三聚磷酸钠对水煤浆分散剂性能的影响

／ 酸钠水溶液 ， 流速 ０． ５ ０ｍ Ｌ ｍ ｉ ｎ．
１ ０］ ： 磺化度的测定 ［ 将样品配成浓度为 １ ０％ 的溶
液， 经阴 、 阳离子树脂交换以除去低分子有机酸和无 机盐以及将磺酸基 转 变 为 酸 型 ， 通过自动电位滴定 ） 仪（ 瑞士 Ｍ 测定磺化度 ． ｅ ｔ ｒ ｏ ｈ ｍ 公司 ８ ０ ９Ｔ ｉ ｔ ｒ ａ ｎ ｄ ｏ １． ３． ２ 水煤浆制备与性能测定 水煤 浆 制 备 ： 将磨好的两种不同粒度级配的煤 样按照质量比为 １∶１ 的比例混合 ， 用不同分散剂制
１］ ； 型分散剂价格 低 廉 ， 是 制 浆 的 常 用 添 加 剂［ 此 外，
５］ 王 正 武［ 在液体洗涤剂中加入三 较强 的 协 同 作 用 ．
聚磷酸钠可以软化水质 ， 防止沉淀物的生成 ， 显著提
６］ 吕 小 艳 等［ 通过在水基铸造 高稳 定 性 及 洗 涤 性 能 ．
涂料生产中加入助 剂 的 研 究 ， 发现三聚磷酸钠既可 以降低涂料的悬浮 性 率 又 可 以 降 低 其 黏 度 ． 三聚磷
３ ０
煤 炭 转 化 ２ ０ １ １年
） 页表 １ 放入球磨机中 ， 加入一定级配 的 钢 球 分 别 研 磨４ 用７ ０ｍ ｉ ｎ 和 ３ｈ， ０ 目和 １ ０ ０ 目的标准筛进行筛 得到按一定粒度分布的粗煤粉和细煤粉 ． 分，
表 １ 神华煤煤质分析 ｒ ｏ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ Ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｈ ｕ ａ ｃ ｏ ａ ｌ ｐ ｐ ｙ
７］ 、 皮革预鞣剂 、 橡 酸钠还广泛用于凿井泥浆添加剂 ［
胶乳浆贮存助剂及 矿 石 浮 选 添 加 剂 等 方 面 ． 本研究 选取了三聚磷酸钠 作 为 一 种 金 属 离 子 调 整 剂 ， 分析 了脂肪族 、 木质素系 及 萘 系 三 种 不 同 分 子 结 构 的 分 散剂与其复配后对 分 散 降 黏 性 能 的 影 响 ， 为三聚磷 酸钠用作水煤浆添加剂的研究及应用提供实验数据 及理论基础 ．
神华煤的制浆过程 加 入 了 磷 酸 盐 类 调 整 剂 ， 使难制 制浆质量分 浆的神华煤制浆性 能 有 了 一 定 的 改 善 ， ］ 数提高了 ２％． 文献 ［ 中也介绍采用 一 种 多 聚 磷 酸 ３ 盐作为金属离子调 整 剂 ， 可以显著提高分散剂对水
４］ 煤浆 的 分 散 降 黏 能 力 ． 三 聚 磷 酸 钠［ 是一种链状的
煤 炭 转 化 第３ ４卷 第４期 Ｖ ｏ ｌ ． ３ ４ Ｎ ｏ ． ４ ２ ０ １ １年１ ０月 Ｃ ＯＡ Ｌ Ｃ ＯＮＶ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ ＯＮ Ｏ ｃ ｔ ． ２ ０ １ １
三聚磷酸钠对水煤浆分散剂性能的影响
江红艳１） 杨东杰２） 周明松３）
＊
采用了三聚磷酸钠作 摘 要 针对煤粉中含有的高价金属离子会降低水煤浆的 成 浆 性 问 题 ， 为金属离子调节剂与几种阴离子型分散剂复配后 ， 进一步提高分散降黏性能 ． 通过测定分散剂在煤 、 粒表面的吸附量 、 揭示了三聚磷酸钠对脂肪 族 分 散 剂 （ 木质素系分 Ｚ ｅ ｔ ａ 电位及吸附层厚度 ， Ｓ Ａ Ｆ） ） 散剂 （ 及萘系分散剂 （ 的分散协同增效作用机理 ． 结果表明 ， 三聚磷酸 钠 与 Ｓ Ｇ Ｃ Ｌ ３ Ｓ Ｆ Ｄ Ｎ） Ａ Ｆ 复配 使分散剂在煤粒表面的 Ｚ 同时增加了煤粒之间的静电排斥力和空间位阻 ， ｅ ｔ ａ 电位和吸附层厚度均 增大 ； 与Ｇ 对Ｆ Ｃ Ｌ ３ Ｓ 复配主要增加了煤粒之 间 的 静 电 排 斥 作 用 ； Ｄ Ｎ 是通过增加分散剂在煤粒之 间的空间位阻效应 ， 促进分散降黏性能的提高 ． 关键词 水煤浆 ， 分散降黏 ， 三聚磷酸钠 中图分类号 ＴＱ ５ １ ７． ４ 力， 且具有很强的分散和乳化能力 ， 与表面活性剂有
／％ Ｐ ｒ ｏ ｘ ｉ ｍ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｙ ／％ Ｕ ｌ ｔ ｉ ｍ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｙ Ｃ ｄ ａ ｆ Ｈｄ ａ ｆ Ｏ ｄ ａ ｆ Ｎ ｄ ａ ｆ
， Ｓ ｔ ｄ
浆． 分散剂掺量为其占干基煤样量的质量分数 ， 搅拌 ／ 速率为 １ 搅拌时间为１ 为考察分 ２ ０ ０ｒ ｍ ｉ ｎ， ０ｍ ｉ ｎ． 所有水煤浆均不加稳定剂 ． 散剂自身的性能 ， 水煤浆 表 观 黏 度 的 测 定 ： 采用德国 Ｈ ａ ａ ｋ ｅ Ｖ １ －Ｒ －１ ） ， 型流变仪 （ 剪切速率为 １ 测 Ｚ ４ １ 转子 ）测定 （ ０ ０ｓ
ＴＭ 分布 ． 其 中， 色谱柱由 Ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｈ ｄ ｒ ａ ｅ ｌ ２ ０和 Ｕ ｌ ｔ ｒ ａ １ － ｙ ｇ ＴＭ ， ／ 柱串联构成 流动相为 硝 ｈ ｄ ｒ ａ ｅ ｌ ２ ５ ０ ０ ． １ ０ｍ ｏ ｌ Ｌ ｙ ｇ
粒表 面 吸 附 层 厚 度 采 用 英 国 Ｋ ｒ ａ ｔ ｏ ｓ公司 生 产 的 ／ Ａ ｘ ｉ ｓ Ｕ ｌ ｔ ｒ ａ Ｄ Ｌ Ｄ 型多功能 Ｘ Ｘ Ｐ Ｓ Ｅ Ｓ － 光电子能谱 （ － 仪 测 定， 激发源为单色化的 Ａ Ｃ Ａ） ｌ Ｋ Ｍ ｏ ｎ ｏ α源（ ） ： ， 取 ５ｇ 煤 ４ ８ ６． ６ｅ Ｖ１ ０ｍＡ×１ ５ｋ Ｖ． Ａ ｌ Ｋ α 能量 １ ／ 粉置于 ５ ０ｍ Ｌ ０． ６ ４ｇ Ｌ 的 分 散 剂 溶 液 中， ２ ５ ℃恒 使煤粉在分散剂溶液中达到吸附 温振荡搅拌 ５ｈ， 平衡 ． 取固体烘干 ， 压成粉状 ， 用来进行 Ｘ Ｐ Ｓ 测试 ．
Ｍａ ｄ
Ａｄ
Ｖｄ ａ ｆ
ＨＧ Ｉ ５ ８
定温度为 ２ ５ ℃． 煤粒表面电位的测定 ： 煤粉颗粒表面的 Ｚ ｅ ｔ ａ电 位采用美国 Ｂ ｒ ｏ ｏ ｋ ｈ ａ ｖ ｅ ｎ Ｚ ｅ ｔ ａ Ｐ Ａ Ｌ Ｓ 仪测定 ． 水煤 浆 吸 附 性 能 的 测 定 ： 用残余浓度法测量分 散剂在煤粉颗粒上的表观吸附量 ．
２． ３ 三聚磷酸钠 对 分 散 剂 在 煤 粒 表 面 吸 附 性 能 的 影响 分散剂的主要作用是吸附在 在水煤浆体系 中 ， 煤粒表面从而改变 煤 水 界 面 性 质 ， 使浆体具有良好 的流变性和稳定性 ． 吸附是完成对煤粒在水中分散 为研究三聚磷酸钠对分散剂在 的前提与重要阶段 ． 煤表面的吸附影响 ， 实验在 ３ ０ ℃ 下测定了不同分散 作出吸附等温线（ 见图 剂在神华 煤 表 面 的 吸 附 量 ， ， 其中三聚磷酸钠的加入量为分散 剂 质 量 的５％ ． ２）
第 ４ 期 江红艳等 三聚磷酸钠对水煤浆分散剂性中 没 有 苯 环； Ｓ Ａ Ｆ 为 脂 肪 族 直 链 分 子，
１ ２］ ； 主体分子为球形结构 ［ Ｃ Ｃ Ｌ ３ Ｓ 带有苯环 ， Ｆ Ｄ Ｎ则 此 为由亚甲基联接的 系 列 萘 环 形 成 长 链 的 分 散 剂 ；
［ ２］ 溶出金属离 子 ， 可 以 取 得 很 好 的 效 果． Ｚ ｅ ｎ ｇ等 在
１ 实验部分
１． １ 分散剂 分散剂有 ： 磺化丙酮 －甲醛 缩 合 物 （ 采用文 Ｓ Ａ Ｆ， ］ 、 献［ 中提供的方 法 制 备 ） 改性木质素磺酸盐高效 ８ 分散剂 （ 木质素 磺 酸 钠 磺 化 接 枝 共 聚 物 ， 制 Ｇ Ｃ Ｌ ３ Ｓ， ） 、 备方 法 参 见 文 献 ［ ９］ －萘 磺 酸 盐 甲 醛 缩 合 物 β （ ， ） 、 广东湛江外加剂厂生产 三聚磷酸钠 （ 分 Ｆ Ｄ Ｎ Ｐ， 析纯 ， 浙江省温州市东升化工试剂厂生产 ） ． １． ２ 煤样及制备 将一定量粉碎过的神华原煤 （ 煤质分析见第３ １
１． ５ ８
２． ６ ４
Ｇ Ｃ Ｌ ３ Ｓ
２ ４ ６ ０ ０
１ ２ ０ ０ ０
２． ０ ５
２． １ ５
Ｆ Ｄ Ｎ
９ ８ ０ ０
４ ７ ０ ０
２． ０ ８
３． ６ １
Ｓ Ａ Ｆ， Ｇ Ｃ Ｌ ３ Ｓ， Ｆ Ｄ Ｎ 均为阴离子型 由表 ２ 可知 ，
分散剂 ， 主要亲水 官 能 团 为 —Ｓ 但分子结构相差 Ｏ ３，
由于煤中含有一定 量 的 矿 物 质 ， 在水煤浆的制备剪 切或储存过程中会 慢 慢 地 溶 出 金 属 离 子 ， 这些金属 会压缩扩散双电层 ， 导致浆体 离子在煤水界面吸附 ， 黏度升高 ， 分散稳定和流动性能下降 ． 工业上为了减 小溶出金属离子对 煤 浆 性 能 的 影 响 ， 在制备水煤浆 的过程中 ， 通过在分 散 剂 中 复 配 金 属 络 合 剂 来 沉 淀
易溶于水 ， 对金属离子有显著的螯合能 缩合磷酸盐 ， ＊
） ） 国家杰出青年科学基金资助项目 （ 和广东省科技计划项目 （ ２ ０ ９ ２ ５ ６ ２ ２ ２ ０ １ ０ Ａ ０ ８ ０ ８ ０ ４ ０ ２ ０ ． ）硕士 ； ）教授 、 ）副研究员 、 博士生导师 ； 硕士生导师 ， 广东省绿色化学产品技术重点实验室 ， 华南理工大学化学与化工学院 ， ２ ３ ５ １ ０ ６ ４ ０ １ 广州 ； 收稿日期 ： 修回日期 ： ２ ０ １ １ ０ ５ ２ ３ ２ ０ １ １ ０ ７ １ ２ － － － －
２ 结果与讨论
２． １ 分散剂的结构特征参数 实验测 定 了 三 种 分 散 剂 Ｓ Ａ Ｆ， Ｇ Ｃ Ｌ ３ Ｓ及 Ｆ Ｄ Ｎ ） 的结构特性参数 （ 见表 ２ ．
表 ２ 分散剂的结构特征参数 Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ２ Ｐ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｄ ｉ ｓ ｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｔ ｓ ｐ
０ 引 言
随着 国 际 能 源 短 缺 及 环 境 污 染 现 象 的 加 剧 ， 水 煤浆作为一种新型的洁净煤基液体燃料受到越来越 多的关注 ． 为了使水 煤 浆 具 有 良 好 的 分 散 稳 定 和 流 分散剂在水煤浆制备中不可缺少 ， 是水煤浆技 动性 ， 术的关键 ． 作为一种界面改性剂 ， 分散剂可吸附在煤 通过静电斥 力 及 空 间 位 阻 等 作 用 来 改 善 煤 粒表面 ， 水界面性质 ， 提高煤浆流动性和稳定性 ． 目前使用的 分散剂主要包括非 离 子 型 和 阴 离 子 型 ， 其中阴离子
Ｍｗ／ Ｍｎ
Ｄ ｅ ｒ ｅ ｅ ｏ ｆ ｇ ／ ｓ ｕ ｌ ｆ ｏ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ －１） （ ·ｇ ｍｍ ｏ ｌ
Ｄ ｉ ｓ ｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｔ ｓ ｐ
Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｆ ｏ ｒ ｍ ｕ ｌ ａ
Ｍｗ
Ｍｎ
Ｓ Ａ Ｆ
３ １ ４ ０ ０
１ ９ ８ ０ ０
１ １］ ： 煤粒表面吸附层厚度 的 测 定 ［ 分散剂在煤颗
７． １ ６ １ ４ ４． ７ ７ １． ９ ７ ６ ４ １． ９ ６ ９ １ ５ ０ ８． ３ ８ ４． １ ０． ０．
１． ３ 实验方法 １． ３． １ 分散剂结构特性参数的测定 ／ 分子量及其分布的测定 ： 将样品用 ０． １ ０ｍ ｏ ｌ Ｌ 硝酸钠配制成 质 量 浓 度 约 为 ０． 通过采 ４％ 的 溶 液 ， （ 用凝胶渗 透 色 谱 仪 （ 美国 Ｗ Ｇ Ｐ Ｃ） ａ ｔ ｅ ｒ公 司 Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｓ ） 测定分散剂的分子量及其 ｕ ｍ Ｈ Ｐ Ｌ Ｐ １ ５ １ ５ Ｉ ｓ ｏ ｃ ｒ ａ ｔ ｉ ｃ ｐ ｐ
外， 三种分散剂的分子量与磺化度有较大差异 ． 其中 且由多分散性可见 Ｓ Ａ Ｆ 的重均与数均分子 量 最 大 ， 其分子量分布较窄 ； Ｇ Ｃ Ｌ ３ Ｓ 为木质素接枝共聚改性 分子量分布较宽 ； 产品 ， Ｆ Ｄ Ｎ 的重均与数均分子量 最小 ， 分子量分布最宽 ． 因合成工艺中加入磺化剂的 三种分 量不同而导致各分 散 剂 的 磺 化 度 有 所 差 异 ， 散剂的磺化度大小为 Ｓ Ａ Ｆ＜Ｇ Ｃ Ｌ ３ Ｓ＜Ｆ Ｄ Ｎ． ２． ２ 三聚磷酸钠对分散剂分散降黏效果的影响 水煤浆的实际应用要求浆体具有较低的黏度和 较好的流动性 ， 使泵送和雾化得以顺利进行 ． 实验固 水煤浆的制浆浓度为 ６ 定分散剂掺量为 １． ０％ ， ２％ ， 研究三聚磷酸钠的用量 （ 占分散剂的质量分数 ） 对水 煤浆表观黏度的影响 ， 结果见图 １．