水煤浆分散剂的发展动向

煤炭加工与综合No.2,2010COAL PROCESSING COMPREHENSIVEZATION水煤浆分散剂的发展动向谢欣馨,戴爱军,杜彦学,崔意华(西北化工研究院,陕西西安710600)摘要:介绍了水煤浆分散剂的分散机理、种类以及性能特点,分析和论述了国内外水煤浆添加剂的发展动向,在此基础上,指出了开发新型高分子聚合物分散剂以及不同分散剂之间的复配,是今后水煤浆分散剂研究的方向。关键词:水煤浆;分散剂;高分子聚合物;发展动向中图分类号:TQ536文献标识码:A文章编号:10058397(2010)020043404水煤浆作为煤炭加工利用技术,较好地实现剂、稳定剂和其他辅助添加剂,其中分散剂起关了固体物料流态化和加压操作。按用途可将水煤键作用。目前,工业应用的水煤浆分散剂主要有浆分为燃烧用和气化用两类。气化用水煤浆是指萘系、腐植酸系、木质素系、聚烯烃系、丙烯酸把原煤加工研磨成微细煤粉,按煤约65%、水约系以及相关复配产品。35%的比例混合,再加入适量(约1.0%)的化学1分散剂的分散机理23添加剂配制而成的高浓度煤/水分散体系,水煤浆可作为代油燃料和制备合成气的气化原料,是分散剂的主要作用是改变煤粒的表面性质目前国内外洁净煤技术之一。由于水煤浆既能保增强静电斥力,促进煤粒均匀分散在水中,防止持煤的物理化学性能,又能像石油一样具有良好煤粒聚结,提高水煤浆的流动性的流动性和稳定性,可以泵送,又易储运和调(1)润湿分散作用。制浆用分散剂是具有亲整;可以雾化燃烧,又属低污染洁净燃料;而且水与亲油两性的表面活性剂,一端的非极性疏水燃烧效率高,有着代油、节能、环保、综合利用端极易与煤炭表面结合而吸附,另一端亲水基则等多种效益,因此,受到世界各国工业界的高度朝外伸向水中,使煤粒的疏水表面转化为亲水重视。性,并形成水化膜。水化膜有效降低水的表面张优良的水煤浆应具有高浓度、低黏度、良好力,并提高煤粒的表面张力,从而将煤粒隔离流动性及稳定性等特点。为达到此目的,需添加开,减少煤粒间的阻力,降低黏度。适量的化学添加剂。制浆用添加剂主要有分散(2)静电斥力分散作用。DLVO理论成功地用粒子间的范德华引力作用和带电粒子扩散双电层重叠产生的静电斥力作用说明分散体系的稳定收稿日期:201001-13作者简介:谢欣馨(1984—),女,陕西安康人,2003年毕性,对离子性分散剂而言,除能改善煤表面的亲业于西安科技大学高分子材料专业,工学学士,西北化工研究院水性外,还能增强其静电斥力,促使煤颗粒分散助理工程师,电活:029-83870140。于水介质中。Funk等人认为分散剂能改变煤粒cacececececececacocooeeccececececececececacecacececacacaccacacecececeeecaeecececec.内可以在磨机周围安装除尘器。学技术,2007,35(5):97].北京:科学出版参考文献:中国煤化工CNMH开究[.河北化工[1]李安.水煤浆技术发展现状及其新进展[冂].煤炭科2009,32(7):27~2944煤炭加工与综合利用2010年第2期的表面电性,提高煤表面的Zeta电位,而使水化2.2非离子型分散剂膜增厚,防止煤粒间相互接触,既提高∫水煤浆非离子型分散剂主要是聚氧乙烯系列和聚氧的流动性,又提高了水煤浆的稳定性。乙烷系列。这类分散剂的优点是分子的亲水亲油(3)空间位阻与嫡斥力分散作用。所谓空性和相对分子质量易于调节和控制,不受水质及间位阻分散作用是指使煤粒長闻吸附一层物质,煤中可溶物影响,无需添加稳定剂,但价格昂如添加剂分子等,这样就在颗粒间增加了一层贵,而且需配用消泡剂,适宜制高浓度水煤浆。障碍,当颗粒相互接近时,可机械的阻挡聚结3水煤浆分散剂的发展动向水化膜也是一种空间位阻。体系的熵总是自发地向增加方向发展,当两个带吸附层的颗粒相性能优良、具有竞争力的水煤浆分散剂产品互接近,彼此重合时,由于吸附层中的高分子占有大量的市场。如:日本开发的水煤浆专用分物质运动的自由度受到妨碍,吸附分子的嫡减散剂NSF(萘磺酸盐聚合物)和FS(聚苯乙烯磺少,颗粒有再次分开的倾向,这就是熵斥力的酸盐)都已实现工业化生产,并达到了相当规模作用结果。南京大学研究人员开发的NDF(亚甲基萘磺酸钠总之,高效水煤浆分散剂的特点是有效地吸苯乙烯磺酸钠-马来酸钠)适应的煤种较多,附在煤表面,提高煤的亲水性,并能在煤表面形分散性强,占有大量的水煤浆添加剂市场。目前成双电层和立体障碍。性能优异的水煤浆分散剂多采用石油产品合成,其生产成本维持在较高水平。2分散剂的种类及其性能特点研制水煤浆分散剂要同时考虑成本与效能分散剂种类主要有阴离子型、阳离子型和非达到最优性价比。目前分散剂的研究侧重于分散离子型,常用的主要有阴离子型和非离子型。剂对煤粒的影响,分散剂本身的研究工作做得相2.1阴离子型分散剂对较少。已有的研究表明,从微观上研究分散机阴离子型分散剂又分为合成有机高分子分散理,从而了解分散剂在煤水表面的吸附形态,分剂和天然高分子改性分散剂两大类。其中天然高散剂的结构特征对水煤浆流变性的影响以及与不分子改性分散剂主要有木质素系分散剂和腐植酸同煤质的匹配规律,是改变目前水煤浆漆加剂研系分散剂;合成有机高分子分散剂主要有萘磺酸制及筛选工作中经验性及盲目性的有效途径。盐系、聚烯烃磺酸系、聚羧酸盐系等。3.1从分散机理研究分散剂与煤的作用机制(1)腐植酸系列分散剂的特点是分散性能强水煤浆分散剂分子结构特征(主结构特征可单独使用,但成浆的稳定性差取代基的类型及性质、聚合度、磺化度及羟值(2)木质素磺酸盐系列分散剂的优点是来源等)与煤质及煤表面物理化学性质有着密切的关广泛(造纸废液再加工),原料丰富,价格便宜,系,这种匹配性影响着煤的成浆性、流变性以及稳定性较好,缺点是制浆黏度较大,浆流动性不浆体稳定性。 Hitoshi等研究了P和Q两种分好,所以常复配使用43散剂对煤成浆性的影响,在相同的制浆条件下,3)各类取代基的萘磺酸盐聚合物系列的特对含内在水分高的煤来说,使用Q分散剂比使用点是适用范围广,分散性好,减黏作用强,浆流P分散剂使煤浆浓度提高了2%~4%,从而证实型好,但浆稳定性差,价格偏高了分散剂分子结构特征和煤的内在水分之间的相(4)聚烯烃系列分散剂对低灰水煤浆具有较关性。李永昕等人◇研究发现添加剂的主结构好的分散稳定性,但需要严格控制分子质量及其特征、取代基的性质、磺化度及聚合度与灵武煤分布,而且价格较高,对煤种要求较严格。浆体各性质间存在明显的匹配规律,其中,主结(5)聚羧酸系列分散剂,如多环多元羧酸、构特征、聚合度和磺化度的影响最为显著。分散聚羧酸盐、多聚磷酸盐和羟基苯甲酸聚合物钠盐性能中国煤化工特性的改善,在等,兼有分散和稳定双重作用,但浆流动性不CNMHG改善浆体的流变好,价格偏高。特性;添加剂的聚合度是影响浆体成浆性和稳定2010年第2期谢欣馨,等:才水煤浆分散剂的发展动向性的重要因素。邹立壮,朱书全等测定了分稳定性。研究发现,两性离子分散剂改善了水煤散剂与煤所形成分散体系的Zeta电位,研究了分浆的各项性能,具有很好的降黏效果,并明显增散剂对改性煤粒界面电化学性质的影响,建立了强了浆体的静态稳定性;当阴、阳离子单体质量成浆性经验模型,其计算值与实验结果很相近比为3:1时,浆体表现出最好的流变特性,且而且还能反应出各变量对煤的成浆性所产生的浆体表观黏度最低。由此可见,两性离子分散剂影响。具有良好的应用价值。水煤浆分散剂在煤粉表面的吸附能力对于分3.3不同添加剂的复配散剂的研究也很重要。2003年土耳其的有研究发现,几种分散剂复配使用会产生协Karatepe, Nilgun测定了以月桂基醚硫酸钠为润同效应,可以提高水煤浆浓度,降低浆黏度,减湿剂情况下,非离子表面活性剂Twen-80(聚少总添加剂用量,达到成本低、效能高的目的氧乙烯失水山梨醇单油酸酯)分散剂在土耳其褐最常见的方式为阴/阴离子复配,非/非离子复煤颗粒表面的吸附能力,并系统研究了分散剂的配,非/阴离子复配。浓度、温度、时间和pH值对分散剂吸附能力的研究表明,阴/非离子表面活性剂复配作为影响。研究结果通过一个两阶矩阵来分析各种参高效水煤浆分散剂是比较理想的。ThF数对吸附能力的影响,并且通过一个线性数学模 Tadrost'5研究非离子表面活性剂和阴离子分散型来描绘出在实验条件下各种分散剂对每种煤样剂复配时发现,由于非离子表面活性剂的吸附行的吸附能力。黄仁和等选取3种具有代表为不同,加入少量时,非离子表面活性剂以亲水性分散剂研究其制浆性能和物化性质的相关性得的EO链和煤粒表亩吸附,憎水部分朝向溶液,出:分散剂吸附层厚度和制浆性能有较好的相关所以容易产生絮凝,当非离子表面活性剂的量增性,吸附层越厚,减黏效果愈好。空间位阻效应多超过一个临界浓度后,吸附反向,以亲水的是减黏效果的一个决定因素。并借助HVO理论EO链朝向溶液,达到分散效果。但是在用非离讨论分散剂与煤的作用机理,揭示出一种理想分子表面活性剂和阴离子分散剂复配时一定要注意散剂在结构上应有的特征,即亲固基团应选择多非离子表面活性剂的添加量,因为少量的非离子芳香环,分布在单体两端,以形成尾式吸附为表面活性剂不但不能分散降黏,反而会使体系黏好;亲水基应为-SO3,以增加分散剂在煤表面度增大,降低分散效果,过多的表面活性剂又会吸附强度,提髙抗剪切性能和流变性,作为分散增加成本。刘明华研究阴/阴离子表闻活性剂复剂亲油基团长链要比短链好配时,利用自行研制的聚羧酸系分散剂PMMA3.2开发研究新型高分子聚合物分散剂马来酸酐一丙烯酸—2一丙烯酰胺基一2—甲基美国专利Us005100438A公开了一种水煤浆丙磺酸钠共聚物)与萘系分散剂按不同质量比进添加剂及其制备方法,该添加剂由多羧酸与聚醚行复配,并研究复配分散剂对成浆性能的影响,多元醇和脂肪胺共聚而成,用量约为煤浆重量的结果表明PMMA具有很好的分散能力,在低温度0.4%~4%,固体煤含量在60%~80%的水煤浆下能保持浆体较好的稳定性和流动性;经过复配稳定性好。吴晓华,朱书全等时试验合成了后的萘系/聚羧酸系分散剂,大大提高了其综合种新型的聚羧酸系列水煤浆分散剂,考査了该分效果,使得浆体的黏度均低于800mPa·s,其稳散剂对双鸭山原煤、屯留煤泥、潞宁原煤、常村定性均能在1个月以上,具有很好的市场应用煤泥的成浆效果,并与目前工业上已经应用成熟场景。的萘系分散剂作了对比。结果表明,聚羧酸系列分散剂在提高成浆浓度和降低添加剂用量方面明结语显优于萘系分散剂。张光华等以a-甲基丙烯开发合成髙效的新型高分子聚合物,具体可酸、丙烯磺酸钠和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化从中国煤化工铵为原料(DMC),合成两性离子分散剂,用于CNMHG究分散剂与煤质水煤浆制浆。考察浆体的成浆性、流变性及静态及煤表面物理化学性质的相关性,从微观上阐明46煤炭加工与综合利用2010年第2期煤与分散剂作用机制;[7] Marek Pawlik. Polymeric dispersants for coal-water(2)研究水煤浆添加剂在煤粉表面的吸附能slurries[J. Colloids and Surfaces A: Physiecx-hem Eng力,考察外界因素,如温度、搅拌、pH值等对Asperts,2005,266:32-908]主晓春,吴国光,王共远.水煤浆添加剂及其研究进展煤的影响规律等;[].煤化工,2004(6):15-18.(3)筛选其它助剂,以弥补单一分散剂性能[9]李永昕,李保庆,陈诵英,孙成功添加剂分子结构特上的不足征与灵武煤水煤浆浆体各性质间匹配规律研究[J].燃水煤浆分散剂存在对煤种的匹配性差的问料化学学报,1997,25(3):247-252题,复配使用能使分散剂配方在性价比方面具有10]邹立壮,朱书全,王晓玲,郭相坤,崔广文.不同水煤浆分散剂与煤之间的相互作用规律研究:Ⅺ分散剂改性优势,因此,开发新型高分子聚合物,并注重选煤粒的界面性质及其对CWS性质的影响[J].燃料化择合适的复配对象,是今后水煤浆分散剂研究的学学报,2006,34(2);160-165方向。[11] KaratePe, Nilgun. Adsorption of a non-ionic dispersant or参考文献Management Volume: 44, Issue: 8, May, 2003[]钱伯章.水煤浆制备及添加剂技术的发展[J].煤炭加i275-1284.[12]黄仁和,刘泽常,曾凡.水煤浆分散剂制浆性能和物化工与综合利用,2004(3):4性质的研究[J.洁净煤技术,1996,2(1):44-47[2]张荣曾.水煤浆制浆技术[M],北京:科学出版社,1996.[13]吴晓华,朱书全,茅晔辉,等.案羧酸系列水煤浆添加3]刘明华,水煤浆添加剂的制备及应用[M].北京:化剂的合成及性能研究[].选煤技术,2007,4;37学「业出版社,2006[14]张光华,齐品品,朱雪丹水煤浆两性离子分散剂的合[4]范丽娟.水煤浆添加剂的研究进展[].H用化学工成及制浆性能[J].煤炭转化,2008,31(4):69-82业,2002,32(1):46-48[15 Tadros Th F, Taylor P, Bognolo G Influenee of Addition of[5]周明松,邱学青,王卫星.水煤浆分散性的研究进展[.化工进展,2004,23(8):846-851a Polyelectrolyte Nonioic Polymers and Their Mixtures on the[6]李永昕,孙成功,李保庆,等.水煤浆添加剂研究综述Rheology of coal/ water suspensions [J]. Labgmuir, 1995l1(12):4678-4684[].煤炭转化,1997,20(1):8-13(对矿山环境治理和生态恢复保证金管理座谈会召开2010年3月9日下午,中国煤炭加工利用协会在河北廊坊组织召开了“矿山环境治理和生态恢复保证金管理座谈会”,中国煤炭加工利用协会吕英理事长、环境保护部自然生态保护司房志处长、环境保护部环境规划院陆军副院长等←导出席了会议,中煤能源、冀中能源、山西焦煤三个集团公司及下属企业,山东兖矿集团、淮南矿业集因、陕西煤化工集团等相关单位的代表和专家参加了会议。吕英理事长对山西省环境治理和生态恢复保证金试点工作的背景情况进行了说明;房志处长在讲话中特别指出:本次座谈会的重点内容是讨论保诬金制度试点过程存在的问题和不足以及需进一步完善的地方,探讨保证金如何收取、如何使用、使用过程如何监管、保诬金制度下一步工作如何开展等一系列问題,力争最大程度地发挥环境治理和生态恢复保证金的作用,更妤的为煤炭行业环境保护工作服务会议期间,山西焦煤集团及其下属西山煤电公司等企业的代表,就保证金在本企业的具体实施情况和企业在环境保护方面取得的成绩做了汇报,冀中能源集团等非保诬金试点省份的代表就各自企业开展环境保护和发展矿区循环经济的情况和成绩做了发言。对企业代表提出的与保证金相关的问题,房志处长均做了解答,明确了环境保护和生态恢复保证金是企业自提自用的资金,属于企业专门用于环境治理和生态恢复的资金。下一步的工作是扩大保证金试点范国,完善保诬金的使用,切实发挥保证金在煤炭行业环境保护和生态恢复方面的作用。环保部中国煤化工包强调了环保标准制定的必要性及大型煤炭企业在矿区环境保护方面的重要作用。与会业环境保护方面发挥的龙头作用均表示感谢HCNMHG利用协会在煤炭行(环保办)