改性水煤浆分散剂合成的影响因素

煤炭加工与综合利用No.3,2013COAL PROCESSING COMPREHENSIVE UTILIZATION改性水煤浆分散剂合成的影响因素裴福生,许徳平,杨雅,刘宸,陈宇飞,田斌(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083)摘要:实验以木质素磺酸钠、丙烯酸和乙二醇为原料,过氧化氢与七水合硫酸铁作引发剂,合成改性水煤浆分散剂GM;研究了原料配比、反应温度和反应时间对GM在褐煤制浆过程中分散性能的影响;结果表明,在木质素磺酸钠、丙烯酸与乙二醇的配比为1:3:4,反应温度70℃,反应时间1h的条件下,可制备较为优良的褐煤用水煤浆分散剂GM。关键词:褐煤;水煤浆;分散剂;木质素磺酸钠;合成;改性中图分类号:TQ536文献标识码:A文章编号:10058397(2013)03006304水煤浆是一种煤基流体燃料,是由煤、水和度水煤浆难度大。因此,寻找来源广泛、性能高少量分散剂,经过一定工艺过程制备而成的。效的分散剂,可以促进对褐煤资源的开发利用。影响水煤浆浓度、稳定性、流动性的因素很多,笔者以木质素磺酸钠分散剂为原料,采用丙烯酸其中水媒浆分散剂是提高其成浆性的重要因素之和乙二醇作改性剂,对木质素磺酸钠进行改性,2。分散剂的主要作用是改变煤粒表面性质,制备出了性价比较高的水煤浆分散剂。该分散剂使煤颗粒能够很好地在水中分散,使水煤浆具有用于褐煤制浆,可提高其对褐煤成浆的适应性,良好的流动性和稳定性。目前,国外研究的水对提高褐煤制浆浓度有着重要作用。煤浆分散剂虽然性能优良,但其价格昂贵,并不适合我国国情。国产水煤浆分散剂主要以萘系、1分散剂合成及性能测试实验木质素系、腐殖酸系为主,萘系分散剂存在着稳1.1试验原料定性差和成本较高的问题,木质素系和腐殖酸系实验所用原材料包括:木质素磺酸钠,化学分散剂则存在着制浆黏度大、添加量多的问题。纯;丙烯酸,分析纯;乙二醇,分析纯;过氧化氢,此外,国内分散剂主要针对烟煤开发使用,对其分析纯;七水合硫酸铁,分析纯。试验煤样采用宝他煤种的适应性差。我国褐煤储量较高,褐煤制日希勒褐煤,煤质工业分析和元素分析见表1水煤浆是褐煤的应用方向之一,但褐煤制备高浓表1原煤工业分析和元素分析项目M/%v4/%FCa/% FCda/%N/%Hao0%褐煤样13.5815.346.700.7357.080.24.46从煤质分析结果可以看出,宝日希勒褐煤的1.2试验仪器含氧量和内在水分偏高,属于难成浆煤种,若采试验仪器包括容积为500mL的四口烧瓶,用常规制浆方法很难制成高浓度水煤浆,因此有恒温水浴锅,温度计,J-1型电动搅拌装置,必要研制改性分散剂,以提高其制浆浓度。电子天平,蠕动泵和移液管等。1.3水煤浆分散剂的合成工艺收稿日期:2013403-25改性木质素磺酸钠是在原有木质素磺酸钠的作者简介:裴福生(198,女,内蒙古赤峄人,中因矿分子结构中通过化学合成引入羧基,羧基再与乙大学(北京)化学与环境工程学院矿物加工工程专业2010级在二醇反应,既引人羟基又增加了支链长度。以木硕士研究生,研究方向:洁净煤技术煤炭加工与综合利用2013年第3期质素磺酸钠、丙烯酸和乙二醇为原料,过氧化氢烯酸用量为6g时,表观黏度达到最低值,根据与七水合硫酸铁作引发剂,通过优化原料与改性实验中木质素磺酸钠的添加量可知,木质素磺酸剂的比例,调整反应时间等工艺条件进行合成试钠与丙烯酸的比例为1:3时,GM对褐煤的分散能验。具体工艺过程是将一定比例的去离子水和木力最强。质素磺酸钠放入装有搅拌器的四口烧瓶中,在恒2.2乙二醇用量对合成产物GM性能的影响温的水浴锅中搅拌10min后加入一定量的引发选定木质素磺酸钠与丙烯酸的配比,研究乙剂,同时调节水浴锅温度。当水浴锅温度达到某二醇加入量对产物性能的影响。在保持其他反应值时开始向四口烧瓶中滴加丙烯酸,然后滴加乙条件不变的情况下,通过改变乙二醇与木质素磺二醇,在一定温度下进行合成反应。反应结束冷酸钠的比例合成产物。通过观察所制水煤浆的表却后调节产物的pH值,装瓶保存产物,即得到观黏度,检验合成产物的性能,实验结果如图2改性木质素磺酸钠分散剂,将其命名为GM。所示。1.4水煤浆的制备及性能测试实验采用干法制浆,采用质量分数法测定水煤浆的浓度,使用NXJ-11旋转黏度计测定水煤浆黏度,用目测法检测水煤浆的流动性。2实验结果与讨论2.1丙烯酸用量对合成产物GM性能的影响根据合成反应可知,加入到反应体系中的丙681012烯酸数量对合成产物的性能影响较大。为了确定乙二醇用量丙烯酸的最佳用量,在保持木质素磺酸钠和乙二图2乙二醇用量对水煤浆表观黏度的彩响醇数量及其他反应条件不变的情况下,通过改变从图2可以看出,水煤浆的表观黏度随着乙丙烯酸与木质素磺酸钠的质量比进行合成实验;二醇醇用量增加呈先下降后上升的趋势,在乙二醇然后利用合成产物制水煤浆,通过观察水煤浆的表观黏度,检验合成产物GM的性能,从而筛选用量为8g时,出现最低值。根据实验中木质素磺酸钠的添加量可知,木质素磺酸钠与乙二醇的出较佳值,实验结果如图1所示。比例为1:4时,GM对褐煤具有更好的分散效果。2.3引发剂用量对合成产物CM性能的影响引发体系对合成反应有着较大影响,实验选定合成材料的最佳配比后,研究引发体系对合成出350产物性能的影响。实验选择氧化还原引发体系,选择的引发剂为过氧化氢和七水合硫酸铁。在保持其他反应条件不变的情况下,考察引发剂用量对反应产物性能的影响,实验结果如图3所示。丙烯酸用量实验中首先确定七水合硫酸铁的用量,在此图1丙烯酸用量对水煤浆表观黏度的影响基础上找到引发剂的最佳比例。由图3可知,水煤浆的表观黏度随着引发剂用量的增加显著下从图1可以看出,最初,水煤浆表观黏度随降,然后又小幅上升。过氧化氢与七水合硫酸铁丙烯酸用量的增加呈明显下降趋势,这是由于引比例为4:5时,表观粘度最低。这是由于引发剂入羧基侧链后使得空间位阻作用增强,煤粒表面对于合成反应速率和产物的相对分子质量影响较形成了一层水膜,具有很好的润滑作用,阻碍了大1。合成产物的相对分子质量大小对于水煤浆煤粒间的团聚,达到了良好的分散效果“。在丙的分散性能有很大影响,相对分子质量太小的分2013年第3期裴福生,等:改性水煤浆分散剂合成的影响因素在保持其他反应条件不变的情况下,改变反应时间,得到不同反应时间下的合成产物,然后以其作为分散剂进行制浆,检验合成产物的分散性能,实验结果如图5所示。0040060080.100120.14016引发剂用量g图3引发剂用量对水煤浆表观黏度的影响散剂降黏作用差;随着相对分子质量的提高,分散剂的分散效果随之提高;但相对分子质量过大40.5000.5101.52025时间h时,表观黏度也会增大6。引发剂用量过多时图5反应时间对水煤浆表观黏度的影响合成产物的相对分子质量下降,使得合成产物的分散性下降;引发剂用量太少时,则反应不完由图5可知,水煤浆的表观黏度随着反应时全间的不断增加先下降再上升。当反应时间为1h2.4反应温度对合成产物GM性能的影响时,合成产物分散剂GM的性能有较佳值,即反选定原材料及引发剂用量,并保持其用量及应时间为1h时的合成产物对水煤浆具有更好的反应时间不变,研究反应温度对合成产物性能的分散性影响。改变反应温度,得到不同的合成产物,并2.6GM与蒜系分散剂的性能比较分别制浆,实验结果如图4所示。分散剂对水煤浆的分散机理:分散剂吸附在煤粒表面产生空间位阻和静电斥力,使煤粒与煤粒在水介质中分散开来。根据上述分析,在最佳合成反应工艺条件下制备出改性木质素磺酸钠分散剂GM,分别釆用GM、萘系及木质素磺酸钠对宝日希勒褐煤进行成浆性实验,所测煤浆性能见表2。表2宝日希勒褐煤与不同分散剂制得水煤浆的技术性能分散剂表观黏温度℃分散剂用量/%浓度/%流动性度/mPa·s图4反应温度对水煤浆表观黏度的影响55.41637.53萘系0.754.23635.75A由图4可以看出,反应温度对合成产物CM木质素磺酸钠0.749.88708.76A的分散性能影响显著。反应温度高低直接影响引发效率的高低,随着温度的升高,引发的反应活由表2可以看出,对于宝日希勒褐煤这种难性提高,生成活性自由基的速率随之加快,同时成浆煤种,在相同的制浆工艺条件、相同分散剂反应速率也得到提高。图4中所示水煤浆的表观用量下,GM与萘系相比,不仅具有与萘系相同黏度随着反应温度的不断升高先下降到某值后再的分散效果,并且制浆浓度提高了1.18个百分上升。由此可知,当反应温度为70℃时,合成点;GM与改性前的木质素磺酸钠相比,制浆浓的产物GM对水煤浆具有较好的分散性。度提高约5.5个百分点。从经济效益考虑,与萘2.5反应时间对合成产物GM性能的影响系合成成本5500元/相比,GM合成成本降低反应时间对合成反应有着至关重要的影响,约800元煤炭加工与综合利用66COAL PROCESSING COMPREHENSIVE UTILIZATIoNNo.3,2013球磨机制水煤浆工艺初步研究王二林,刘占江,张爱东(首钢矿业公司烧结厂,河北迁安064400)摘要:论述了水煤浆生产常用的溢流型球磨机的构造及磨碎原理;分析了球磨机转速,筒体直径和长度,内衬板和研磨介质,内装球量、球径、球比等因素对其磨碎效率的影响;以首钢矿业公司烧结厂的制浆工艺为例,确定了最佳磨矿条件。关键词:水煤浆;球磨机;转速;配球比中图分类号:TD41.4文献标识码:A文章编号:10058397(2013)03006605随着石油资源日益贫乏和石油价格不断上涨,迫切需要一种石油替代品。虽然核能、太阳1磨机的选择能技术研究不断发展,但是目前距离广泛应用还有很长的路。水煤浆作为石油替代品以其制造技1.1磨机的分类术要求低、工艺简单、成本低廉得到迅速发展依照磨矿介质、筒体形状、筒体直径和长度而且在很多地方已经开始替代重油,并取得了可的比例以及排料方式的不同,磨机主要分为短筒观的经济效益。目前大部分水煤浆生产厂家采用型、圆锥型、管型等几类,磨机筒体的直径与长的磨机为溢流型球磨机,这一设备在水煤浆制浆度示意见图1,磨机的分类见表1。工艺中发挥了重要作用。收稿日期:201301-16作者简介:王二林(1982-),男,河北保定人,2004年毕业于河北科技师范学院机械设计制造及其自动化专业,工学学a—短筒型磨机(溢流型);b-圆锥型磨机(溢流型);士,首钢矿业公司烧结「机动科机械设备工程师,电话:0315管型磨机(溢流型);d短筒型磨机(格子型7713671。图1磨机筒体直径和长度的比例示意3结论状[J].煤炭加工与综合利用,2010(2):41-43.(1)通过优化原料配比、反应温度和反应时[2]张荣曾.水煤浆制浆技术[M].北京:北京科学出版社,1996间等,制得了改性木质素磺酸钠分散剂GM。合[3]苏毅,马步伟,赵振新.分散剂在水煤浆中作用[J]成分散剂的最佳工艺条件是:木质素磺酸钠、丙河南化工,2005(22):8-11烯酸与乙二醇配比为1:3:4,引发剂过氧化氢与[4] Funk James E. Coal Water Slurry and Methods for its七水合硫酸铁配比为4:5,反应温度70℃,反应Preparation:Us,4282006[P].1981-08-04.时间为1h。[5]邹立壮,朱书全,王晓玲,等.不同水煤浆分散剂与煤(2)将GM作为水煤浆分散剂用于宝日希勒之间的相互作用规律研究:XI分散剂改性煤粒的界面性质及其对CWS性质的影响[J].燃料化学学报,2006褐煤制水煤浆,最高煤浆浓度达到55.41%,说34(2):I61-165明GM是一种性能优良的改性木质素磺酸钠系水[6]茅晔辉,朱书全,昊晓华,等聚羧酸系水煤浆分散剂煤浆分散剂。的合成试验[J.煤炭加工与综合利用,2009(1):4参考文献[7]谢欣馨,戴爱军,杜彦学,等.水煤浆分散剂的发展动向[冂].煤炭加工与综合利用,2010(2):43-46[1]郝祯娟,付晓恒,张晓波.水煤浆干法制浆工艺发展现