为900mPa·s，振荡72小时无硬沉淀产生，流动性A，稳定性B，高固含量，低灰分。

实施例6

原料煤泥取自山东省滕州市某洗煤厂，灰分含量57.71％(干基)，含水30.5％。

(1)微矿分离：

A、矿物解离：添加六偏磷酸钠量按照干煤泥及固体质量计为15Kg/t，加水调节料浆浓度为30％，将料浆湿磨至颗粒物的平均粒径小于300微米，；

B、表界面改性：向步骤A制得的矿浆加水，调节的料浆浓度为10％，加入生石灰量按照干煤泥及固体质量计为13Kg/t，制得料浆D；在一搅拌桶加入烷基磺酸钠，添加量按照干煤泥及固体质量计为20g/t，再加入水，然后添加煤油，煤油量按照干煤泥及固体质量计为3Kg/t，进行充分搅拌，制得充分乳化的捕收剂E；将充分乳化的捕收剂E和仲辛醇依次加入料浆D中充分搅拌制得料浆B，加入仲辛醇按照干煤泥及固体质量计为800g/t，充分搅拌制得料浆B；

C、矿物分离：将料浆B加入纳微分离设备，向纳微分离设备中通入直径小于200微米的微气泡，含碳-氢的可燃物颗粒随气泡上浮成为上浮物流，矿物质颗粒团聚并作为底流而下沉，所述含碳-氢的可燃物颗粒从上浮物流中收集，制得的矿浆的固含量为20％，灰分为6.32％；

(2)粒度分布调整：

A.粒度表征：将通过C步骤制得的含碳-氢可燃物颗粒的料浆进行粒度分布分析，0-15微米颗粒含量为28.2％，15-54um颗粒含量为35.8％，54-74微米颗粒含量为7.9％，74-150um颗粒含量为28.1％；

B.堆积效率计算：通过专有软件计算可通过加入经精煤研磨得到的粗颗粒、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉，所加入粗颗粒量(干基)占总的颗粒含量的30.5％，所加入中颗粒量(干基)占总的颗粒含量的24.9％，细颗粒量(干基)占总的颗粒含量的36.9％，可获得混合料浆堆积效率为76.7％；

(3)水煤浆制备：

A.粗颗粒、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉制备：将灰分为5.2％，水分为3％的精煤进行破碎、研磨和筛分，制备满足(2)B的粗颗粒、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉；

B.搅拌与剪切：向步骤(1)C制得料浆中加入萘磺酸盐聚合物、粗颗粒、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉，通过剪切搅拌均匀，搅拌速率2000转/分钟，搅拌20 分钟；加入萘磺酸盐聚合物量按照固体质量计为30Kg/t；

C.搅拌与稳定：向(3)B料浆加入聚丙烯酰胺、氧化钙，均匀搅拌，搅拌速率2000转/分钟，搅拌10分钟；加入聚丙烯酰胺量按照固体质量计为8Kg/t，加入生石灰量按照固体质量计为5Kg/t。

经测试分析，该水煤浆产品浓度为74.9％，水煤浆基灰分为5.46％，水煤浆粘度为1050mPa·s，振荡72小时无硬沉淀产生，流动性A，稳定性B+，高固含量，低灰分。

实施例7

原料煤泥取自宁夏石嘴山市某洗煤厂(灰分含量16.7％、含水15.9％)。

(1)微矿分离：

A、矿物解离：添加水玻璃量按照干煤泥及固体质量计为0.1Kg/t，加水调节料浆浓度为60％，将料浆湿磨至颗粒物的平均粒径小于300微米，；

B、表界面改性：向步骤A制得的矿浆加水，调节的料浆浓度为15％，加入生石灰量按照干煤泥及固体质量计为1.0Kg/t，制得料浆D；在一搅拌桶加入烷基磺酸钠，添加量按照干煤泥及固体质量计为6g/t，再加入水，然后添加煤油，煤油量按照干煤泥及固体质量计为1.0Kg/t，进行充分搅拌，制得充分乳化的捕收剂E；将充分乳化的捕收剂E和仲辛醇依次加入料浆D中充分搅拌制得料浆B，加入仲辛醇按照干煤泥及固体质量计为200g/t，充分搅拌制得料浆B；

C、矿物分离：将料浆B加入纳微分离设备，向纳微分离设备中通入直径小于200微米的微气泡，含碳-氢的可燃物颗粒随气泡上浮成为上浮物流，矿物质颗粒团聚并作为底流而下沉，所述含碳-氢的可燃物颗粒从上浮物流中收集，制得的矿浆的固含量为22.3％，灰分为3.2％；

(2)粒度分布调整：

A.粒度表征：将通过C步骤制得的含碳-氢可燃物颗粒的料浆进行粒度分布分析，0-15微米颗粒含量为26.3％，15-54um颗粒含量为30.7％，54-74微米颗粒含量为16.9％，74-150um颗粒含量为26.1％；

B.堆积效率计算：通过专有软件计算可通过加入经精煤研磨得到的粗颗粒、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉，所加入粗颗粒量(干基)占总的颗粒含量的35.8％，所加入中颗粒量(干基)占总的颗粒含量的23.1％，细颗粒量(干基)占总的颗粒含量的30.6％，可获得混合料浆堆积效率为73.5％；

(3)水煤浆制备：

A.粗颗粒、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉制备：将灰分为2.6％，水分为2.5％的精煤进行破碎、研磨和筛分，制备满足(2)B的粗颗粒、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉；

B.搅拌与剪切：向步骤(1)C制得料浆中加入萘磺酸盐聚合物、粗颗粒、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉，通过剪切搅拌均匀；加入木质素磺酸钠量按照固体质量计为20Kg/t；

C.搅拌与稳定：向(3)B料浆加入聚丙烯酰胺、生石灰，均匀搅拌；加入聚丙烯酰胺量按照固体质量计为1.3Kg/t。

经测试分析，该水煤浆产品浓度为72.1％，水煤浆基灰分为2.57％，水煤浆粘度为950mPa·s，振荡72小时无硬沉淀产生，流动性A，稳定性A，高固含量，低灰分。

实施例8

和实施例7相比，区别在于(2)B.堆积效率计算：通过专有软件计算可通过加入经精煤研磨得到的粗颗粒煤粉，所加入粗颗粒量(干基)占总的颗粒含量的84.3％，可获得混合料浆堆积效率为66.3％；(3)水煤浆制备：A.粗颗粒煤粉制备：将灰分为2.6％，水分为2.5％的精煤进行破碎、研磨和筛分，制备满足 (2)B的粗颗粒煤粉；B.搅拌与剪切：向步骤(1)C制得料浆中加入萘磺酸盐聚合物、粗颗粒煤粉，通过剪切搅拌均匀；加入木质素磺酸钠量按照固体质量计为20Kg/t。

经测试分析，该水煤浆产品浓度为63.3％，水煤浆基灰分为2.61％，水煤浆粘度为860mPa·s，流动性B-(间断流动)，稳定性B-(上部少量析水或底部少许软沉淀)，低灰分。

Claims (10)

1.一种高浓度水煤浆，其特征在于，所述高浓度水煤浆的组分包括粗颗粒煤粉、中颗粒煤浆或中颗粒煤粉、细颗粒煤浆或细颗粒煤粉、添加剂和水，所述高浓度水煤浆的浓度为63-75wt.％；

所述粗颗粒煤粉的粒度150-500μm，所述粗颗粒煤粉的干基量占高浓度水煤浆中总煤粉干基量的质量百分比为10-60wt％；

所述中颗粒煤浆或中颗粒煤粉中煤粉的粒度为54-150μm，所述中颗粒煤浆或中颗粒煤粉中煤粉的干基量占高浓度水煤浆中总煤粉干基量的质量百分比为10-50wt％；

所述细颗粒煤浆或细颗粒煤粉中煤粉的粒度为0-54μm，且不包括0，所述细颗粒煤浆或细颗粒煤粉中煤粉的干基量占高浓度水煤浆中总煤粉干基量的质量百分比为5-50wt％；

所述添加剂占高浓度水煤浆中总煤粉干基量的质量百分含量为0.5-5wt％。

2.根据权利要求1所述的高浓度水煤浆，其特征在于，粗颗粒煤粉中煤粉粒度为150-300μm的煤粉的干基量占粗颗粒煤粉的干基量的质量百分比为40-60wt％；中颗粒煤浆或中颗粒煤粉中煤粉粒度为54-74μm的煤粉的干基量占中颗粒煤浆或中颗粒煤粉中煤粉的干基量的质量百分比为20-40wt％；细颗粒煤浆或细颗粒煤粉中煤粉粒度为0-15μm的煤粉的干基量占细颗粒煤浆或细颗粒煤粉中煤粉的干基量的质量百分比为5-20wt％。

3.根据权利要求1所述的高浓度水煤浆，其特征在于，所述高浓度水煤浆的粘度为850-1300mPa.s，流动性为B及以上，稳定性为B及以上。

4.根据权利要求1所述的高浓度水煤浆，其特征在于，所述添加剂包括分散剂、稳定剂及其他助剂；所述分散剂选自木质素磺酸盐、萘磺酸盐聚合物、腐殖酸钠、萘磺酸甲醛缩合物、磺化腐殖酸盐、聚羧酸系、三聚氰胺系中的一种或几种；所述稳定剂选自聚丙烯酰胺絮凝剂、羧甲基纤维素盐、可溶性淀粉中的一种或几种；所述助剂选自氧化钙、碳酸钙、氧化铁、二氧化硅、氧化铝、富含铁基氧化物的赤泥中的一种或几种。

5.一种权利要求1所述的高浓度水煤浆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将精煤进行高细破碎分别得到粗颗粒煤粉、中颗粒煤粉、细颗粒煤粉；

(2)将粗颗粒煤粉、中颗粒煤粉、细颗粒煤粉加水混合，然后加入分散剂，剪切搅拌；然后加入稳定剂、助剂搅拌得到高浓度水煤浆；

或，所述高浓度水煤浆的制备方法包括如下步骤：

(1)提供包括中颗粒煤浆和细颗粒煤浆的低灰煤浆，所述低灰煤浆由低质煤或煤矸石经微矿分离工艺得到；

(2)将精煤进行高细破碎得到粗颗粒煤粉；

(3)向所述低灰煤浆中加入分散剂和粗颗粒煤粉，剪切搅拌；然后加入稳定剂、助剂搅拌得到高浓度水煤浆。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高浓度水煤浆的制备方法包括如下步骤：

(1)提供包括中颗粒煤浆和细颗粒煤浆的低灰煤浆，所述低灰煤浆由低质煤或煤矸石经微矿分离工艺得到；

(2)将精煤进行高细破碎得到粗颗粒煤粉、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉；

(3)向所述低灰煤浆中加入分散剂、粗颗粒煤粉、中颗粒煤粉和细颗粒煤粉，剪切搅拌；然后加入稳定剂、助剂搅拌得到高浓度水煤浆。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述精煤的灰分为3-8％，水分为2-10％；加入分散剂量按照高浓度水煤浆中干基煤粉固体质量计为5-30Kg/t；加入稳定剂量按照高浓度水煤浆中干基煤粉固体质量计为0.5-10Kg/t，加入助剂量按照固体质量计为0-30Kg/t；所述低灰煤浆中煤粉的粒度为1-150μm，所述低灰煤浆的灰分为1-10％，所述低灰煤浆的固含量为10％～35％。

8.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述低灰煤浆的制备方法包括以下步骤：

A、矿物解离：将煤或煤矸石在水中加入分散剂湿磨至颗粒物的平均粒径小于300μm，使固体燃料内部的矿物质解离，得到第一料浆，所述第一料浆的浓度30％-60％；

B、表界面改性：向步骤A制得的第一料浆中加水，调节的料浆浓度为5％～30％，然后加入调整剂调浆制得第二料浆；将乳化剂、捕收剂和水搅拌混合，制得乳化的捕收剂；将乳化的捕收剂和起泡剂依次加入第二料浆中搅拌制得第三料浆；

C、含碳-氢可燃物颗粒与矿物质颗粒的分离：将第三料浆加入纳微分离设备，进行微矿分离，含碳-氢的可燃物颗粒从上浮料浆中收集，制得低灰煤浆。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂选自六偏磷酸盐、三聚磷酸盐、苏打、水玻璃或木质素磺酸盐；所述调整剂选自石灰、硫酸钠、硝酸钠或苛性钠；所述乳化剂选自烷基磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚或辛基酚聚氧乙烯醚；所述捕收剂选自燃料油、煤油、柴油或改性燃料油；所述起泡剂选自仲辛醇或杂醇。

10.一种权利要求1所述的高热值水煤浆用作水煤浆锅炉燃料和煤气化工艺的原料的用途。

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