石蜡乳液表面包覆改性低阶煤及其对水煤浆性能的影响

2018年第37卷第4期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS

·1421·

化 工 进

展

石蜡乳液表面包覆改性低阶煤及其对水煤浆性能的影响

胡仕宁，张光华，杜伦，李俊国

（陕西科技大学教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室，陕西 西安710021）

摘要：以微波法脱除内蒙古霍林河褐煤煤粒内水并分别以非离子石蜡乳液和阴离子石蜡乳液对煤粒进行包覆改性。考察了原煤粒（YM ）、微波干燥煤粒（WB ）、非离子石蜡乳液改性煤粒（NPE ）和阴离子石蜡乳液改性煤粒（APE ）的比表面积、孔容积和孔径，结果表明，阴离子石蜡乳液较非离子石蜡乳液的封孔效果更佳。考察了水在4种煤粒上的接触角及4种煤粒的吸水率，结果表明APE 具有最好的疏水性。考察了萘磺酸盐分散剂（NSF ）在4种煤粒上的吸附膜厚度，结果表明，NSF 在YM 、WB 、NPE 和APE 上的吸附膜厚度分别为0.61nm 、1.13nm 、2.19nm 和2.89nm 。以4种煤粒制备水煤浆并测试其成浆性能，结果表明，APE 水煤浆具有最高的成浆浓度和最优的稳定性。

关键词：褐煤；表面疏水改性; 水煤浆; 成浆性

中图分类号：TQ536.1 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）04–1421–05 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1202

Surface modification of a low rank coal with paraffin emulsion and its

effect on performances of coal water slurry

HU Shining ，ZHANG Guanghua ，DU Lun ，LI Junguo

（Key Laboratory of Auxiliary Chemistry & Technology for Chemical Industry ，Ministry of Education ，Shaanxi

University of Science and Technology ，Xi’an 710021，Shaanxi ，China ）

Abstract ：The lignite coal particles from the Inner Mongolia Huolinhe were heated by microwave to remove inner water and were coated with anionic paraffin emulsion and cationic paraffin emulsion. The specific surface areas, pore volumes and average pore sizes of raw coal particles （YM ），coal particles treated by microwave （WB ），coal particles coated with anionic paraffin emulsion （NPE ）and coal particles coated with cationic paraffin emulsion （APE ）were examined. The results showed that the cationic paraffin emulsion sealed the holes better than the anionic paraffin emulsion did. The contact angles and water suction rates of the fore coal particles were tested, and the results illustrated that APE had the best hydrophobicity. The adsorption film thicknesses of a naphthalenesulfonate dispersant （NSF ）on the three coal particles were determined. It was found that the adsorption film thicknesses of NSF on YM ，WB ，NPE and APE were 0.61nm ，1.13nm ，2.19nm and 2.89nm, respectvely. The coal water slurries （CWSs ）were prepared from the fore tested coal particles and their pulp properties were investigated. The results suggested that the CWS from APE had the highest pulp concentration and the best stability.

Key words ：lignite ；surface hydrophobicity modification ；coal-water slurry ；slurry ability

第一作者：胡仕宁（1993—），男，硕士研究生。E-mail ：****************。通讯作者：张光华，教授，博士生导师。E-mail ：****************.cn 。

收稿日期：2017-06-10；修改稿日期：2017-08-09。 基金项目：国家自然科学基金（21176148）、陕西省科技攻关计划（2014K10-01）、陕西省科技厅自然科学基础研究计划（2016JM2017）及陕西省教育厅重点实验室科研计划（16JS012）项目。

化工进展 2018年第37卷·1422·

随着全球资源日趋紧张，煤炭资源的需求量增大，但煤炭直接燃烧会造成环境污染，影响人类健康[1-3]。水煤浆的使用可以使煤炭更清洁的利用。但是低阶煤由于其内水含量高、表面含氧官能团多、孔隙发达，很难制备高浓度水煤浆，且其热值的利用率很低，造成资源的浪费。目前国内外有一些方法证明可以通过改变煤表面性质来提高其制浆浓度，包括水热改性法、微波辐射法、太阳能脱水改性等[4-7]，此类方法可脱除低阶煤内水，一定程度上改善煤粒表面孔隙以及减少煤粒表面含氧官能团，但其效果有限。还有通过添加表面活性剂来改善煤质的方法[8-9]，此类方法可一定程度上提高煤粒表面疏水性能，但其成本较高，且对于自由水复吸问题效果不太明显。本文在利用微波除去褐煤高内水含量的基础上，利用非离子乳化石蜡和阴离子乳化石蜡分别对其进行包覆改性，提高了煤粒表面疏水性，有效封堵了褐煤表面发达的孔隙，抑制了对自由水的复吸，对实现低阶煤制备高浓度水煤浆具有重要的参考意义。

1 实验部分

1.1 主要材料

褐煤，产自内蒙古；石蜡，工业级，上海华灵康复机械厂；Tween-80、Span-80、硬脂酸、氨水均为分析纯，天津市福晨化学试剂厂；萘磺酸盐分散剂，工业级，济南源盛化工科技有限公司。

1.2 样品制备

1.2.1 改性剂乳化石蜡的制备

非离子乳化石蜡的制备：以Tween-80和Span-80为乳化剂，在85℃下乳化30min，制备出固含量为30%的非离子乳化石蜡。

阴离子乳化石蜡的制备：以硬脂酸和氨水为原料，制备出硬脂酸铵为乳化剂，在85℃下乳化30min，制备出固含量为30%的阴离子乳化石蜡。

1.2.2 煤粒的包覆改性

将磨碎的褐煤煤粒筛分成200目、120目、40目3种颗粒，并将其用微波烘干，以除去内水。并将烘干的3种煤粒按比例（200目占50%，120目占13%，40目占37%）称取共100g，共2份，量取非离子乳化石蜡 6.6g(其中石蜡含量为干煤总质量的2%)于小型喷雾剂中，使乳液均匀喷洒于煤粒表面，然后置于80℃干燥箱中烘干水分，得到非离子乳化石蜡改性的煤样（NPE）；用相同的方法得到阴离子乳化石蜡改性的煤样（APE），密封保存，以备用。

1.2.3 接触角实验

将0.5g煤粉在压片机上压成直径约13mm、厚度约2mm的圆柱体片样，然后利用德国东方德菲公司DCAT21型静态接触角测量仪，采集煤水接触界面的照片，并测定接触角，每个样品测量9次，取平均值。

1.2.4 水煤浆的制备

按照上述改性实验的粒径配比，称取原煤（YM）、微波烘干煤粒（WB）及石蜡乳液改性后的煤样各70g，分散剂萘磺酸盐占煤粉质量0.5%，以及一定量的水，充分搅拌，制备不同浓度水煤浆，并利用美国Brookfield公司的R/S-SST Plus型流变仪测其黏度与流变性。

按以上相同的方法，称取各煤样20g，制备浓度为55%的水煤浆，利用法国Formulaction公司的TurbiscanLab型稳定性分析仪进行静态稳定性的 测试。

1.2.5 吸水率的测定

按照上述制备水煤浆的方法，称取各煤样30g，配置浓度为57%的水煤浆，静置24h，然后将其放入70℃干燥箱中，烘干表面自由水，可根据式(1)得到煤样吸水率。

i c

c

100%

M M

R

M

−

×

＝(1) 式中，R为吸水率；M i为烘干自由水后煤的质量；M c为制浆前煤样的质量。

1.2.6 吸附膜厚度的测定

将原煤及改性煤粒烘干表面水分，采用英国Kratos公司生产的AXIS Supra TM型X射线光电子能谱仪测量改性剂吸附膜厚度。

将各煤样制备成质量分数为57%的水煤浆，然后静置5h，烘干水分，利用X射线光电子能谱仪测定改性剂和分散剂在改性煤样上总的吸附膜厚度，进而得出分散剂吸附膜厚度。

2 结果与讨论

2.1 比表面积及孔径

煤粒的比表面积和孔径是影响煤粒吸水的重要原因，煤粒的比表面积和孔径越小，其吸水能力越弱，利用北京精微高博科学技术有限公司的JW-BK100A 型比表面积分析仪对改性前后煤样进行测定，其结果可说明改性剂的封孔效果，测定结果见表1。