分散剂在煤泥及其主要组分表面的吸附机理研究

针对煤泥结构特性及利用现状,本文以腐殖酸钠(SH)和木质素磺酸钠(SLS)为研究药剂,探究了不同分散剂在煤泥表面的吸附性能,并借助分子模拟手段揭示了药剂在煤泥主要组分表面的作用机制。结果表明,SH和SLS在煤泥/兰炭表面的吸附动力学过程遵循准二级动力学方程,拟合所得相关系数R2均大于0.99,分散剂在颗粒表面的吸附受化学吸附控制。同时,SLS在水/煤界面和水/高岭石界面都具有较优的吸附性能,说明SLS更易于与在煤泥内主要组分发生吸附,吸附SLS后高岭石体系水分子的扩散系数D降低至6.69×10^(-9)m^(2)·s^(-1),从微观层面解释了SLS在煤泥表面的吸附量大于腐殖酸钠以及加入木质素磺酸钠能更明显改善含煤泥燃料浆浆体性能的原因。

准格尔煤制备水煤浆的成浆性研究

为提高准格尔煤粉煤灰中氧化铝的浸出效率,提出将准格尔煤以水煤浆的形式应用于循环流化床(CFB)锅炉的方法,即借助水煤浆的低温燃烧特性,进一步降低CFB锅炉的炉内煅烧温度,进而提高粉煤灰的反应活性及后续工艺的浸出效率。以水煤浆的制备试验为主线,系统比较了NNO、MF、LC和LS等4种常见水煤浆分散剂对准格尔煤水煤浆的分散效果,探讨了粒度对煤浆性能的影响,并利用流变数据与Herschel-Bulkley模型共同分析了浆体的流变特性。结果表明:分散剂NNO具备最佳的分散效果,其在用量仅为干基煤粉质量0.4%的条件下,可将准格尔煤水煤浆的表观黏度和流动直径由未加分散剂时的966 mPa·s(煤浆质量分数60%)和9.1 cm改善至468 mPa·s和13.2 cm;粒度对准格尔煤水煤浆的稳定性存在显著影响,随着煤粉平均粒度D_(50)由47.2μm减小至20.5μm,浆体的稳定性得到提高,硬沉淀的出现时间延长,且当D_(50)≤35.0μm时,煤浆的硬沉淀出现时间>7 d,满足生产需求;准格尔煤在D_(50)=35.0μm时制备出的水煤浆浆体综合性能最好,在煤浆质量分数为60%的条件下,浆体表观黏度仅为639 mPa·s,且流动直径为11.9 cm,流动等级为B^(ˉ)级,硬沉淀出现时间>7 d,低位发热量为10.06 MJ/kg,属于高品质水煤浆;准格尔煤水煤浆呈现出剪切变稀的流变特性,为假塑性流体,且符合Herschel-Bulkley模型,流变特性指数n<1。

PSS分散剂亲油基团对不黏煤成浆特性及表面吸附行为影响

为改善不黏煤成浆浓度低,浆体性能差的现状。以神华不黏煤(SNC)为研究对象,选用5种不同亲油基强度的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)分散剂。通过考察PSS亲油基强度与SNC水煤浆的流变特性、稳定性能、润湿性能及吸附行为之间的构效关系,探究分散剂亲油基团对SNC的成浆作用机理。结果表明:PSS分散剂亲油基团强度显著影响不黏煤制浆的稳定性、流变性和表观黏度。亲油链段加长,分子之间相互交联作用加剧,形成的空间位阻变大,使得浆体稳定性提高。但因分散剂分子在煤表面吸附量及其吸附常数随PSS聚合度的增加先增大后减小,水煤浆的表观黏度和流变性会在PSS聚合度为187时出现极大值。PSS分散剂在煤颗粒表面吸附符合Langmuir单分子层吸附模型,分散剂在浆体中分子间的交联概率低,可均匀吸附在SNC颗粒表面,进而在煤颗粒表面形成均匀的水分子吸附位点,促进形成质地均匀的水化膜。分散剂添加量为干煤粉的0.6%,浆体浓度达61%以上时所制备的SNC水煤浆具有更好的成浆性能。

不同水煤浆分散剂与煤之间的相互作用规律研究Ⅺ分散剂改性煤粒的界面性质及其对CWS性质的影响

测定了10种分散剂与14种煤所形成分散体系的Zeta电位,研究了分散剂对改性煤粒界面电化学性质的影响。结果表明,煤的变质程度越低、溶出高价离子越多,分散剂改性煤粒的Zeta电位越低。阴离子分散剂亲水基团的数量和所带电荷越多,改性煤粒的Zeta电位越高。非离子分散剂使改性煤粒的Zeta电位降低。阴离子分散剂改性的煤粒,Zeta电位大小能很大程度反映煤粒的亲水性强弱,很多阴离子分散剂改性煤粒的Zeta电位都与其吸水量成正相关。建立了包括煤自身亲水性(Mad)、分散剂亲水改性程度(△MHC),以及Zeta电位(ζ)和分散剂在单位煤表面积上的吸附量(Γs)在内的成浆性经验模型:CFV=76.62-1.896Mad-3.430△MHC+0.489Γs.ζ。该模型的计算值与实验结果很相近,而且还能反应出各变量对煤的成浆性所产生的影响。

水煤浆分散剂研究进展

水煤浆 ( CWS)是一种新型煤基液体燃料 .分散剂是水煤浆添加剂中的主要组分 ,是决定水煤浆性能的关键 .对水煤浆工业中普遍使用的阴离子型分散剂包括萘系、聚烯烃系、聚羧酸系、腐殖酸系和木质素磺酸盐系分散剂进行了评述 ,对非离子型分散剂和复配分散剂作了介绍 ,探讨了分散剂的分子结构对煤浆的流变性和静态稳定性的影响 ,并对水煤浆分散剂的研究开发与工业应用前景作了展望 .

煤泥对木质素系分散剂的吸附性能研究

为了解木质素系分散剂(LS)对煤泥成浆性能的影响,根据LS在煤泥表面的静态吸附试验,采用动力学方程和等温吸附模型对吸附曲线进行拟合分析,研究LS在煤泥表面的吸附作用机理。结果表明:LS初始浓度对吸附过程有显著影响,初始质量浓度为0.4 g/L时,吸附效果最佳;LS初始浓度相同时,吸附量随温度升高而增加;吸附过程符合伪二级动力学方程,吸附速率由表面扩散和颗粒内扩散联合控制;吸附行为符合Langmuir和Freundlich吸附等温方程,热力学参数计算结果表明LS主要通过氢键、静电等作用自发吸附在煤泥表面,通过增加煤泥表面润湿性,提高浆体分散稳定性。

聚羧酸系水煤浆分散剂对高灰煤泥成浆性的研究

针对煤泥制浆中灰分对分散剂分散效果的不利影响,设计并合成了耐盐型聚羧酸分散剂,通过红外分析、表面电位测定和制浆试验考察了该分散剂的性能。研究表明:聚羧酸分散剂与煤样结构相似,具有很好的匹配性;分散剂与煤颗粒结合后,煤粒表面的电位明显降低,电负性显著提高;聚羧酸系分散剂的相对分子质量处于110 000～170 000时,制浆效果最佳、最为稳定;与木系和萘系分散剂相比,利用聚羧酸系分散剂制备的水煤浆浆体质量分数达61%左右,且浆体表现出良好的流动性稳定性,分散效果最好。

煤泥水煤浆制备工艺研究

选用四种不同煤泥、采用三种不同制浆工艺制备了一系列煤泥水煤浆,以木质素磺酸盐作为分散剂,对煤泥水煤浆成浆性浓度、流动性、稳定性等进行了对比分析。结果表明,煤泥的成浆性与制浆工艺的选择和煤泥本身的性质有关,干法制浆时煤泥的成浆性、稳定性和流动性最好;干法制浆最有利于提高煤泥的成浆性浓度,但浮选后精煤泥干法制浆最不利于提高成浆性浓度;在髙灰条件下,影响定粘浓度的因素主要是灰分,在低灰条件下,影响定粘浓度的主要因素则是碳含量。

分散剂对低阶煤制备高浓度气化水煤浆的影响

甘肃华亭煤为低阶煤,内水含量高,制浆浓度较低,在气化过程中比煤耗、比氧耗增加,影响煤气化企业的经济效益。文章选择NF水煤浆分散剂(NF)、渭化水煤浆添加剂(WH)、木质素磺酸钠(SL)、日本JM添加剂(JM)等4种水煤浆分散剂,利用红外光谱对4种水煤浆分散剂的有机结构进行表征,考察分散剂对华亭煤的制浆性能的影响。不同水煤浆分散剂对华亭煤具有选择性,WH对华亭煤的制浆效果最好,通过改变分散剂及添加量为0.4%时,华亭煤制浆浓度从61%提高到65%。

石油磺酸盐表面活性剂在水煤浆制备中的应用

提出利用廉价易得的石油磺酸盐表面活性剂制备水煤浆。通过FTIR光谱分析了5种不同工艺的石油磺酸盐产品的结构,并考察了各种石油磺酸盐所成浆体的流变性、静态稳定性等因素。研究发现,原料馏分油中芳香类物质含量越多、对其磺化程度越高,所得的石油磺酸盐产品分散降黏性能越好,更适合作为水煤浆分散剂。结果表明,F#石油磺酸盐的成浆性能最好,当w(F#)=1 5%时,水煤浆中w(煤粉)可达65%,在25℃下剪切速率为100s-1时浆体的表观黏度为620mPa·s,可稳定贮存20d以上,达到了工业上对水煤浆性能的要求。

分散剂表面吸附特性和相关电化学性质对煤浆分散体系流变特性的影响

采用１７种不同变质程度的中国煤，详细研究了一种阴离子型分散剂在煤表面的吸附特性及其相关的表面电化学性质对煤成浆性及浆体流变特性的影响。结果表明，煤成浆性及浆体流变性并不单独取决于煤对分散剂的吸附量和煤表面动电位的大小。反映煤成浆性的浆体最高煤浆浓度取决于分散剂在煤表面的Ｌａｎｇｍｕｉｒ饱和吸附量Γｓ和相应动电位ξｓ的乘积Γｓ×ξｓ，而浆体流变指数则依赖于两者比值的大小Γｓ／ξｓ。表明水煤浆分散体系中煤颗粒的分散一方面是靠静电分散作用来实现，另一方面，分散剂在煤表面的吸附所产生的非静电分散作用也起了重要作用。同时，分散剂的表面吸附使煤表面产生的吸附荷电效应不能过高，否则，会对流体流变性不利。

竹浆木质素高效分散剂在酚水水煤浆中的应用

以竹浆造纸黑液为原料制备了竹浆木质素高效分散剂,并应用于酚水水煤浆的制浆;研究了竹浆木质素高效分散剂的相对分子质量和磺化度对水煤浆浆体流动性的影响,并进一步研究了助剂种类及掺量、分散剂掺量和制浆温度对酚水水煤浆制浆性能和稳定性能的影响.结果表明:具有中等相对分子质量和中等磺化度的分散剂制浆性能较优,分散降黏作用优于FDN;三聚磷酸钠与木质素分散剂复合使用可以降低水煤浆浆体的表观黏度,但加入量过高降黏效果变差,加入量为15%时,分散降黏效能最好;随着木质素分散剂掺量的增大,酚水水煤浆的表观黏度不断减小;随着制浆温度的升高,酚水水煤浆的表观黏度先减小后增大,在温度为55℃时,分散剂的降黏效果最优,浆体的表观黏度最小;木质素分散剂掺量为0.75%时,其分散降黏性能最优,此时水煤浆的稳定性最好.

分散剂种类与煤质的匹配性对成浆性的影响研究

采用Spearman相关性分析方法考察了不同种类分散剂条件下,煤质、灰中氧化物种类和煤岩显微组分对煤成浆性的影响,进而探讨了分散剂种类与上述因素间的匹配性规律。结果表明:当使用不同分散剂时,煤质、灰中氧化物和煤岩显微组分对成浆性的相关性程度有明显差异。ZFZ和JSS分散剂与高阶煤具有较好的匹配性,而NHS和MZS分散剂有利于改善低阶煤的成浆性。同时当煤中惰质组含量与镜质组含量相差较大时,NHS和JSS分散剂更有利于改善其成浆性。此外,灰中含量较高的氧化物Si O2、Al2O3和Ca O主要与成浆性呈负相关性。

利用浮选精煤制备水煤浆的试验研究

为了提高煤泥水煤浆的产品质量,以贵州金佳矿选煤厂的浮选精煤为研究对象,探索其成浆性、分散剂种类及其用量、搅拌强度、制浆温度等对水煤浆表观粘度的影响。试验结果表明:加入分散剂可以提高浮选精煤的成浆性和稳定性,其中萘系分散剂N的分散效果最好;在萘系分散剂N用量为0.80%、搅拌强度为1 200 r/min、制浆温度为40℃的条件下,可制得浓度为67.90%、流动性为A级、表观粘度为925 m Pa·s、稳定性为Ⅲ级的合格水煤浆。

聚醚聚羧酸盐在煤粒表面的吸附与分散作用研究

通过与直链聚丙烯酸/苯乙烯磺酸盐(PAA-SSS)和壬基酚聚氧乙烯醚(NP-8)比较,研究了梳型聚醚聚羧酸盐(PC-350)对彬长煤的成浆性能与其在煤粒表面的吸附行为之间的关系,分析了不同分散剂对煤表面Zeta电位的影响.研究发现,直链型PAA-SSS以卧式吸附在煤粒上,吸附量和吸附速率最小,其通过静电斥力作用使浆体具有较好的流动性,但稳定性较差;NP-8通过单点尾式吸附方式,具有较大吸附量和较快吸附速率,但其降粘性能不好;梳型PC-350以梳型方式吸附,其吸附量和吸附速率居中,而其成浆性能(分散降粘和稳定性)最好,其既具有离子型侧基的静电作用保证了分散降粘,又引入了聚醚亲水侧链空间位阻作用增加了浆体稳定.

两性离子分散剂的制备及用于水煤浆制浆性能的研究

以α-甲基丙烯酸、丙烯磺酸钠、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为原料,设计合成一种两性离子分散剂,采用红外光谱、凝胶色谱、X射线衍射、热重分析等方法对其特性进行了分析考察。研究了其对于水煤浆制浆性能的影响,实验发现,两性离子分散剂具有很好的降黏效果,可使浆体具有很好的流变特性,并明显增强了浆体的静态稳定性。

分散剂对煤表面特性及成浆性作用机理研究

以亚甲基萘磺酸钠为分散剂,研究了锡盟褐煤、大同烟煤和平顶山烟煤对分散剂的吸附特性,加入分散剂后煤的接触角和Zeta电位的变化规律,以及不同分散剂质量分数下煤的定黏成浆浓度,分析了煤表面特性与成浆性的关系。实验结果表明:煤的饱和吸附量与煤阶相关,随着煤变质程度的升高吸附量增大;分散剂的加入提高了变质程度较低的锡盟褐煤的接触角,而降低了变质程度较高的大同烟煤和平顶山烟煤的接触角;Zeta电位绝对值随着分散剂质量分数的增大先增大,再趋于平衡;锡盟褐煤定黏成浆浓度较低,约为53.5%,而大同烟煤和平顶山烟煤定黏成浆浓度较高,其中大同烟煤约为60%,平顶山烟煤接近68%,说明定黏成浆浓度与煤质特性关系较大;分散剂通过改变煤表面特性而显著改善煤的成浆特性;当制浆分散剂质量分数比饱和吸附量高约10%时,煤浆接近最大定黏成浆浓度。

水煤浆分散剂HA/SAS/St的制备及流变性能研究

以黄腐酸(HA)、烯丙基磺酸钠(SAS)和苯乙烯(St)为单体,以过硫酸钾(KPS)为引发剂,采用水溶液聚合法,利用热引发自由基共聚,制备出具有双亲性质的低分子量水溶性三元聚合物水煤浆分散剂HA/SAS/St,探讨HA含量、分散剂用量、制浆浓度对水煤浆浆料的分散效果的影响。结果表明,HA含量30%,分散剂用量1. 3%,制浆浓度30%时,水煤浆有最好的分散效果,最佳的稳定体系。

两性改性淀粉的合成及其水煤浆分散性能研究

以市售阳离子淀粉为原料,以过硫酸铵(NH4)2S2O8作为引发剂,分别加入苯乙烯磺酸钠(SSS)和丙烯酸(AA)、甲基丙烯磺酸钠(SMAS)和丙烯酸(AA)单体进行接枝共聚,制备出两种两性改性淀粉CSSAS和CSMAS。将其作为分散剂用于神华煤制浆,探讨两性改性淀粉分散剂对水煤浆制浆性能的影响。CSSAS分散剂的最佳用量为0.4%,制浆质量分数为65%,表观黏度为837 mPa·s,7 d析水率为4.7%,CSSAS在神华煤表面的饱和吸附量为2.36 mg/g;CSMAS分散剂的最佳用量为0.4%,制浆质量分数为65%,表观黏度为910 mPa·s,7 d析水率为5.2%,CSMAS在神华煤表面的饱和吸附量为2.25 mg/g。两性改性淀粉中的阳离子与神华煤表面的负电荷可以很好地吸附,提供更多吸附位点,在煤表面的吸附较为理想。结合神华煤的结构特点及分散特性,分析了吸附模型和吸附作用机理。

改性木质素磺酸钠水煤浆分散剂的合成及性能表征

以造纸黑液为原料,丙酮和甲醛为改性剂,通过磺化、缩合反应,合成了改性木质素磺酸钠(MLS),并通过Zeta电位、红外光谱和紫外-可见光分光光度测定等方法,对MLS分散剂、萘磺酸钠甲醛缩合物分散剂(NSF)和脂肪族分散剂(SAF)与低阶煤混合制浆的成浆浓度、流变性、分散剂在煤颗粒表面吸附量、吸附构型以及吸附稳定性进行了研究,确定了最佳的合成条件和分散剂用量。结果表明:MLS分散剂的最佳合成条件为改性剂nNa2SO3∶n丙酮为0.7∶1、磺化时间90min、缩合时间5h、缩合温度90℃;分散剂添加量0.5%时,煤样对MLS吸附速率最快,饱和吸附量为4.52mg/g,比NSF和SAF高0.39mg/g和0.91mg/g,且其吸附速率常数比NSF和SAF大;最佳分散剂合成条件下制成的煤浆,最大定黏质量分数达65%以上。