基于多重散射光理論的石油焦/褐煤共成漿穩(wěn)定性的研究

任陽光,徐志強(qiáng)，周 燕，鄭家興，李 群，胡佳木，邵 帥

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

基于多重散射光理論的石油焦/褐煤共成漿穩(wěn)定性的研究

任陽光,徐志強(qiáng)，周 燕，鄭家興，李 群，胡佳木，邵 帥

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

利用基于多重散射光技術(shù)的Turbiscan LAB穩(wěn)定性分析儀，從宏觀相分離程度和介觀顆粒粒度的角度研究了石油焦/褐煤配比對(duì)混合漿體穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：焦煤比>7∶3時(shí)，漿體在靜置0～7 d內(nèi)出現(xiàn)明顯的顆粒團(tuán)聚并遷移的現(xiàn)象，且焦煤比越大，頂部分層厚度越大，顆粒向下遷移速率越大。焦煤比<7∶3時(shí)，漿體在靜置1～7 d內(nèi)顆粒團(tuán)聚，漿體整體的平均粒徑增大但沒有因遷移形成明顯的澄清層。焦煤比>6∶4時(shí)，漿體在0～90 min內(nèi)頂部較大顆粒的沉降造成中部平均粒徑增大;1～7 d內(nèi)中部大顆粒團(tuán)聚并逐漸向下遷移，中部平均粒徑逐漸減小。焦煤比≤6∶4時(shí)，漿體平均粒徑在0～90 min內(nèi)保持穩(wěn)定不變;1～7 d內(nèi)中部顆粒團(tuán)聚但沒有遷移，中部平均粒徑逐漸增大。在靜置7 d中，不同焦煤比漿體穩(wěn)定性由好到壞的焦煤比順序?yàn)椋?∶10和5∶5最好，其次依次為6∶4,7∶3,8∶2,9∶1,10∶0。因此從宏觀和介觀角度分析，焦煤比>7∶3的混合漿體由于顆粒聚結(jié)和遷移導(dǎo)致體系析水、分層及不穩(wěn)定;焦煤比≤7∶3的混合漿體顆粒在靜置過程中團(tuán)聚但不遷移，體系穩(wěn)定性較好。

石油焦;褐煤;混合漿;穩(wěn)定性;多重散射光理論

石油焦是原油經(jīng)蒸餾將輕重質(zhì)油分離后，重質(zhì)油再經(jīng)熱裂轉(zhuǎn)化而成的產(chǎn)品，是延遲焦化裝置的副產(chǎn)品[1]。由于石油焦的熱值高、水分低而且揮發(fā)分低，將它與水、添加劑混合可制成固體濃度很高的水焦?jié){，水焦?jié){可代油燃燒、氣化。但石油焦的揮發(fā)分較低、固體顆粒密度大，制成的水焦?jié){穩(wěn)定性差，這大大制約了水焦?jié){的發(fā)展和應(yīng)用[2]。針對(duì)水焦?jié){穩(wěn)定性較差的問題，許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)使用黃原膠作為穩(wěn)定劑能有效改善水焦?jié){的穩(wěn)定性和流變性[3-4]。但黃原膠價(jià)格較貴，無法大規(guī)模投入應(yīng)用，因此如果能有效解決石油焦制備的漿體燃料穩(wěn)定性差的問題，它將成為極具優(yōu)勢(shì)的代油燃料。

我國(guó)褐煤資源儲(chǔ)量豐富，已探明的褐煤保有儲(chǔ)量1 311.42億t，約占全國(guó)煤炭總儲(chǔ)量的13%[5]。由于褐煤水分高、發(fā)熱量低以及揮發(fā)分高，將其直接外運(yùn)易發(fā)生自燃而且不經(jīng)濟(jì)[6]。利用褐煤制備的水煤漿為煤化工原料并就地進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化是褐煤的重要出路之一，褐煤由于內(nèi)水含量高、孔隙發(fā)達(dá)、極性官能團(tuán)豐富、絲質(zhì)組含量多，將其制成褐煤水煤漿時(shí)成漿濃度低[7-8]，但穩(wěn)定性很好，因此提高褐煤的可制漿濃度將有效擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

將石油焦配褐煤制備混合漿體，一方面可以解決石油焦制備水焦?jié){時(shí)漿體穩(wěn)定性差的問題，另一方面可以解決褐煤制備水煤漿時(shí)成漿濃度低的問題。這樣可以使混合漿體成漿濃度提高的同時(shí)，穩(wěn)定性得到改善，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)[9-10]。石油焦配褐煤共成漿課題已有一定的研究基礎(chǔ)，高夫燕等[10]認(rèn)為褐煤與石油焦干基質(zhì)量比為2∶3時(shí)可以制備出漿體濃度大于60%、穩(wěn)定性好的假塑性漿體。但前人在表征漿體的穩(wěn)定性時(shí)均使用的是傳統(tǒng)的靜置觀察法或棒插法，這些方法受主觀因素影響、不能定量分析而且還會(huì)破壞樣品結(jié)構(gòu)等，除此之外并沒有具體分析石油焦/褐煤混合漿體不穩(wěn)定的原因，因此本文采用基于多重散射光理論的Turbiscan LABTM系列來表征、量化及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同石油焦/褐煤配比對(duì)混合漿體穩(wěn)定性的影響[11-16]，從宏觀和介觀尺度上分析混合漿體在靜置7 d中的穩(wěn)定性變化。通過不同焦煤比混合漿體背散射光的指紋圖譜，初步鑒定混合漿體的不穩(wěn)定性。通過對(duì)不同焦煤比混合漿體中部平均粒徑的測(cè)量，同時(shí)結(jié)合樣品頂部BS及體積分?jǐn)?shù)φ變化情況，表征顆粒粒徑的變化程度同時(shí)分析頂部顆粒的遷移程度。計(jì)算不同焦煤比混合漿體頂部分層的厚度特征，計(jì)算樣品頂部粒子的遷移速率。測(cè)定不同焦煤比漿體穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)指數(shù)(TSI)的變化，清楚并客觀地比較不同樣品在靜置7 d內(nèi)穩(wěn)定性差異，為石油焦和褐煤的綜合利用提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)樣品與方法

1.1 樣品及藥劑

實(shí)驗(yàn)樣品選用廣東佛山某廠的石油焦及蒙東地區(qū)的褐煤，樣品的工業(yè)分析、元素分析以及發(fā)熱量分析見表1。由表1可以看出：該石油焦的碳含量以及發(fā)熱量高、水分及灰分較低，可以制備出高濃度的漿體燃料;褐煤的水分、灰分及揮發(fā)分都比較高，然而碳含量較低，能制備出濃度低但穩(wěn)定性較好的漿體燃料。實(shí)驗(yàn)選用KY33(以萘磺酸鹽為主，加入一定的碳酸鈉及其他物質(zhì)制備的混合藥劑)作為制備石油焦/褐煤混合漿的分散劑。

表1石油焦和褐煤的工業(yè)分析及元素分析
Table1Proximateandultimateanalysisofpetcokeandlignite

樣品工業(yè)分析/%MtAdVdafFCdafQbar/(MJ·kg-1)元素分析/%CdafHdafNdafSdafOdaf石油焦1290491109889134328769241195383419褐煤2061166350034997183572305220831142050

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

石油焦和褐煤分別破碎到3 mm以下，然后用球磨機(jī)磨制不同的時(shí)間以達(dá)到相似的粒度分布(石油焦和褐煤的粒度分布如圖1所示)并作為制備混合漿體的實(shí)驗(yàn)樣品。將石油焦與褐煤分別按照干基質(zhì)量比10∶0,9∶1,8∶2,7∶3,6∶4,5∶5和0∶10，占樣品干基質(zhì)量1%的分散劑，與一定質(zhì)量的水在自制高扭力攪拌器上制備成混合漿體。NXS-4C旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)和Sartorius MA35型全自動(dòng)水分儀分別來測(cè)定混合漿體的黏度和濃度;Turbiscan LABTM穩(wěn)定性分析儀用來分析混合漿體的靜態(tài)穩(wěn)定性[17-18]。將制備好的混合漿體倒入高度為55 mm的透明玻璃制樣品瓶中，設(shè)定背散射光檢測(cè)儀器和紅外光源沿樣品瓶軸向高度每40 μm掃描一次。掃描過程分為4個(gè)階段：第1階段為1次/2 min，掃描5次;第2階段為1次/5 min，掃描6次;第3階段為1次/10 min，掃描6次;第4階段為1次/24 h，掃描7次得到不同比例石油焦/褐煤混合漿體的指紋圖譜，計(jì)算它們?cè)诓煌瑫r(shí)間段的背散射光值(BS)、以及穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)指數(shù)(TSI)，如果TSI值越小，則漿體的靜態(tài)穩(wěn)定性越好。

圖1 石油焦和褐煤顆粒的粒度分布Fig.1 Particle size distribution curves of petcoke and lignite

1.3 Turbiscan LAB穩(wěn)定性分析儀測(cè)試原理

Turbiscan LABTM系列是利用多重光散射(MLS)的原理，通過測(cè)量透射光和背散射強(qiáng)度的變化，就可以知道樣品在某一截面濃度或顆粒粒徑的變化[19-20]。由于混合漿體是不透明樣品，因此測(cè)試過程中測(cè)量的是樣品的背散射光通量BS。樣品的BS與光子自由程l*成反比，根據(jù)米氏理論[21-22]，l*與樣品中粒子的平均粒徑d成正比，與樣品中分散相的體積分?jǐn)?shù)φ成反比，它們之間的關(guān)系如式(1)所示:

式中，l*為光子平均運(yùn)動(dòng)自由程，表示光子在分散體系中的穿越距離;g和Qs均為米氏理論中的參數(shù)。

Turbiscan LABTM系列可通過測(cè)得樣品BS值隨靜置時(shí)間的變化來直接判斷樣品是否發(fā)生了沉淀、上浮或者絮凝/聚并;除此之外，可以通過計(jì)算樣品的穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)指數(shù)(TSI)來量化和比較不同樣品的不穩(wěn)定性，其計(jì)算公式如式(2)所示:

式中，h和H分別為掃描點(diǎn)的高度和樣品的總高度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 石油焦/褐煤混合漿體濃度

測(cè)定不同焦煤比混合漿體的濃度-黏度關(guān)系，得到不同焦煤比樣品在表觀黏度為1 000 mPa·s時(shí)的濃度(即定黏濃度)，結(jié)果見表2。隨焦煤比的減小，混合漿體的定黏濃度逐漸降低，焦煤比<6∶4時(shí)，混合漿體的濃度低于60%，說明石油焦含量越少，混合漿體的定黏濃度越低。

表2不同焦煤比混合漿體的定黏濃度
Table2Solidconcentrationofmixtureslurrieswithdifferentpetcoke/lignitemassratios

焦煤比10∶09∶18∶27∶36∶45∶50∶10定黏濃度/%6808672666466285597756584483

2.2 石油焦/褐煤混合漿體背散射光通量BS

將不同配比的石油焦/褐煤制成的混合漿體緩慢倒入玻璃瓶樣品瓶中，并將測(cè)試瓶緩慢而平穩(wěn)地放入儀器內(nèi)，按照設(shè)定的程序進(jìn)行掃描測(cè)量得到不同焦煤比混合漿體BS隨靜置時(shí)間的變化。圖2為Turbiscan LAB測(cè)定的不同焦煤比混合漿體的背散射光圖譜。

根據(jù)圖2中不同焦煤比混合漿體的背散射光掃描圖譜，將樣品瓶底部1 mm以上分區(qū)域分析：底部1～4 mm，中部4～37 mm，頂部37～48 mm。由圖2可以明顯看出，焦煤比為10∶0的漿體在頂部37.62～47.8 mm出現(xiàn)澄清層;焦煤比為9∶1的漿體在39.8～47.89 mm出現(xiàn)澄清層;焦煤比為8∶2的漿體在頂部44.1～47.72 mm出現(xiàn)澄清層;焦煤比為7∶3,6∶4,5∶5和0∶10的漿體頂部均未見明顯的澄清區(qū)。混合漿體頂部澄清區(qū)高度隨焦煤比的降低逐漸減小直至消失，說明焦煤比的減小會(huì)使混合漿體的穩(wěn)定性提高。焦煤比為10∶0,9∶1和8∶2漿體的澄清區(qū)的BS隨靜置時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增大，說明頂部澄清區(qū)越來越多粒徑較大的顆粒先沉降，造成平均粒徑逐漸減小。為了更清地楚觀察不同焦煤比漿體在靜置過程中穩(wěn)定性的變化情況，對(duì)漿體的穩(wěn)定性進(jìn)行分時(shí)間段討論：即前10 min,10～90 min和7 d內(nèi)樣品中部平均粒徑變化、頂部分層厚度和顆粒遷移速率的變化以及穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)指數(shù)(TSI)的變化。

圖2 不同焦煤比混合漿體的背散射光圖譜Fig.2 Back scattering spectra of mixture slurries with different petcoke/lignite mass ratios

2.3 石油焦/褐煤混合漿體平均粒徑的變化

石油焦/褐煤混合漿體屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，體系在靜置過程中會(huì)發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是漿體中顆粒遷移以及粒徑變化。Turbiscan LABTM系列穩(wěn)定性分析儀可以直接分析樣品的平均粒徑變化，但只有在體積分?jǐn)?shù)φ變化不大的情況下可測(cè)定體系的平均粒徑[23-25]，因此實(shí)驗(yàn)從介觀顆粒粒度角度出發(fā)測(cè)定了不同焦煤比混合漿體在不同時(shí)間段內(nèi)中部平均粒徑的變化，如圖3所示。

由圖3可以看出，在10 min內(nèi)焦煤比為10∶0,9∶1和8∶2的漿體的平均粒徑增大幅度越來越大，煤焦比為7∶3的漿體中部粒徑先增大后保持不變，其余3種漿體樣品的粒徑幾乎沒變化。10～90 min，焦煤比為10∶0,9∶1,8∶2和7∶3的漿體的平均粒徑增幅逐漸降低，焦煤比為6∶4,5∶5和0∶10的漿體平均粒徑仍然保持穩(wěn)定不變。靜置1～7 d，焦煤比為10∶0,9∶1和8∶2的漿體的平均粒徑降幅逐漸縮小;焦煤比為7∶3,6∶4,5∶5和0∶10的漿體Δd逐漸增大，顆粒的平均粒徑越來越大。為了更加清楚地說明樣品中部平均粒徑變化的原因，分析了不同時(shí)間段內(nèi)樣品頂部ΔBS和體積濃度Δφ的變化，如圖4,5所示。

由圖4和圖5可以看出，在0～10 min，焦煤比為10∶0和9∶1的漿體頂部BS值迅速增大、體積分?jǐn)?shù)φ迅速降低，由式(1)說明樣品頂部BS的增大主要是由于大顆粒沉降、頂部平均粒徑減小，從而導(dǎo)致中部平均粒徑增加;焦煤比為8∶2的漿體頂部BS值稍稍增大、體積分?jǐn)?shù)φ逐漸減小，說明漿體頂部少量大顆粒向中部遷移，同時(shí)中部顆粒之間團(tuán)聚，造成中部平均粒徑的逐漸增加;焦煤比為7∶3的漿體頂部BS值稍稍增大、體積分?jǐn)?shù)φ變化不大，說明漿體頂部極少量的大顆粒向中部遷移，主要是因?yàn)橹胁款w粒團(tuán)聚導(dǎo)致中部平均粒徑增加;焦煤比為6∶4,5∶5和0∶10的漿體頂部BS值和體積分?jǐn)?shù)φ變化很小，說明這段時(shí)間內(nèi)頂部沒有發(fā)生大顆粒的遷移和顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象，這樣樣品中部的平均粒徑變化不大。在10～90 min，焦煤比為10∶0,9∶1,8∶2漿體頂部BS越來越大、體積分?jǐn)?shù)φ越來越小，說明樣品頂部越來越多的顆粒沉降，導(dǎo)致中部粒徑逐漸增加，但是增加幅度越來越小，說明中間大顆粒開始向底部遷移;焦煤比為7∶3的漿體頂部BS值變化不明顯、體積分?jǐn)?shù)φ逐漸降低，說明樣品中少量大顆粒向中部遷移使中部平均粒徑增加;其余樣品頂部BS值和體積分?jǐn)?shù)φ變化不明顯，說明漿體在這段時(shí)間內(nèi)比較穩(wěn)定。在靜置1～7 d，焦煤比為10∶0,9∶1和8∶2的漿體的ΔBS>0且|ΔBS|逐漸減小，Δφ<0且|Δφ|逐漸減小，說明BS值的減小是由于大量大顆粒的沉降使得樣品頂部平均粒徑大幅度減小，這主要是因?yàn)榛旌蠞{體中石油焦顆粒占較大比例，顆粒間的疏水作用力和范德華作用占主導(dǎo)，使顆粒聚結(jié)并在重力作用下逐漸向下遷移，導(dǎo)致體系失穩(wěn)。焦煤比為7∶3和6∶4的漿體頂部ΔBS值逐漸減小，Δφ略微減小，說明在這段時(shí)間內(nèi)樣品中顆粒團(tuán)聚并有很小一部分大顆粒向下遷移;焦煤比為5∶5和0∶10的漿體頂部ΔBS值逐漸減小，Δφ保持不變，說明在這段時(shí)間樣品中顆粒團(tuán)聚平均粒徑增大但沒有向下遷移，中部顆粒平均粒徑增大來源于顆粒之間的相互團(tuán)聚，整個(gè)體系較為穩(wěn)定，這主要是因?yàn)殡S褐煤比例的增加，褐煤顆粒之間能夠形成較為穩(wěn)定的三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)顆粒與鏈狀的分散劑分子發(fā)生穿插作用而形成較為穩(wěn)定的固-液膠體結(jié)構(gòu)，阻礙或者拖住較大顆粒的遷移沉降。

圖3 不同焦煤比漿體在不同時(shí)間段內(nèi)中部平均粒徑的變化Fig.3 Changes on the average particle size of mixture slurries with different petcoke/lignite mass ratios in different time periods

圖4 不同焦煤比漿體在不同時(shí)間段內(nèi)頂部ΔBS的變化Fig.4 Changes on the top ΔBS of mixture slurries with different petcoke/lignite mass ratios in different storage time periods

圖5 不同焦煤比漿體在不同時(shí)間段內(nèi)頂部Δφ的變化Fig.5 Changes on the top Δφ of mixture slurries with different petcoke/lignite mass ratios in different storage time periods

由此可以判斷：0～10 min，焦煤比為10∶0和9∶1的漿體中部平均粒徑的增大主要來源于頂部大顆粒的遷移;焦煤比為8∶2的漿體中部平均粒徑的增大主要源于頂部大顆粒的遷移少部分是因?yàn)轭w粒之間相互團(tuán)聚;焦煤比為和7∶3的漿體中部平均粒徑的增大主要是因?yàn)轭w粒之間的相互團(tuán)聚。10～90 min，焦煤比為10∶0,9∶1,8∶2和7∶3的漿體的平均粒徑增幅逐漸降低，主要是因?yàn)轫敳亢椭胁看箢w粒逐漸向下遷移。1～7 d，焦煤比為10∶0,9∶1,8∶2的漿體中部平均粒徑減小幅度降低，主要是因?yàn)橹胁看箢w粒逐漸向底部遷移同時(shí)中部顆粒之間相互團(tuán)聚;1～7 d，焦煤比為7∶3,6∶4,5∶5和0∶10混合漿體中部平均粒徑的增大源于顆粒之間相互團(tuán)聚，但顆粒不遷移體系處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.4 石油焦/褐煤混合漿體頂部分層厚度的變化

選取不同焦煤比的漿體樣品頂部為測(cè)試區(qū)域，從宏觀相分離的角度考察頂部分層厚度在不同靜置時(shí)間段內(nèi)的變化，結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同焦煤比漿體在不同時(shí)間段內(nèi)頂部分層厚度的變化Fig.6 Changes on the top layer thickness of mixture slurries with different petcoke/lignite mass ratios in different storage time periods

由圖6可以看出，0～10 min、10～90 min及1～7 d只有焦煤比為10∶0,9∶1和8∶2的漿體出現(xiàn)明顯的分層，且分層厚度越來越大甚至出現(xiàn)澄清層，說明它們的頂部體積分?jǐn)?shù)和平均粒徑明顯減小;焦煤比為7∶3和6∶4的漿體在5～7 d出現(xiàn)較小的分層厚度，說明在這段時(shí)間內(nèi)樣品頂部體積分?jǐn)?shù)稍有減小;焦煤比為5∶5和0∶10的漿體在0～7 d未見明顯分層，說明漿體整體穩(wěn)定性很好。

石油焦比例較大的漿體在2 min時(shí)就開始產(chǎn)生分層，說明樣品中大顆粒的遷移速度較快，導(dǎo)致顆粒的差異沉降影響漿體的穩(wěn)定性。因此考察了不同焦煤比漿體頂部在0～10 min和10～90 min顆粒的平均遷移速率，結(jié)果見表3。由表3可以看出，0～10 min隨焦煤比的減小，顆粒的平均遷移速率逐漸減小，焦煤比低于7∶3后未見顆粒遷移;10～90 min，顆粒的遷移速率隨焦煤比的減小逐漸減小，焦煤比為7∶3的漿體開始出現(xiàn)顆粒緩慢的遷移，焦煤比再減小，漿體未見顆粒的遷移，說明石油焦含量越少，顆粒向下遷移速度越慢，顆粒向下遷移的越少，漿體越穩(wěn)定。

表3不同焦煤比漿體頂部在不同時(shí)間段內(nèi)顆粒的平均遷移速率
Table3Averagemigrationrateofmixtureslurrieswithdifferentpetcoke/lignitemassratiosindifferentstoragetimeperiods

0～10min焦煤比粒子遷移速率/(μm·min-1)10～90min焦煤比粒子遷移速率/(μm·min-1)10∶01198310∶016679∶1110009∶115908∶256178∶26007∶307∶33676∶406∶405∶505∶500∶1000∶100

2.5 石油焦/褐煤混合漿體TSI的變化

通過計(jì)算不同焦煤比漿體在不同靜置時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)指數(shù)來直觀地比較不同樣品的靜態(tài)穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。靜置0～90 min，樣品的TSI均呈現(xiàn)線性增加，且焦煤比為10∶0,9∶1和8∶2的漿體增加幅度較大，樣品的穩(wěn)定性由好至壞的焦煤比排序?yàn)椋?∶5,6∶4,7∶3,8∶2,0∶10,9∶1,10∶0;靜置1～7 d，樣品的TSI均逐漸增加，且焦煤比為10∶0,9∶1的漿體TSI增幅較大，樣品穩(wěn)定性由好至壞的焦煤比排序?yàn)椋?∶10和5∶5最好，其次依次為：6∶4，7∶3，8∶2，9∶1，10∶0，與靜置90 min內(nèi)的穩(wěn)定性順序略有不同，說明樣品中顆粒的遷移和團(tuán)聚在靜置過程中是發(fā)生變化的。

圖7 不同焦煤比混合漿體在不同時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)指數(shù)的變化Fig.7 Changes on the “TSI” of mixture slurries with different petcoke/lignite mass ratios in different storage time periods

3 結(jié) 論

(1)焦煤比>7∶3的漿體在整個(gè)靜置過程中出現(xiàn)明顯的顆粒團(tuán)聚并沉降的現(xiàn)象，且焦煤比越大，頂部分 層厚度越大，顆粒的遷移速率越大。焦煤比≤7∶3的漿體在靜置初期0～90 min未出現(xiàn)明顯的顆粒團(tuán)聚或遷移現(xiàn)象，但在靜置1～7 d出現(xiàn)明顯的顆粒聚結(jié)，漿體整體的平均粒徑增大。

(2)焦煤比>6∶4的漿體在0～90 min，頂部較大顆粒的沉降以及中部顆粒的團(tuán)聚造成中內(nèi)部平均粒徑增大;1～7 d頂部和中部顆粒團(tuán)聚并逐漸向下底部遷移，平均粒徑逐漸減小。焦煤比≤6∶4的漿體在1～7 d顆粒逐漸團(tuán)聚造成中部顆粒平均粒徑增大。

(3)靜置7 d，根據(jù)不同焦煤比混合漿體的TSI變化，它們的穩(wěn)定性由好到壞的焦煤比排序?yàn)?∶10和5∶5最好，其次依次為6∶4，7∶3，8∶2，9∶1，10∶0。

(4)從宏觀和介觀角度分析，焦煤比>7∶3的混合漿體由于顆粒聚結(jié)和遷移導(dǎo)致體系析水、分層及不穩(wěn)定;焦煤比≤7∶3的混合漿體顆粒在靜置過程中團(tuán)聚但不遷移，體系穩(wěn)定性較好。

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Staticstabilityofpetcoke/lignitemixtureslurrybasedonmultiplelightscatteringtheory

REN Yangguang,XU Zhiqiang,ZHOU Yan,ZHENG Jiaxing,LI Qun,HU Jiamu,SHAO Shuai

(SchoolofChemical&EnvironmentalEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing),Beijing100083,China)

This paper investigated the effect of different mass ratios of petcoke/lignite on the static stability of mixture slurries from the macro-scale (phase separation) and mesoscopic scale (particle size) by using Turbiscan LAB stability analyzer based on multiple light scattering technology.The results showed that when the mass ratio was greater than 7∶3,the particles in the slurry aggregated and migrated,and the greater the mass ratio,the greater the top layer thickness and particle migration rate in 0-7 d.When the mass ratio was smaller than 7∶3,the particles aggregated but didn’t settle which caused the increase in average particle size and no visible clear layer on the top of the slurry in 1-7 d.Besides,when the petcoke/lignite mass ratio was larger than 6∶4,the large particles on the top settled and thus increased the average particle size of the middle part between 0-90 min,after that the particles in the middle part gradually aggregated and migrated to the bottom of the slurry in 1-7 d.When the mass ratio was smaller than 6∶4,the average particle size of the middle part remained stable between 0-90 min,after that the particles in the middle part aggregated and increased the average particle size of the middle part.The order of static stability of slurries prepared by different petcoke/lignite mass ratios is that 0∶10 and 5∶5 are the best,the other order is 6∶4,7∶3,8∶2,9∶1,10∶0.Therefore,from the macro-scale and mesoscopic scale analyses,the mixture slurries with mass ratios greater than 7∶3 bled moisture,segregated and were unstable because of the coalescence and migration of particles.The mixture slurries with mass ratios equal or smaller than 7∶3 were stable because of the coalescence and no migration of particles.

petcoke;lignite;mixture slurry;static stability;multiple light scattering theory

10.13225/j.cnki.jccs.2016.1493

TQ536

:A

:0253-9993(2017)08-2141-08

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51574251)

任陽光(1991—)，女，新疆精河人，博士研究生。E-mail：13126771665@163.com

任陽光,徐志強(qiáng)，周燕，等.基于多重散射光理論的石油焦/褐煤共成漿穩(wěn)定性的研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2017,42(8):2141-2148.

REN Yangguang,XU Zhiqiang,ZHOU Yan,et al.Static stability of petcoke/lignite mixture slurry based on multiple light scattering theory[J].Journal of China Coal Society,2017,42(8):2141-2148.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2016.1493