水煤浆添加剂

水煤浆添加剂的研究进展

刘晓霞1，屈睿2，黄文红3，龚林彦3

（1.西北化工研究院信息中心2.北京中外建筑设计有限公司西北分公司3.新疆独山子天利高

新技术股份有限公司）

摘 要：简要介绍了水煤浆添加剂的分类、作用及工作原理，在此基础上，详细分析和论述了国内外水煤浆添加剂的研究现状及发展方向，并对水煤浆添加剂研究领域存在的问题进行了探讨。

关键词：水煤浆添加剂；分散剂；稳定剂；进展

中国是个富煤少油的国家，煤炭资源在中国能源消费中占70%左右。煤炭的传统使用方法具有灰渣多、污染大、运输困难、燃烧发热率不高等缺点，水煤浆技术则是针对这些缺点对煤炭资源进行深度加工、合理利用的重大改革。水煤浆是一种新型煤基流体燃料，由煤 约70% 、水约30% 及少量添加剂，经过一定的工艺流程加工而成。它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有石油一样的流动性与稳定性，可以贮存、泵送、雾化与稳定燃烧，是一种比较理想的代油煤炭洁净燃料，不仅可以在电站锅炉、工业锅炉和窑炉中直接燃烧，还可以代替油或代替煤气作为燃料 。

由于水煤浆是一种粗颗粒悬浮体，且煤炭属于疏水性物质，因此，要使浆体具有良好的流变性和稳定性，即使是易成浆的煤种，若不加入化学添加剂，要制成所希望的水煤浆是不可能的。为了使水煤浆在正常使用中具有较低的粘度、较好的流动性；静止时又具有较高的粘度，不易产生沉淀，在制浆过程中，一般会添加少量的化学添加剂，用量通常约占煤炭总量的 1% 。

1 水煤浆添加剂的分类及作用原理

1. 1 水煤浆添加剂的分类

根据作用不同，水煤浆添加剂可分为分散剂、稳定剂和助剂三大类，其中分散剂最为重要。水煤浆添加剂是水煤浆生产过程中必需的重要助剂，特别是对高浓度、高稳定性水煤浆的制备，添加剂的作用尤为关键。分散剂能使煤颗粒均匀分散在水中，并在颗粒表面形成水化膜，使煤浆具有流动性。按照溶于水后的解离程度，水煤浆分散剂又可分为阴离子型、阳离子型、两性型和非离子型，其价格比为1∶3∶4∶2,出于对性价比的考量，目前国内外研制及筛选出的水煤浆分散剂主要为阴离子型和非离子型，其中主要有萘系、腐殖酸系、木质素系、聚烯烃系、丙烯酸系以及相关的复配产品 。

水煤浆稳定剂具有两个作用：一个是使水煤浆具有剪切变稀的流变特性，即当静置存放时水煤浆有较高的粘度，开始流动后粘度又可迅速降下来；另一个是使沉淀物具有松软的结构，防止产生不可恢一个是使沉淀物具有松软的结构，防止产生不可恢复的硬沉淀。现阶段使用的水煤浆稳定剂主要有无机电解质和高分子化合物两类，如各种可溶性盐类、高分子表面活性剂、纤维素、聚丙烯酸盐等。 c w m

1. 2 水煤浆添加剂的作用原理

水煤浆添加剂实际上是一些表面活性剂，在水煤浆制备过程中，它可以改变煤粒的表面性质，使煤粒能够在水中分散，使煤浆体具有良好的流动性和稳定性。水煤浆添加剂是一种两亲分子，由疏水基和亲水基两部分构成。

1. 2. 1 提高煤颗粒表面亲水性 由于煤表面主要是疏水性物质，煤颗粒在水中具有热力学不稳定性，极易团聚，把本来有限的水包裹在颗粒间缝隙里，从而使体系粘度高，流动性差。分散剂分子通过其疏水基和煤表面结合，以亲水基朝水的定向排列方式把水分子吸附在煤粒表面，变疏水性为亲水性，借水化膜将煤粒隔离开，减少煤粒间的阻力，从而达到降粘的作用。

1. 2. 2 增加煤颗粒表面电性 DLVO 理论认为，胶体颗粒稳定存在的先决条件是颗粒间的静电斥力大于颗粒间的范德华引力。当增加了煤粒表面静电斥力以后，煤粒之间不易接近，难以形成聚集状态，可以增强水煤浆的分散稳定性。但是，这并不是煤粒分散的充分条件。如非离子表面活性剂不能使煤粒表面荷电，却分散性很好的事实也证明，除了静电斥力外，还有其它的作用效应存在。

1. 2. 3 空间位阻效应 煤粒表面吸附添加剂分子时，颗粒间就增加了一层障碍，煤粒、添加剂分子的亲水链及水分子就构成了三维立体结构，当颗粒相互靠近时，可机械地阻挡聚结。其中稳定剂的作用机理主要体现在使煤粒与水之间形成一种较弱，但又有一定强度的三维空间结构，从而对颗粒的沉淀起到阻碍作用。

2 水煤浆添加剂的国内外研究现状

2. 1 国外水煤浆添加剂的研究状况

国外关于水煤浆添加剂的研究已有多年的历史，比较突出的有日本油脂公司、花王公司、雄师公司等。目前，日本研究人员开发的一系列性能优良的分散剂如萘磺酸盐聚合物 （NSF ）、聚苯乙烯磺酸钠（PSS ）已经实现工业化生产 。已有的研究结果表明，水煤浆添加剂分子结构特征（主结构特征、取代基的类型及性质、聚合度、磺化度及羟值等）与煤质及煤表面物理化学性质有着密切的相关性，这种匹配性影响着煤的成浆性、流变性以及浆体稳定性 。Hiroto 等人在研究单体结构相同，而取代基或聚合度等不同的添加剂对无机粘土含量较高的煤的成浆性影响实验中，发现不同的添加剂对煤的成浆性影响有较大的差异，说明添加剂的结构特征和煤中所含的无机矿物之间存在着相关性。ToshiyukiUkigai 等在实验中发现，随着磺化度的增加，添加剂和煤粒表面的亲和力加强，因而改变了煤浆的流变特性 。在水煤浆分散剂的复配方面，土耳其的 G. Atesok 等 就将 PSS 和 NSF 复配用作水煤浆分散剂，用来调节水煤浆的流变性，并取得了理想的效果。ShigeruMaeda 分别用 NSF 和木质素磺酸盐制浆，发现在储存和运输期间会产生沉淀,浆的稳定性差，但是在复配了三聚磷酸钠后，水煤浆粘度显著下降，稳定性大幅度提高，其研究结果还指出,其它聚磷酸盐 （如焦磷酸钠）也具有较好的复配效果。另外，在水煤浆稳定剂的研究方面，F. Boylu 等 通过试验发现，羟甲基纤维素 CMC 和无机矿物质都能够有效抑制水煤浆的沉降和分离，对水煤浆具有很好的稳定作用。

2. 2 国内水煤浆添加剂的研究状况

近年来，华南理工大学、南京大学、中国矿业大学、江苏省昆山市迪昆精细化工公司、淮南矿业集团合成材料有限责任公司等对水煤浆添加剂做了很多研究工作，开发出一系列具有竞争力的产品。华南理工大学的邱学青等将磺化丙酮 2甲醛树脂 SAF 用作制备水煤浆中的分散剂，试验结果表明，SAF 是一种非常有效、非常有发展前景的高负荷水煤浆用分散剂 。南京大学开发的 NDF 水煤浆添加剂适用煤种宽，性能好，也占有了大量的水煤浆添c w m