黏結(jié)性煤風(fēng)化降黏特性與預(yù)防研究*

劉周恩 崔艷紅 謝以民 何志鵬 高士秋 李劍玲 趙 康 余 劍 王創(chuàng)創(chuàng)

(1.中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所多相復(fù)雜系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100190 北京；2.北京吉天儀器有限公司，100015 北京；3.山東天力干燥設(shè)備有限公司，250103 濟(jì)南；4.湘潭大學(xué)化工學(xué)院，411105 湖南湘潭；5.河南京寶新奧新能源有限公司，467001 河南平頂山)

0 引 言

黏結(jié)性煤是一種重要的煤炭資源，可用作煉焦配煤來(lái)煉焦或生產(chǎn)活性焦等[1-7]。但黏結(jié)性煤在存放時(shí)由于風(fēng)化作用，其黏結(jié)性容易下降甚至失黏，失去作為黏結(jié)性煤的性質(zhì)和用途造成資源浪費(fèi)[8-10]；另外，在測(cè)定黏結(jié)性煤的黏結(jié)性時(shí)，若樣品煤存放時(shí)間略長(zhǎng)，也會(huì)被風(fēng)化而黏結(jié)性下降，使測(cè)定結(jié)果失真，影響測(cè)定的準(zhǔn)確性[11-16]。因此，探索煤風(fēng)化降黏特性并據(jù)此采取措施來(lái)預(yù)防煤降黏具有非常重要的意義。目前，這方面的研究較為鮮見，且主要集中于原料煤降黏受風(fēng)化時(shí)間的影響或在測(cè)煤黏結(jié)指數(shù)(G)制樣時(shí)由于存放時(shí)間較長(zhǎng)而導(dǎo)致測(cè)量不精確等方面。張雪紅等[9]研究了不同肥煤在長(zhǎng)時(shí)間存放后對(duì)結(jié)焦性能的影響，發(fā)現(xiàn)肥煤經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間存放后，膠質(zhì)層指數(shù)變化不明顯，黏結(jié)指數(shù)、基氏流動(dòng)度和奧亞膨脹度等數(shù)據(jù)呈下降趨勢(shì)，煤在存放過(guò)程中在風(fēng)化的作用下其黏結(jié)性會(huì)下降，且風(fēng)化時(shí)間越長(zhǎng)，黏結(jié)性下降越多。王忠慶等[10]研究了潞安瘦煤露天堆放對(duì)黏結(jié)性變化的影響，結(jié)果表明，在自然風(fēng)化條件下，風(fēng)化時(shí)間越長(zhǎng)，黏結(jié)性下降越多，經(jīng)過(guò)70 d左右的風(fēng)化后，其黏結(jié)指數(shù)由50降至0，黏結(jié)性基本消失。周群等[11-12]發(fā)現(xiàn)煙煤存放時(shí)間越長(zhǎng)，黏結(jié)指數(shù)下降越多。衛(wèi)星星等[15-16]研究表明，在測(cè)定煤黏結(jié)指數(shù)時(shí)煤樣品存放時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)使黏結(jié)指數(shù)偏低。

以上研究雖然揭示了煤被風(fēng)化后會(huì)產(chǎn)生降黏甚至失黏的現(xiàn)象，但鮮有研究風(fēng)化溫度等其他因素對(duì)煤風(fēng)化降黏特性的影響，也鮮有提出預(yù)防煤風(fēng)化降黏的措施方法。由此可見，開展這方面的相關(guān)研究甚為必要。因此，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了煤風(fēng)化降黏的各種影響因素，探索了煤風(fēng)化降黏預(yù)防措施，為黏結(jié)性煤資源化利用及其檢測(cè)研究提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與原料

儀器：DGG-9140A型恒溫鼓風(fēng)烘箱(上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)，250 mL蜀牛藍(lán)蓋試劑瓶(四川蜀玻(集團(tuán))有限責(zé)任公司)，250 mL洗氣瓶(北京興運(yùn)科諾玻璃儀器廠，內(nèi)徑為50 mm)，ALNJ-6型微電腦黏結(jié)指數(shù)測(cè)定儀(常州奧聯(lián)科技有限公司)，HW-10型遠(yuǎn)紅外線干燥箱(北京興爭(zhēng)儀器設(shè)備廠)，SHB-IIIS循環(huán)水式多用真空泵(鄭州恒研儀器有限公司)，PK4512-24V微型真空泵(成都?xì)夂C(jī)電制造有限公司)。

原料：原料煤(山西興縣遠(yuǎn)大煤業(yè)有限公司，其物性見表1)、苯甲酸鈉(AR，Aladdin Industrial Corporation)、98%濃硫酸(AR，國(guó)藥集團(tuán))、硫酸亞鐵(AR，國(guó)藥集團(tuán))、碳酸鉀(AR，國(guó)藥集團(tuán))、高錳酸鉀(AR，國(guó)藥集團(tuán))，高純氮?dú)?北京環(huán)宇京輝氣體科技有限公司)、高純氧氣(北京環(huán)宇京輝氣體科技有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

首先將原料煤篩分破碎成一定粒徑(dp，包括0.4 mm～0.6 mm，4.0 mm～5.0 mm，8.0 mm～13.0 mm和15.0 mm～16.0 mm)的顆粒，接著將煤樣放到不超過(guò)40 ℃的紅外干燥箱內(nèi)干燥，或向煤樣中加入一定量水并攪拌均勻，在保證無(wú)水氣散失的密閉狀態(tài)下靜置24 h，使新加水能充分浸入煤中，從而制成一定含水量(0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，10%，20%和30%)的煤樣。

助劑(AG，主要包括中性的碳酸鉀和苯甲酸鈉、氧化性的高錳酸鉀和還原性的硫酸亞鐵四種助劑)與煤混合添加時(shí)，添加方式(AT)有兩種：接觸式摻混方法(contact-type mixing method，CTMM)或非接觸式摻混方法(non-contact-type mixing method，NCTMM)。助劑在與煤混合前，先取煤樣質(zhì)量5%的助劑與水混合以配成溶液，再與煤混合添加在一起。其中，用苯甲酸鈉作為助劑，在配制苯甲酸溶液時(shí)，向其中滴加一定量硫酸使pH值為1。采用接觸式摻混方法時(shí)，將助劑溶液與煤樣充分?jǐn)嚢杌旌霞s3 h，使助劑均勻浸入煤顆粒內(nèi)，然后再調(diào)節(jié)煤的濕度使其達(dá)到相應(yīng)要求。采用非接觸式摻混方法時(shí)，先將助劑用紗布或不銹鋼網(wǎng)等透氣性好的致密材料包裹成含助劑1 g左右的小包，再將這些小包與煤均勻混合。

反應(yīng)容器為藍(lán)色試劑瓶或洗氣瓶，洗氣瓶用于盛裝降黏時(shí)需改變風(fēng)化氣氛(0.1 MPa空氣、0.05 MPa空氣、純氮?dú)夂图冄鯕?的煤樣品。取100 g煤樣(不包括助劑量)放入反應(yīng)容器內(nèi)并密封，對(duì)于需要改變風(fēng)化氣氛和風(fēng)化壓力(為能有效考察風(fēng)化壓力對(duì)煤風(fēng)化降黏的影響效果，將模擬風(fēng)化壓力的變化適當(dāng)放大，風(fēng)化壓力減小時(shí)，將風(fēng)化壓力降至0.05 MPa)的反應(yīng)容器，通過(guò)循環(huán)水式多用真空泵將其氣壓抽至所需壓力后將進(jìn)、出氣口密封以保證其內(nèi)部壓力不變；若風(fēng)化氣氛為氮?dú)饣蜓鯕?，則向反應(yīng)器內(nèi)鼓入足量氮?dú)?氧氣以確保反應(yīng)器內(nèi)的空氣被置換干凈(充氣時(shí)間不少于10 min)，置換完畢后將進(jìn)、出氣口封閉；對(duì)于需要風(fēng)化氣氛和風(fēng)化氣體流量(qV，風(fēng)化流量應(yīng)盡量保證反應(yīng)器內(nèi)的風(fēng)速接近自然風(fēng)風(fēng)速，但考慮到為防止煤被吹走，可適當(dāng)將流量調(diào)小，流量為0 mL/min，50 mL/min，100 mL/min和150 mL/min)一定的實(shí)驗(yàn)，將其所用反應(yīng)容器通過(guò)管道與微型真空氣泵(作鼓風(fēng)泵使用)連接在一起，以一定流量向其中鼓入空氣。

將盛裝樣品的反應(yīng)容器放入到風(fēng)化溫度一定的恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)進(jìn)行風(fēng)化降黏反應(yīng)，風(fēng)化溫度應(yīng)盡量保證反應(yīng)器內(nèi)溫度接近室溫，但為能有效顯著考察風(fēng)化溫度對(duì)風(fēng)化降黏的影響，適當(dāng)提高了風(fēng)化溫度，風(fēng)化溫度包括室溫(10 ℃～20 ℃)，45 ℃，75 ℃和105 ℃。

在降黏過(guò)程中，每隔一定時(shí)間(約12 h)將反應(yīng)容器從干燥箱內(nèi)取出并充分搖晃以確保煤與風(fēng)化氣氛充分接觸；對(duì)于研究風(fēng)化氣氛對(duì)煤風(fēng)化降黏特性影響實(shí)驗(yàn)，將其所用反應(yīng)容器內(nèi)的風(fēng)化氣氛更換一次，如向風(fēng)化氣氛為氧氣的反應(yīng)器重新鼓入新鮮氧氣，以確保風(fēng)化氣氛性質(zhì)穩(wěn)定。

考察風(fēng)化時(shí)間對(duì)煤黏結(jié)性影響的實(shí)驗(yàn)，每隔一定時(shí)間(168 h，336 h和504 h)從反應(yīng)器內(nèi)取出一定的樣品(約10 g)，取出樣品后將反應(yīng)器內(nèi)條件恢復(fù)成原狀，如風(fēng)化氣氛為氧氣的反應(yīng)器在取樣后再次鼓入氧氣并將空氣完全置換。

取出的煤樣用黏結(jié)指數(shù)測(cè)定儀依據(jù)GB/T 5447-2014分析其黏結(jié)指數(shù)(G)。

2 結(jié)果與討論

2.1 黏結(jié)性煤的風(fēng)化降黏特性

2.1.1 煤降黏隨風(fēng)化時(shí)間的變化特性

在模擬自然風(fēng)化條件(風(fēng)化溫度θ為45 ℃(選取接近正常風(fēng)溫中較高的溫度，這樣可以使煤的黏性下降更快，效果更顯著)，風(fēng)化氣氛(GC)為0.1 MPa的常壓空氣，風(fēng)化氣氛的氣速(qV)為0 mL/min)下，對(duì)較易降黏的小粒徑(dp=0.4 mm～0.6 mm)和低含水量(wW=0%)的原料煤進(jìn)行風(fēng)化降黏。煤黏結(jié)指數(shù)隨風(fēng)化時(shí)間的變化曲線如圖1所示。

圖1 黏結(jié)指數(shù)隨風(fēng)化時(shí)間的變化曲線

由圖1可知，煤在空氣風(fēng)化作用下其黏性逐步降低，風(fēng)化時(shí)間越長(zhǎng)，G下降越多。經(jīng)風(fēng)化168 h后，G由47降至39左右，而經(jīng)風(fēng)化504 h后，G降至29左右。這是由于風(fēng)化降黏與氧化降黏相似，是煤中起黏結(jié)作用的脂肪長(zhǎng)支鏈烴及橋鍵支鏈烴被氧化劑氧化從而被破壞掉而降黏。煤在風(fēng)化降黏過(guò)程中，風(fēng)化時(shí)間越長(zhǎng)，與空氣或氧氣反應(yīng)的時(shí)間越長(zhǎng)，鏈烴被破壞得越多，生成的含氧官能團(tuán)越多，使煤的黏結(jié)性越低[17-23]。

由圖1還可知，煤風(fēng)化降黏時(shí)，在初始階段，其風(fēng)化降黏速率較大，不過(guò)隨著風(fēng)化的進(jìn)行，其風(fēng)化速率會(huì)逐漸變小。在0 h～168 h風(fēng)化區(qū)間內(nèi)，G降由47降至39，下降值為8；在336 h～504 h風(fēng)化區(qū)間內(nèi)，G由32降至28，下降值為4。這是由于在風(fēng)化初始階段，降黏反應(yīng)主要發(fā)生在煤顆粒外表面，煤顆粒外層與風(fēng)化空氣中氧氣接觸較易，所以降黏速率較快。隨著風(fēng)化降黏的進(jìn)行，反應(yīng)逐步向煤顆粒內(nèi)部進(jìn)行，氧氣擴(kuò)散進(jìn)入顆粒內(nèi)部的速率成為限制條件，與風(fēng)化空氣中氧氣接觸效率降低，導(dǎo)致降黏速率變慢。

2.1.2 煤降黏隨風(fēng)化氣氛的變化特性

煤風(fēng)化降黏主要是由于，煤中脂肪烴長(zhǎng)支鏈或橋鍵支鏈等大分子結(jié)構(gòu)與氧氣反應(yīng)而被破壞[17-23]，并生成含氧官能團(tuán)，從而破壞了煤中起黏結(jié)作用的物質(zhì)。為有效考察煤風(fēng)化降黏時(shí)風(fēng)化氣氛中的氧氣所起作用，在接近正常風(fēng)化條件下，配制不同氧氣含量的氣體來(lái)模擬研究風(fēng)化氣氛不同壓力(為能顯著考察風(fēng)壓影響效果，擴(kuò)大低風(fēng)壓至0.05 MPa)及其中氧氣體積分?jǐn)?shù)(為能顯著考察氧氣含量影響效果，擴(kuò)大氧氣低體積分?jǐn)?shù)和高體積分?jǐn)?shù)分別至0%(氮?dú)?和100%)對(duì)煤風(fēng)化降黏的影響。煤黏結(jié)指數(shù)隨風(fēng)化氣氛組成和壓力的變化曲線如圖2所示。

圖2 黏結(jié)指數(shù)隨風(fēng)化氣氛組成和壓力的變化曲線

由圖2可知，當(dāng)空氣壓力越高，煤降黏速率越快。當(dāng)風(fēng)化氣氛為0.1 MPa的空氣時(shí)，風(fēng)化504 h后G由47降至29左右，下降值為18。當(dāng)風(fēng)化氣氛為0.05 MPa的空氣時(shí)，風(fēng)化504 h后G由47降至30左右，下降值為17左右。這是由于空氣壓力越大，氧氣越容易擴(kuò)散進(jìn)入煤顆粒內(nèi)孔結(jié)構(gòu)中，擴(kuò)散距離也越長(zhǎng)，使煤顆粒中更深層部分可以與氧氣接觸并發(fā)生反應(yīng)，從而促進(jìn)了煤氧化降黏反應(yīng)的發(fā)生，加速了G的下降。

由圖2還可知，風(fēng)化氣氛中氧氣含量越高，煤黏度下降得越多[24-25]。當(dāng)風(fēng)化氣氛為0.1 MPa空氣時(shí)，經(jīng)504 h風(fēng)化后G由47降至29左右，下降值為18；而當(dāng)風(fēng)化氣氛為0.1 MPa氮?dú)鈺r(shí)，G由47降至42左右，其下降值為6；而當(dāng)風(fēng)化氣氛為0.1 MPa氧氣時(shí)，G由47降至25，下降值為22。這是由于風(fēng)化氣氛中氧氣體積分?jǐn)?shù)越高，單位體積能為煤提供的氧氣量越多，越利于氧化降黏反應(yīng)進(jìn)行，從而促進(jìn)煤黏結(jié)性下降。

2.1.3 煤降黏隨風(fēng)化溫度的變化特性

煤黏結(jié)性隨著風(fēng)化溫度(θ)的變化特性如圖3所示。為有效研究風(fēng)化溫度對(duì)煤黏結(jié)性變化的影響，部分風(fēng)化溫度遠(yuǎn)高于室溫狀態(tài)。由圖3可知，在模擬自然風(fēng)化條件下，風(fēng)化溫度越高，粒徑為0.4 mm～0.6 mm、含水量0%的煤降黏速率越快。風(fēng)化溫度為室溫(10 ℃～20 ℃)和105 ℃時(shí)，經(jīng)504 h風(fēng)化后，G由47分別降至41和0左右，下降值分別為6和47。這是由于隨著風(fēng)化溫度提高，可為反應(yīng)提供的能量更多，更容易克服反應(yīng)活化能而加速風(fēng)化降黏反應(yīng)，從而使煤降黏速率變快。

圖3 黏結(jié)指數(shù)隨風(fēng)化溫度的變化曲線

2.1.4 煤降黏隨風(fēng)化氣體流量的變化特性

煤黏結(jié)性指數(shù)隨著風(fēng)化氣體流量(qV)的變化曲線如圖4所示。由圖4可知，在模擬自然風(fēng)化的條件下，風(fēng)化氣體流量越大，粒徑為0.4 mm～0.6 mm、含水量為0%的煤黏結(jié)性下降得越多。當(dāng)風(fēng)化氣體流量為0時(shí)，煤經(jīng)504 h風(fēng)化后，G由47降至29左右，下降值為18；而在風(fēng)化氣體流量為150 mL/min時(shí)，風(fēng)化504 h后，G由47降至15左右，下降值為32。這是由于隨著風(fēng)化氣體流量的增加，煤顆粒之間及煤顆粒內(nèi)孔內(nèi)的空氣流通加速，使更多的空氣與煤顆粒接觸，接觸效率提高，可為煤的風(fēng)化降黏反應(yīng)提供更充足的氧氣，從而加速了煤降黏速率。

圖4 黏結(jié)指數(shù)隨風(fēng)化氣體流量的變化曲線

2.1.5 煤風(fēng)化降黏隨煤粒徑的變化特性

煤黏結(jié)性指數(shù)隨著煤粒徑(dp)的變化曲線如圖5所示。由圖5可知，在模擬自然風(fēng)化的條件下，粒徑較大組分在初始風(fēng)化時(shí)降黏較快。但隨著風(fēng)化時(shí)間的進(jìn)行，其降黏速率顯著變慢。煤粒徑為0.4 mm～0.6 mm的組分，在0 h～168 h風(fēng)化時(shí)間內(nèi)，G由47降至39，下降值為8，相對(duì)于初始黏度降幅為17%；而在336 h～504 h風(fēng)化時(shí)間內(nèi)，G由32降至29，下降值為3，相對(duì)于初始黏度降幅為6.4%；在0 h～168 h風(fēng)化時(shí)間內(nèi)降黏幅度是336 h～504 h降黏幅度的2.67倍。而煤粒徑為8.0 mm～13.0 mm的組分在0～168 h風(fēng)化時(shí)間內(nèi)，G由62降至48，下降值為14，相對(duì)于初始黏度降幅為22.6%；而在336 h～504 h風(fēng)化時(shí)間內(nèi)，G由41降至36，下降值為5，相對(duì)于初始黏度降幅為8.1%；在0 h～168 h風(fēng)化時(shí)間降黏幅度是336 h～504 h降黏幅度的2.8倍。這是因?yàn)?，在初始風(fēng)化階段，風(fēng)化降黏主要發(fā)生在顆粒表面，而大粒徑的顆粒表面比小粒徑顆粒的表面大得多，與外表面接觸的氧氣也越多，因此氧化降黏反應(yīng)降黏較快；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，降黏反應(yīng)逐步在煤顆粒內(nèi)部進(jìn)行，氧氣在向煤顆粒內(nèi)部擴(kuò)散時(shí)，粒徑越大的顆粒，其擴(kuò)散阻力越大，氧氣擴(kuò)散到顆粒內(nèi)部的難度增大，擴(kuò)散量減少，內(nèi)部氧化降黏量反而減少。由此可見，隨著風(fēng)化的進(jìn)行，粒徑越大的煤降黏難度越大，降黏速率越小。

圖5 黏結(jié)指數(shù)隨煤粒徑的變化曲線

由圖5還可以看出，煤粒徑越大，其初始黏結(jié)指數(shù)也越大，如粒徑為0.4 mm～0.6 mm組分的初始黏結(jié)指數(shù)為47，而粒徑為15.0 mm～16.0 mm的組分的初始黏結(jié)指數(shù)為67。這是由于在原料煤被挖掘、運(yùn)輸和儲(chǔ)存等過(guò)程中，粒徑越大的組分被風(fēng)化降黏難度越大。

2.1.6 煤風(fēng)化降黏隨煤含水量的變化特性

圖6所示為煤黏結(jié)指數(shù)隨煤含水量(wW)的變化曲線。由圖6可知，在模擬自然風(fēng)化的條件下，煤含水量越大，其降黏速率越慢。含水量為0%的煤經(jīng)過(guò)504 h風(fēng)化后，其G由47降至29，下降值為18。含水量為30%的煤經(jīng)過(guò)504 h風(fēng)化后，其G由47降至33，下降值為14。這是由于煤中的水分分布在煤顆粒內(nèi)孔及表面而形成一層水膜，使氧氣難以向煤顆粒內(nèi)擴(kuò)散，抑制了煤氧化降黏反應(yīng)的發(fā)生。煤含水量越大，水膜越厚，氧氣向煤顆粒內(nèi)擴(kuò)散難度越大，降黏速率越低。

圖6 黏結(jié)指數(shù)隨煤含水量的變化曲線

2.1.7 煤風(fēng)化降黏隨不同助劑添加的變化特性

正如文獻(xiàn)[26-29]所述，向煤中添加催化劑等助劑可改變煤的降黏特性。本實(shí)驗(yàn)研究了添加不同類型助劑對(duì)煤黏結(jié)性的影響(見圖7)。由圖7可知，在模擬自然風(fēng)化的條件下，粒徑為0.4 mm～0.6 mm、含水量為0%時(shí)，煤中添加不同類型的助劑均可影響風(fēng)化降黏特性，但影響效果不同。當(dāng)添加的為苯甲酸鈉和碳酸鉀等非氧化還原性質(zhì)的中性助劑時(shí)，對(duì)煤風(fēng)化降黏均有促進(jìn)作用。無(wú)助劑添加的煤經(jīng)168 h，226 h和504 h的風(fēng)化降黏后，G由47分別降至31，32和30。添加苯甲酸鈉助劑的煤經(jīng)過(guò)相應(yīng)時(shí)間風(fēng)化降黏后，G由47分別降至36，29和27左右，其降黏速率比無(wú)助劑添加的樣品的降黏速率大。由此可見，添加中性助劑也會(huì)加速煤的風(fēng)化降黏速率。這是由于苯甲酸鈉和碳酸鉀等堿金屬化合物等中性助劑具有催化作用而加速了煤風(fēng)化降黏速率[26]，促進(jìn)了煤風(fēng)化降黏。

圖7 黏結(jié)指數(shù)隨不同助劑添加的變化曲線

當(dāng)加入的助劑是具有氧化作用的高錳酸鉀時(shí)，經(jīng)168 h，226 h和504 h的風(fēng)化降黏后，G由47分別降至31，19和11，風(fēng)化降黏速率遠(yuǎn)高于無(wú)助劑添加煤的風(fēng)化降黏速率，這表明高錳酸鉀能顯著促進(jìn)煤風(fēng)化降黏。這是由于高錳酸鉀不僅具有催化作用，還具有強(qiáng)氧化性，增強(qiáng)了對(duì)煤的氧化性，從而加速了煤的降黏速率。

當(dāng)加入的助劑是具有還原作用的硫酸亞鐵時(shí)，經(jīng)168 h，226 h和504 h的風(fēng)化降黏后，G由47分別降至42，30和26，與無(wú)助劑添加煤的風(fēng)化降黏相比，其降黏速率變化呈先低后高趨勢(shì)，即添加硫酸亞鐵煤的風(fēng)化降黏速率在前一階段先低于無(wú)助劑添加煤的風(fēng)化降黏速率，而在后一階段則高于后者的風(fēng)化降黏速率。這是由于硫酸亞鐵除了具有催化作用之外，還具有還原作用，即硫酸亞鐵還與風(fēng)化氣氛中氧氣反應(yīng)而將部分氧氣消耗掉，與煤爭(zhēng)奪氧氣，從而使與煤反應(yīng)的氧氣量減少。在初始階段，硫酸亞鐵的還原性大于催化性，從而抑制了風(fēng)化降黏，但隨著硫酸亞鐵的二價(jià)鐵元素逐漸被氧化成三價(jià)鐵化合物而失去了還原性，但生成的三價(jià)鐵化合物具有催化作用，反而加速了風(fēng)化降黏。

由此可見，向煤中加入助劑，可有效改變煤風(fēng)化降黏速率，中性或氧化性的助劑能促進(jìn)風(fēng)化降黏，而還原性的助劑則先抑制后促進(jìn)風(fēng)化降黏。

2.1.8 煤風(fēng)化降黏隨助劑添加方式的變化特性

為進(jìn)一步考察還原性助劑的催化作用和還原作用對(duì)煤風(fēng)化降黏的影響，采用不同助劑添加方式與煤混合以進(jìn)一步研究，結(jié)果見圖8。由圖7和圖8可知，與無(wú)助劑添加煤的風(fēng)化降黏相比，采用接觸式摻混方法的助劑為具有還原性硫酸亞鐵煤的風(fēng)化降黏速率先降低后升高。由圖8還可知，當(dāng)硫酸亞鐵以非接觸式摻混方法加入時(shí)，煤經(jīng)168 h，226 h和504 h的風(fēng)化降黏后，G由47分別降至45，41和40，其風(fēng)化降黏速率在前一階段不但低于無(wú)助劑添加煤的風(fēng)化降黏速率，而且還低于采用接觸式摻混方法添加硫酸亞鐵作為助劑煤的風(fēng)化降黏速率。在后一階段，其風(fēng)化降黏速率也沒有出現(xiàn)像采用接觸式摻混方法添加硫酸亞鐵助劑那樣出現(xiàn)促進(jìn)煤風(fēng)化降黏速率的現(xiàn)象，整個(gè)過(guò)程都是抑制煤風(fēng)化降黏。這是由于采用非接觸摻混方法添加助劑時(shí)，煤和助劑不直接接觸，無(wú)法起到催化作用，同時(shí)與氧氣反應(yīng)生成三價(jià)鐵化合物而消耗掉部分氧氣，與煤競(jìng)爭(zhēng)氧氣從而減少了與煤反應(yīng)的氧氣，抑制了煤風(fēng)化降黏。同時(shí)，硫酸亞鐵被氧化成三價(jià)化合物而失去還原作用，但其與煤沒有接觸而起不到催化作用，無(wú)法促進(jìn)煤風(fēng)化降黏。由此可見，采用非接觸式摻混方法加入還原性助劑可以有效降低煤的風(fēng)化降黏速率。

圖8 黏結(jié)指數(shù)隨不同助劑添加方式的變化曲線

2.2 黏結(jié)性煤風(fēng)化降黏預(yù)防研究

基于煤風(fēng)化降黏特性，可采取有效措施來(lái)預(yù)防或者降低煤風(fēng)化降黏，其預(yù)防措施如下：

1)基于風(fēng)化時(shí)間越長(zhǎng)煤降黏越多的特性，在實(shí)際生產(chǎn)或測(cè)定黏結(jié)指數(shù)時(shí)，應(yīng)盡量減少存放時(shí)間或采用新鮮煤，即在臨近使用前才購(gòu)置原料煤或制煤樣。

2)基于風(fēng)化氣氛中氧氣體積分?jǐn)?shù)或者壓力越高、風(fēng)化氣氛氣體流量越大、風(fēng)化溫度越高，煤降黏越多的特性，可將原料煤存放至密閉空間或容器內(nèi)以減少或隔絕與空氣接觸，并放置在低溫陰涼處。如在工廠企業(yè)中，可將原料煤裝入帶不透風(fēng)內(nèi)襯的噸包或密封料桶內(nèi)保存，而在測(cè)黏結(jié)指數(shù)時(shí)，可將原樣品放入密封瓶?jī)?nèi)保存。

3)基于煤粒徑越大和水含量越高煤越不容易降黏的特性，應(yīng)盡量不破碎煤并保持其含水量，甚至在不影響使用的條件下可向煤中加水，以增加含水量，使煤能以大塊高濕狀存放。

4)基于助劑可改變煤風(fēng)化降黏的特性，在存放煤時(shí)，應(yīng)剔除具有加速煤降黏速率的中性或氧化性的物料，同時(shí)采用不接觸式摻混方法摻入具有還原性助劑。

3 結(jié) 論

1)煤風(fēng)化降黏不僅與風(fēng)化時(shí)間和風(fēng)化氣氛有關(guān)，還與煤本身物性有關(guān)，且與助劑的添加及添加方式有關(guān)。風(fēng)化時(shí)間越長(zhǎng)，煤降黏越多，但降黏速率逐漸減??；風(fēng)化氣氛壓力越大，風(fēng)化氣氛中氧氣體積分?jǐn)?shù)越高，風(fēng)化氣體流量越大，風(fēng)化溫度越高，煤風(fēng)化降黏越多，降黏速率越快；煤粒徑越大，煤含水量越高，風(fēng)化降黏速率越??；采用接觸式摻混方法時(shí)，中性或氧化性助劑使煤風(fēng)化降黏速率增大，而還原性助劑先抑制后加快風(fēng)化降黏速率；采用非接觸式摻混方法添加方式，還原性助劑可有效降低風(fēng)化降黏速率。

2)基于煤風(fēng)化降黏特性，可采取以下措施：縮短煤存放時(shí)間或即用即購(gòu)置，將煤放置在減少與空氣接觸或隔絕空氣的低溫陰涼的密閉空間或容器內(nèi)，煤以大塊高含水量狀態(tài)存放或剔除存放煤中起加速煤降黏的中性或氧化性助劑，同時(shí)采用非接觸摻混方法加入起抑制煤降黏的還原性助劑。