造纸黑液制备水煤浆添加剂的研究

第22卷第2期淮南工业学院学报Vol 22 NO2002年6月JOURNAL. OF HUAINAN INSTITUTE OF TECHNOLOGYJUN.2002造纸黑液制备水煤浆添加剂的研究张宏伟,张保林蔡燕,李寒旭(安徽理工大学化学工程系,安徽淮南232001)摘要:通过正交实验法,对造纸黑液加压磺甲基化制备水煤浆添加剂进行了研究,数挹分析得出的优工艺条件是:100ml黑液(浓度20%),磺化剂15g,甲基化剂20ml,反应温度100C,时间6h,同时提出了一种新的评价水煤浆性能的方法。关键词:水煤浆;添加剂;造纸黑液中图分类号:TQ351.9文獻标识码:A文章编号:1671-0932(2002)020049-05水煤浆作为洁净煤技术重要分支在我国近两制取水煤浆的成本,又可为造纸黑液的综合利用开年有了很大发展,但由于添加剂价格的原因,水煤辟一条新的途径。浆的发展却不时受到制约1。为此,该技术的关键已经集中在添加剂的来源问题上1实验原料及方法造纸黑液是我国主要环境污染之一,其有机污1.1合成原料染负荷量占全部造纸废水污染负荷量的90%以实验所用黑液为碱法黑液,其基本性质及特征上。本文采用加压磺甲基化法,将黑液中的有效组成如表1和图1所示。成分经适当处理后,成为水煤浆添加剂,既可降低表1造纸黑液性质参数表液种类密度(g·m-)pH值固含量(%)腐植酸(%)木质素(%)聚糖(%)安徽造纸厂l.942.3623.3680. 3285052919.53416.01593.81黑液红外谱图收稿日期:2001-09-24基金项目:安徽省“九五”科技项目(9912005)作者简介张宏伟(1975-),男,江苏丰县人,在读硕士,专业方向:洁净煤技术淮南工业学院学报02年第22卷在图1中3416cm-处,有羟基(-OH)伸缩1.3实验煤样振动宽吸收带;2919.5cm和2850.5cm处,煤的工业分析和粒度分布列于表3、表4。有甲基、亚甲基、次甲基伸编振动吸收带;1593.8表3煤的工业分析cm-,1495.9cm-1,694.3cm-1处,有苯环骨架伸煤种M,〔%)A4(%Va(%)HGI缩振动特征吸收带,加之470—586cm处芳香核准南洗精煤1.0214.1129.2268CH振动吸收带;以及1118.7cm-1处是不饱和醚及芳香醚吸收峰、1226.1cm-'、1079.6cm-1处表4煤的粒度分布数据峰是磺酸盐特征吸收峰等,表明了造纸黑液中含有芳香族化合物,其分子包含有-OH、一CH2粒度(目)100<20CH2、磺酸盐类等离子基团,根据文献[3],对其作百分比(%)10094.647.8适当改性,则可以做为水煤浆添加剂1.2添加剂制备1.4水煤浆性能测试影响添加剂制备的因素众多,在以前实验的基制浆时采用定时电动搅拌器搅拌,在800础上,加压磺甲基化固定了部分因素,着重考察磺1000r/min的转速下搅拌10min。粘度采用旋转化剂加入量,甲基化剂加入量,反应温度和反应时式粘度计测定,测试条件:3“转子,60r/min。水煤间,通过正交实验法确定加压磺甲基化工艺的制浆的稳定性用静止析水法来表征,即3d后测量试备方案见表2。管中析出的水高占煤浆总高的百分率;水煤浆的表2正交实验因素水平表流动特性用目测流动性来表示。同时,用落棒实验B来考察煤浆的沉淀情况。最后根据原始记录,采用水平磺化剂量(g)甲基化剂量(m)综合评分法来评价水煤浆的性能。11.22评价水煤浆性能的综合评分法评价水煤浆性能常用的有四个指标:粘度、流23B31.3动性析水率和稳定性。但在实际应用中难免会顾D此失彼,使对于水煤浆性能的评价难以客观全面的反应温度(℃)反应时间(h)进行。参照正交实验分析中的数据处理方法并结ccc115DDD合制备水煤浆的实践经验,提出了以下的综合评价方法这种方法的基本思路是在同一浓度的前提下,根据水煤浆四个指标的相对重要性,分别给他们不制备方法系将黑液稀释到20%左右,取100同的基本分,然后对每个指标不同的档次水平给出m造纸黑液加入高压反应釜(250m)中,用50-不同的权值,对于任一个指标用权值乘于基本分60ml蒸馏水稀释定量的磺化剂加人反应釜中并得到该指标在该档次水平的得分值然后对四个指加入定量的甲醛,密封反应釜,打开电源,开始搅标的得分值求和得到水煤浆性能的综合得分值拌,搅拌速率为28r/mn,同时开始加热,加热电从而确定水煤浆整体性能的优劣(见表5—表8)压为140V。待指示温度与设定温度相差10-15表5水煤浆流动性权值(基本分为100C时,调节电压至7080V。当达到设定温度时流动性A+AA-B+BB-C恒温数小时,到设定时间时,停止加热与搅拌,关闭电源让反应釜自然冷却到室温,打开反应釜,取出权数1.51.31.11.00.50.30.1反应液,并装人容量瓶中保存,以备制水煤浆之用表6水煤浆粘度权值(基本分为80)粘度(mPa·s)<300300-500500-700750-900900-1001100-13001300-1500>1500权数张宏伟,等造纸黑液制备水煤浆添加剂的研究第2期3实验结果与讨论进行的。正交实验的结果如表9所示。表7水煤浆沉淀情况权值(基本分为60)3.I工艺的优化分析淀情况无沉淀软沉淀较硬沉淀硬沉淀工艺优化是针对各添加剂产品在用量为权数L.2l.00.50.10.7%(浆基)时,制得的浓度为67%的水煤浆性能表8水煤浆析水率权值(基本分为40)析水率/(%)0-1.01.0-2.02.0-3.03.0-4.04.0-5.0>5.0权数1.00.7表9实验结果分析子序号D粘度(mPa·s)流动性析水率(%)沉淀情况禁合得分B11000无沉淀无沉淀B30.77软沉淀A21040软沉淀A2软沉淀6软沉淀10400.15无沉淀2381.5软沉淀330A31280无沉淀314306.7309.3极差48.746.7在表9中分别算出了三个水平相应的煤浆性小。根据以上分析,得出的优方案是A1D2B2C1,即能分值K1、K2K3,平均性能值k1k2、k3和极差磺化剂15g,反应时间6h,甲基化剂20ml,反应值。极差大的因素,说明它的三个水平对煤浆性能温度100℃。按此优方案生产出的添加剂实验编号的影响显著,通常是重要的因素极差小的因素,是为22次要因素,按照极差的大小,因素影响的主次顺序3.2磺甲基化反应过程为:A、D、B、C。即磺化剂量是主要因素,其次是反为考察磺甲基化反应的温度变化情况,将反应应时间,接下来是甲基化剂用量,反应温度影响最过程中的温度记录作图(见图2)t/min(a)升温曲线(b)升温速度曲线图2磺甲基化反应的温度及升温速度曲线淮南工业学院学报2002年第22卷从图2中可知:升温曲线平缓光滑,升温速度甲基化的反应温度范围主要集中在75-100C。曲线曲折多变。磺甲基化反应的升温速度曲线在反添加剂反应物混合物(未反应)和添加剂产品应开始20-25min有一个明显的峰值,而在其它的红外光谱图如图3、图4所示。时间升温速度比较均匀。结合两张图可以得出,磺502850.61456.9766.61385.714124.1206497.84000000图3加压磺甲基化产物产品反应物的混合样(未反应)光谱图2850.7121063416.81423.2628.71601.2图4加压磺甲基化产物产品光谱图张宏伟,等造纸属液制备水煤浆添加剂的研究第2比较反应前后两张谱图,可以看出,反应产物甲基及磺磺酸基团。的光谱上官能团区有甲基峰(2932.2cm-1、2734.3.322添加剂所制备的水煤浆性能3cm-1)出现;同时在1000-2000cm-内原来的将22“添加剂与原料黑液及不加添加剂的水磺酸基团的吸收强度也显著增强,这从一个方面说煤浆性能比较见表10,其中添加剂用量为0.7%明磺甲基化反应确已发生,木质素分子上被引人了(浆基)。表10水煤浆性能的比较添加剂种类目标浓度(%)粘度(mPa·s)目测流动性析水率(%沉淀情况无不成浆黑液(未处理)软沉淀680软沉淀40软沉淀由表10可见,在不加任何添加剂的情况下,淮(2)加压磺甲基化的反应温度主要集中在南煤不能制得浓度为66%的煤浆;只有加黑液的75-100℃,反应后的黑液添加剂的磺化度得到了情况下,由于黑液本身含有表面活性剂,可以制得进一步加强;67%的煤浆,但性能很差;22添加剂在同一浓度(3)文中对多指标煤浆性能评价提出的综合下可以制得性能比黑液好得多的水煤浆,即使更高评分法,便于考查水煤浆的综合性能的浓度也可以制得性能优良的煤浆,可以看出,22添加剂比未处理的黑液制浆浓度高1%-2%。参考文献4结论[1]詹隆,李洪波董强国,等.水煤浆技术应加快产业化发展[]煤炭科学技术.2001,29(3):4-5,(1)不加添加剂的情况下,淮南煤不能制得浓(2]张珂周思毅造纸工业蒸煮废液的综合利用与污染度为66%的煤浆,22添加剂比未处理的黑液制浆防治技术[M].北京:中国轻工业出出版社,1992浓度高1%-2%;由正交实验结果分析得到最优[3]孙成功分散剂分子结构特征对煤浆流变特性的影响工艺条件为:20%的黑液100m,加入磺化剂15g]燃料化学学报,199725(3):213-217和甲基化剂20m1,100C下反应时间6h;影响因4]吴贵生试验设计与数据处理[M]北京:冶金工业出素的重要程度为:磺化剂>反应量时间>甲基化剂版社,1997>反应温度Pilot study on the technique of utilizingblack liquor to prepare additive for coal water slurryZHANG Hong-wei, ZHANG Bao-lin, CAI Yan, LI Han-xu(Dept. Of Chemical Engineering Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001. ChinaAbstracl: The pressurized sulfonation and methylation process of utilizing black liquor to prepare additivefor CWM is studied by cross test and a new method of performance evaluation for CWM is given. Basedon the experiment, the optimum reaction conditions include: sulphonating agent 15g, methylating agent20ml to100ml black liquor with 20% solid content, the temp at 100c, the time for 6hKey words: coal-water slurry ;additive; black liquor