腐殖酸类水煤浆分散剂的化学改性研究

河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2005年第22卷腐殖酸类水煤浆分散剂的化学改性研究张佳丽,张如意,谌伦建〔河南理工大学材料科学与工程学院,河南焦作454000)摘要利用稀硝酸、亚硫酸钠及甲醛对腐殖酸类水煤浆分散剂进行化学改性并用于义马煤制浆考察了分散剂对水煤浆粘度、分散性和稳定性旳影响。硏究表明腐殖酸的化学改性是提髙其分散性能的有效途径制得的水煤浆浓度提高4.8%粘度下降306mPa·s稳定性明显改善。关键词腐殖酸;分散剂;改性;分散性能中图分类号TQ534.4文献标识码文章编号1003-3467(2005)9-0018-03Study on Chemical Modification of Humic AcidDisperser for Coal Water SlurryZHANG Jia-li ZHANG Ru-yi CHEN Lun-jianInstitute of Material Science and Engineering Henan Polytechnic University Jiaozuo 454000 ChinaAbstract: The humic acid as a kind of disperser of coal water slurry( cws), is modified chemically byusing Yima coal as raw material and diluent nitric acid, sodium sulfide and formaldehyde as modifiers inan orthogonal experiment. The influences of disperser on viscosity dispersion and stability of coal waterslurry are studied. The results of the research indicate that the chemical modification of humic acid is aneffective way for raising dispersion property. The concentration of coal water slurry prepared by Yima coalincreases 4. 8%, viscosity decreases 306 mPa's and the stability is improved significantlyKey words: humic acid disperser modification dispersion property1引言香酚羧酸混合物具有价廉易得、分散性能良好等优水煤浆Cw( coal water slurry)由大约70%的点作为表面活性剂广泛用于钻井泥浆调整剂、水泥煤粉、30%的水和1%左右的添加剂制备而成具有减水剂陶瓷釉浆添加剂等其作为水煤浆分散剂,良好的流动性与稳定性,可泵送、雾化与稳定燃烧主要缺点是制得的水煤浆稳定性差。本文通过对腐是一种比较理想的代油燃料。影响水煤浆质量的因殖酸类分散剂进行化学改性研制性价比优良的水素很多如煤质特性、粒度级配、添加剂等。水煤浆煤浆添加剂。分散剂占添加剂的90%因此分散剂的种类性能2实验部分是影响水煤浆浓度、粘度、稳定性和雾化燃烧等特性2.1腐殖酸制备参数的关键因素。试验煤样为河南焦作李封泥炭其煤质分析数腐殖酸是分子量和结构不同的大分子多取代芳据见表1。表1李封泥炭的煤质分析工业分板质量分数)元素分板质量分数腐殖酸含量(干基0NS总腐殖酸游离腐殖酸黄腐酸23.9022.0149.2530.1260.326.331.1459.9312.12注№分析基水分A』灰分N。干燥无灰基挥发分≯C分析中国煤化工燥无灰基的分析,下同。分析结果表明泥炭腐殖酸含量较高主要以活法拙CNMHG拉度小于20目的泥炭性游离组分存在未被钙镁结合可以采用直接碱溶于烧杯中加λO.ⅠπoL氢氧化钠的鰲馏水溶液收稿日期2005-07-01作者简介张佳丽1972-)女预士讲师从事矿物加工的研究电话013703917581第9期张佳丽等腐殖酸类水煤浆分散剂的化学改性研究固液比为1:10进行萃取、抽提经酸析、静置、过腐殖酸的化学改性主要有腐殖酸的硝化、磺化滤、洗涤经过冻一融技术进行干燥即得腐殖酸和磺甲基化等。根据文献2-41制定三因素二水平2.2腐殖酸的化学改性表如表2所示表2腐殖酸化学改性的三因素二水平表水平磺甲基化硝酸/mL温度/℃时间/mim氢氧化钠/g亚硫酸钠/g时间/mim氢氧化钠/g亚硫酸钠/g甲醛/mL注:磺化反应和磺甲基化反应均在水的沸腾温度下进行磺甲基反应时间为1h。取一定量腐殖酸放入1000mL大烧杯中分别表5腐殖酸磺化试验方案及试验结果分析按正交表L(2)进行硝化、磺化和磺甲基化反应因素浓度粘度4 h反应结束即进行冷却、干燥得腐殖酸类改性产品序号氢氧化钠亚硫酸钠时间% mPa.s稳定性用于义马煤制水煤浆试验。168.16720少量软沉淀2.3改性腐殖酸的成浆性实验2342267.19708少量软沉淀269.37679无沉淀制浆用煤为河南义马煤其煤质分析数据见表68.30628少量软沉淀3。为获得高浓度水煤浆采用双峰级配技术控制K(浓度)135.35137.53135.46煤粒度分布。制浆实验采用实验室标准程序将质K(浓度)137.67135.49136.56量比约为7:3的煤样与水混合加入1%的改性腐浓度)2322.040.10殖酸类添加剂以干煤质量计)调成糊状然后以K(粘度)142813991348l000r/min的搅拌速率搅拌10min即可成浆5K(粘度)13013361387R粘度)1216339立即进行煤浆浓度、粘度和稳定性测定。表6腐殖酸磺甲基化试验方案及结果分析表3义马煤煤质分析因素浓度粘度24h工业分标质量分数)元素分标质量分数)FC序号氢氧化钠亚硫酸钠甲醛%mPa:s稳定性167.55742少量软沉淀9.1815.0243.1143.9175.325.3517.501.10.72浓度测定采用烘干称重法将一定质量的水煤23421269.65684无沉淀浆体均匀浆置于105℃±5℃烘箱中在鼓风条件下烘干至2171.53632少量软沉淀恒重以干煤质量占煤浆的质量分数计。粘度测定K(浓度)13521720139.08采用NXS-11型旋转粘度计测定剪切速率为100K(浓度)141.18139.24137.36s-时的表观粘度。稳定性测定采用静态观察法。R(浓度)5.922.041.72K(粘度)146914261374腐殖酸分别进行硝化、磺化、磺甲基化的试验方案K(粘度)131613591411及结果分析见表4~6。粘度)15表4腐殖酸硝化试验方案及试验结果分析注源腐殖酸进行成浆性实验其浓度为6.71%粘度因素浓度粘度4h为938ms稳定性为放置24h后有软沉淀和少量硬沉序号硝酸用量温度时间%mPa·s稳定性淀168.80751析水软沉淀3结果与讨论212267.99728少量软沉淀3.1腐殖酸类水煤浆分散剂化学改性的影响因素266.59787少量软沉淀65.89816析水软沉淀根据表4~6结果综合评定改性因素对水煤浆K(浓度)136.79135.39134.69浓度V中国煤化工可以得出硝酸用量是K(浓度)132.48133.88134.58影响CNMH素反应温度、反应时R浓度)4.311.510.11间是次要因素。影响腐殖酸磺化效果的主次因素依K(粘度)147915381567次为氢氧化钠用量、亚硫酸钠用量、反应时间等影K(粘度)160315441515响腐殖酸磺甲基化的主要因素为氢氧化钠用量亚K(粘度)1246硫酸钠用量、甲醛用量则是次要因素。我们还可以河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2005年第22卷发现在现有的化学改性条件下腐殖酸类分散剂经剂中亲水、疏水基团的比例和分布发生了变化引起过磺化改性和磺甲基化改性后水煤浆浓度、粘度及其表面物理化学性能的变化影响其成浆性稳定性均优于通过硝化改性的分散剂的制浆性能。4结论3.2改性腐殖酸水煤浆分散剂对成浆性能的影响利用稀硝酸、亚硫酸钠及甲醛对腐殖酸类水煤比较腐殖酸化学改性前后成浆性试验数据,可浆进行化学改性并用于义马煤制浆。化学改性的以看岀腐殖酸改性后制得的水煤浆性能明显优腐殖酸添加于水煤浆中能有效提高其分散性能使化水煤浆浓度提高4.8%粘度下降306mPa·s,水煤浆粘度下降306mPa·s稳定性明显改善。稳定性则明显改善。义马煤变质程度低、难成浆腐参考文献殖酸类分散剂通过化学改性使分散剂中的亲水基[1]郑平煤基腐殖酸的制备及其综合利用[M]北京团包含-C00、一NO3、一NO2及一SO3H等,根科学出版社1989据分散剂的作用机理分散剂中的亲水基团易溶于[2]郑平煤炭腐殖酸的生产和应瓶MJ北京北学工水中憎水基团和煤粒表面结合然后以定向方式把业出版社1991水分子吸附在煤粒表面变疏水性为亲水性借水化[31 Shuquan Zhu xiaowen Yang Xinguo Wang, The influence膜将煤粒隔开从而降低了水煤浆的粘度腐殖酸类of hydrophilic groups on slurryability of Chinese coals分散剂经磺化和磺甲基化后引入的磺酸基和磺甲A]. Proceedings of the 99 International Symposium onining Science and Technology[ C ] ROTTERDAM A基是离子化强亲水基团,一方面降低了水的表面张A BALKEMA 1999力使水更好地润湿固体形成水化层及微细胶粒增[4]潘相卿曾凡傅晓燕.腐殖酸类水煤浆分散剂性能加了水煤浆的流动性;一方面根据DLVO理论与其级分的关系研究(Ⅰ)分散性能与级分的关系强离子化基团使煤粒表面带负电荷增加了煤粒的[J]煤炭转化1999p(1)38.静电斥力使煤粒间凝聚作用减弱而被分散使稀释「5]张荣曾.水煤浆制浆技术[MJ北京:科学岀版社,作用增强同时分散剂吸附在煤粒表面形成空间1996位阻使稳定性增强溻外经过改性腐殖酸类分散欢迎订阅《数字化工》《数字化工》是中国化工信息中心为响应政息化建设的规划实施及成功经验帮助企业利用府信息化带动工业化"的号召,于2003年1月T技术最大限度提升企业核心竞争力洞时向T推出的全国唯一—本报道石油和化工行业信息化企业介绍石油化工企业信息化的需求和市场趋的专业期刊是石油和化工企业和I服务商之间势。的沟通平台和桥梁。办刊目的旨在推动石油和化读者对象为政府部门主管、石油石化和化工工行业中各企业的信息化进程向行业内的企事企业的总经理、信息化决策主管、企业信息科技发公业单位介绍信息化方向的新思路新观念和新技展中心的负责人及项目技术人员、仪器仪表车间必术。服务于石油、石化、化工企业的生产、科研、管主任、服务厂商主管等。2理和贸易的数字化、网络化及知识化报道企业信主要栏目视点行业视角独家观点案例专注石化再现经典技术全线出击注重实践资中国煤化工2《数字化工》为月刊国内统一刊号N11-4897/FCNMHG8)全国统一发行。每月25日出版。每期24元全年定价288元2地址北京安外小关街53号化信大厦B座8层邮编10009电话010-6444014传真010-64444E-mail'szh@chemi.org.cn