分散剂在水煤浆中的作用

分散剂在水煤浆中的作用

水煤浆是粗颗粒悬浮体，煤炭属于疏水性物质，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，同时配以高堆积率的粒度分布，若不加入化学添加剂(表面活性剂)，要制成所希望的水煤浆是不可能的。在水煤浆制备中化学添加剂的主要作用在于改变煤粒的表面性质，使煤颗粒能够在水中分散，使煤浆体有良好的流动性和稳定性。根据作用不同，化学添加剂可分为分散剂、稳定剂和助剂三类。本文对水煤浆分散剂的种类、作用机理及其影响分散剂作用的因素进行讨论。

1 水煤浆用分散剂

分散剂的主要作用是使水煤浆具有良好的流变特性，也就是说适当降低水煤浆的粘度，使之具有良好的流动性；其次是使水煤浆具有理想的流型，最好是水煤浆能成为触变性液体。常用的分散剂主要有阴离子型和非离子型表面活性剂。

1.1 阴离子表面活性剂

除聚氧乙烯醚类改性阴离子表面活性剂外，聚合阴离子分散剂一般都不起泡，制浆时不需要另加消泡剂。

1.1.1 萘磺酸盐类

其中最典型的是萘磺酸钠甲醛缩合物，其适用范围广，能与各类分散剂混合使用。此分散剂制浆添加量视煤种的不同而不同，大约为干煤质量的0.5％～1.5％，特点是减粘作用及流型好，但通常稳定性差，常需和其他分散剂复配。

1.1.2 木质素磺酸盐

木质素磺酸盐作为分散剂的优点是原料丰富，易于加工，价格便宜，而且浆的稳定性好，一般用量为干煤质量的1％～2％；缺点是杂质含量大，因此，除易制浆煤种外，通常不单独应用。

木质素磺酸盐还可以经甲醛缩合制成木质素磺酸盐甲醛缩合物，用作水煤浆

+、Mg2+、Ca2+等。

分散剂，其平衡离子可以是Na+、NH

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1.1.3 磺化腐植酸盐

将泥炭、褐煤或风化煤等在150℃下用碱抽提，再经磺化，必要时还可以用甲醛缩合，即可得棕黑色的固体产物磺化腐植酸盐类分散剂。此类分散剂的许多特点和木质素相似，但其分散性能更佳，可单独使用，添加量为干煤质量的1％～1.5％，缺点是浆的稳定性较差。

1.1.4 聚烯烃磺酸盐

聚烯烃磺酸盐是以苯乙烯磺酸、α—甲基苯乙烯磺酸或苯乙烯、丁二烯、乙烯等为原料共聚而成，或是以各种烯烃(如苯乙烯、乙烯基甲苯、丙烯、丁二烯)为单体聚合，再经磺化而成。聚合时以水或有机溶剂为介质，在100℃左右的条件下，以偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰等为引发剂进行反应。产物相对分子质量1万～2万，用量为干煤质量的0.5％左右。聚苯乙烯磺酸盐(PSS)比萘磺酸盐甲醛缩合物性质更优越，对低灰水煤浆同时具有良好的减粘及稳定作用，前者随分子量增加而减弱，后者则相反。因此，通过控制分子量可以同时兼顾水煤浆的流变性和稳定性，甚至可以不用稳定剂。

1.1.5 聚羧酸盐类

聚羧酸盐类主要包括聚丙烯酸钠、马来酸均聚物、丙烯酸／苯乙烯共聚物钠盐、丙烯酸／丙烯酰胺共聚物钠盐、马来酸／丙烯酸共聚物、多环多元酸类、羟基苯甲酸聚合物钠盐及各种烯烃与丙烯酸或马来酸共聚物等。

1.2 非离子型表面活性剂

非离子型表面活性剂作为分散剂的主要优点是可以通过改变环氧乙烷量，来实现亲水亲油性和分子量的调节、控制，不受水质及煤中可溶性物质影响，但价格昂贵，用量一般为干煤质量的0.5％以上。在多数情况下一般不需要再加稳定剂，但需要配用消泡剂。

1.2.1 聚氧乙烯醚类

这类分散剂是由含活泼氢的憎水原料与环氧乙烷经加成反应而得到。活泼氢

指羟基(—OH)、羧基(—COOH)、氨基(—NH

2)和酰胺基(—CONH

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)等基团中的氢原

子。当含上述基团的憎水结构和煤大分子结构相似时分散性能最好。其特点可通过控制环氧乙烷加和数n调节分散剂分子量及HLB值，通常情况下n值应大于40才有良好的效果。

1.2.2 聚氧乙烯／聚氧丙烯嵌段聚醚

这类分散剂常称为聚醚类。以多元醇、多元胺或多元醇脂肪酸酯等为起始剂，适宜作为高浓度水煤浆分散剂，其成浆性、稳定性均很好，一般以每单位活性氢相对分子质量为3000～6 000为宜。

1.3 复配分散剂

几种分散剂复配使用，可以提高水煤浆浓度，降低煤浆粘度，同时还可降低总添加剂用量，达到价廉、高效的目的。

研究表明，阴离子一非离子表面活性剂复配作为高效水煤浆分散剂比较理想，单独以萘磺酸甲醛缩合阴离子分散剂对精煤制浆，煤浆浓度最高能达到68.1％，分散剂用量0.8％；改用阴离子一非离子二元表面活性剂作分散剂，则煤浆最高浓度可达70％，总分散剂用量只需0.4％。对其他煤制浆的结果与之相似，单用阴离子分散剂，用量达0.9％时，水煤浆浓度最高达68.7％；若采用复配分散剂，总添加剂量为0.5％时，即可制得69.0％以上的水煤浆。

十二醇聚氧乙烯醚(10)硫酸酯盐与壬基酚聚氧丙烯／聚氧乙烯醚(相对分子质量为3 300)按3∶1复配，总用量为原煤的0.5％时，可制得67.5％、稳定性大于十天的水煤浆。烷基酚聚氧乙烯醚硫酸酯盐与萘磺酸盐阴离子分散剂复配使用，配比以3∶8～7∶3效果最佳，当总用量为0.01％～5％时，煤浆浓度为50％～80％。十二胺聚氧乙烯醚(相对分子质量800)与其他分散剂复配时，制浆浓度可超过70％，粘度为2 800 mPa·s，稳定时间达两个月以上。

以二乙烯三胺为起始剂的EO／PO(环氧丙烷)共聚物，相对分子质量为3 400时，与萘磺酸盐甲醛缩合物以1∶1复配，总用量为0.02％～4％，制浆浓度达70％时，煤浆粘度为1600mPa·s，稳定时间超过两个月；若只用萘磺酸盐甲醛缩合物，煤浆粘度超过2 200mPa·s；如果多胺类聚醚经硫酸化或磷酸化改性后，再与萘磺酸甲醛缩合物复配，用量为原煤的1％时，煤浆浓度可达70％，粘度990 mPa·s，稳定时间大于四周。

2 分散剂的作用机理

根据煤的表面性质、分散剂的结构特点及其物性和水煤浆性能指标关系的研究，认为其作用机理主要有以下三个方面：

2.1 提高煤表面的亲水性

煤的表面是疏水的，分散剂分子通过其疏水基和煤表面结合后，此时亲水基朝向水，这种定向排列方式把水分子吸附在煤粒的表面，变疏水性为亲水性并形成一层水化膜，借水化膜将煤粒隔开，从而减少煤粒间阻力，达到降低粘度的作用。分散剂应有很好的水溶性，但并不是对煤的润湿性越好，降粘作用就越佳。

2.2 增强颗粒间的静电斥力

根据DLVO理论，颗粒稳定分散的先决条件是粒子间的静电斥力超过粒子间的范氏引力。离子型分散剂不仅能改善煤表面的亲水性，还具有增强煤粒间静电斥力的作用，进一步促进煤粒分散于水介质中，静电斥力对煤粒分散悬浮起稳定