改性水煤漿分散劑合成的影響因素

煤炭加工與綜合利用No.3,2013COAL PROCESSING COMPREHENSIVE UTILIZATION改性水煤漿分散劑合成的影響因素裴福生,許徳平,楊雅,劉宸,陳宇飛,田斌(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京100083)摘要:實(shí)驗以木質(zhì)素磺酸鈉、丙烯酸和乙二醇為原料,過(guò)氧化氫與七水合硫酸鐵作引發(fā)劑,合成改性水煤漿分散劑GM;研究了原料配比、反應溫度和反應時(shí)間對GM在褐煤制漿過(guò)程中分散性能的影響;結果表明,在木質(zhì)素磺酸鈉、丙烯酸與乙二醇的配比為1:3:4,反應溫度70℃,反應時(shí)間1h的條件下,可制備較為優(yōu)良的褐煤用水煤漿分散劑GM。關(guān)鍵詞:褐煤;水煤漿;分散劑;木質(zhì)素磺酸鈉;合成;改性中圖分類(lèi)號:TQ536文獻標識碼:A文章編號:10058397(2013)03006304水煤漿是一種煤基流體燃料,是由煤、水和度水煤漿難度大。因此,尋找來(lái)源廣泛、性能高少量分散劑,經(jīng)過(guò)一定工藝過(guò)程制備而成的。效的分散劑,可以促進(jìn)對褐煤資源的開(kāi)發(fā)利用。影響水煤漿濃度、穩定性、流動(dòng)性的因素很多,筆者以木質(zhì)素磺酸鈉分散劑為原料,采用丙烯酸其中水媒漿分散劑是提高其成漿性的重要因素之和乙二醇作改性劑,對木質(zhì)素磺酸鈉進(jìn)行改性,2。分散劑的主要作用是改變煤粒表面性質(zhì),制備出了性?xún)r(jià)比較高的水煤漿分散劑。該分散劑使煤顆粒能夠很好地在水中分散,使水煤漿具有用于褐煤制漿,可提高其對褐煤成漿的適應性,良好的流動(dòng)性和穩定性。目前,國外研究的水對提高褐煤制漿濃度有著(zhù)重要作用。煤漿分散劑雖然性能優(yōu)良,但其價(jià)格昂貴,并不適合我國國情。國產(chǎn)水煤漿分散劑主要以萘系、1分散劑合成及性能測試實(shí)驗木質(zhì)素系、腐殖酸系為主,萘系分散劑存在著(zhù)穩1.1試驗原料定性差和成本較高的問(wèn)題,木質(zhì)素系和腐殖酸系實(shí)驗所用原材料包括:木質(zhì)素磺酸鈉,化學(xué)分散劑則存在著(zhù)制漿黏度大、添加量多的問(wèn)題。純;丙烯酸,分析純;乙二醇,分析純;過(guò)氧化氫,此外,國內分散劑主要針對煙煤開(kāi)發(fā)使用,對其分析純;七水合硫酸鐵,分析純。試驗煤樣采用寶他煤種的適應性差。我國褐煤儲量較高,褐煤制日希勒褐煤,煤質(zhì)工業(yè)分析和元素分析見(jiàn)表1水煤漿是褐煤的應用方向之一,但褐煤制備高濃表1原煤工業(yè)分析和元素分析項目M/%v4/%FCa/% FCda/%N/%Hao0%褐煤樣13.5815.346.700.7357.080.24.46從煤質(zhì)分析結果可以看出,寶日希勒褐煤的1.2試驗儀器含氧量和內在水分偏高,屬于難成漿煤種,若采試驗儀器包括容積為500mL的四口燒瓶,用常規制漿方法很難制成高濃度水煤漿,因此有恒溫水浴鍋,溫度計,J-1型電動(dòng)攪拌裝置,必要研制改性分散劑,以提高其制漿濃度。電子天平,蠕動(dòng)泵和移液管等。1.3水煤漿分散劑的合成工藝收稿日期:2013403-25改性木質(zhì)素磺酸鈉是在原有木質(zhì)素磺酸鈉的作者簡(jiǎn)介:裴福生(198,女,內蒙古赤嶧人,中因礦分子結構中通過(guò)化學(xué)合成引入羧基,羧基再與乙大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院礦物加工工程專(zhuān)業(yè)2010級在二醇反應,既引人羥基又增加了支鏈長(cháng)度。以木碩士研究生,研究方向:潔凈煤技術(shù)煤炭加工與綜合利用2013年第3期質(zhì)素磺酸鈉、丙烯酸和乙二醇為原料,過(guò)氧化氫烯酸用量為6g時(shí),表觀(guān)黏度達到最低值,根據與七水合硫酸鐵作引發(fā)劑,通過(guò)優(yōu)化原料與改性實(shí)驗中木質(zhì)素磺酸鈉的添加量可知,木質(zhì)素磺酸劑的比例,調整反應時(shí)間等工藝條件進(jìn)行合成試鈉與丙烯酸的比例為1:3時(shí),GM對褐煤的分散能驗。具體工藝過(guò)程是將一定比例的去離子水和木力最強。質(zhì)素磺酸鈉放入裝有攪拌器的四口燒瓶中,在恒2.2乙二醇用量對合成產(chǎn)物GM性能的影響溫的水浴鍋中攪拌10min后加入一定量的引發(fā)選定木質(zhì)素磺酸鈉與丙烯酸的配比,研究乙劑,同時(shí)調節水浴鍋溫度。當水浴鍋溫度達到某二醇加入量對產(chǎn)物性能的影響。在保持其他反應值時(shí)開(kāi)始向四口燒瓶中滴加丙烯酸,然后滴加乙條件不變的情況下,通過(guò)改變乙二醇與木質(zhì)素磺二醇,在一定溫度下進(jìn)行合成反應。反應結束冷酸鈉的比例合成產(chǎn)物。通過(guò)觀(guān)察所制水煤漿的表卻后調節產(chǎn)物的pH值,裝瓶保存產(chǎn)物,即得到觀(guān)黏度,檢驗合成產(chǎn)物的性能,實(shí)驗結果如圖2改性木質(zhì)素磺酸鈉分散劑,將其命名為GM。所示。1.4水煤漿的制備及性能測試實(shí)驗采用干法制漿,采用質(zhì)量分數法測定水煤漿的濃度,使用NXJ-11旋轉黏度計測定水煤漿黏度,用目測法檢測水煤漿的流動(dòng)性。2實(shí)驗結果與討論2.1丙烯酸用量對合成產(chǎn)物GM性能的影響根據合成反應可知,加入到反應體系中的丙681012烯酸數量對合成產(chǎn)物的性能影響較大。為了確定乙二醇用量丙烯酸的最佳用量,在保持木質(zhì)素磺酸鈉和乙二圖2乙二醇用量對水煤漿表觀(guān)黏度的彩響醇數量及其他反應條件不變的情況下,通過(guò)改變從圖2可以看出,水煤漿的表觀(guān)黏度隨著(zhù)乙丙烯酸與木質(zhì)素磺酸鈉的質(zhì)量比進(jìn)行合成實(shí)驗;二醇醇用量增加呈先下降后上升的趨勢,在乙二醇然后利用合成產(chǎn)物制水煤漿,通過(guò)觀(guān)察水煤漿的表觀(guān)黏度,檢驗合成產(chǎn)物GM的性能,從而篩選用量為8g時(shí),出現最低值。根據實(shí)驗中木質(zhì)素磺酸鈉的添加量可知,木質(zhì)素磺酸鈉與乙二醇的出較佳值,實(shí)驗結果如圖1所示。比例為1:4時(shí),GM對褐煤具有更好的分散效果。2.3引發(fā)劑用量對合成產(chǎn)物CM性能的影響引發(fā)體系對合成反應有著(zhù)較大影響,實(shí)驗選定合成材料的最佳配比后,研究引發(fā)體系對合成出350產(chǎn)物性能的影響。實(shí)驗選擇氧化還原引發(fā)體系,選擇的引發(fā)劑為過(guò)氧化氫和七水合硫酸鐵。在保持其他反應條件不變的情況下,考察引發(fā)劑用量對反應產(chǎn)物性能的影響,實(shí)驗結果如圖3所示。丙烯酸用量實(shí)驗中首先確定七水合硫酸鐵的用量,在此圖1丙烯酸用量對水煤漿表觀(guān)黏度的影響基礎上找到引發(fā)劑的最佳比例。由圖3可知,水煤漿的表觀(guān)黏度隨著(zhù)引發(fā)劑用量的增加顯著(zhù)下從圖1可以看出,最初,水煤漿表觀(guān)黏度隨降,然后又小幅上升。過(guò)氧化氫與七水合硫酸鐵丙烯酸用量的增加呈明顯下降趨勢,這是由于引比例為4:5時(shí),表觀(guān)粘度最低。這是由于引發(fā)劑入羧基側鏈后使得空間位阻作用增強,煤粒表面對于合成反應速率和產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量影響較形成了一層水膜,具有很好的潤滑作用,阻礙了大1。合成產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量大小對于水煤漿煤粒間的團聚,達到了良好的分散效果“。在丙的分散性能有很大影響,相對分子質(zhì)量太小的分2013年第3期裴福生,等:改性水煤漿分散劑合成的影響因素在保持其他反應條件不變的情況下,改變反應時(shí)間,得到不同反應時(shí)間下的合成產(chǎn)物,然后以其作為分散劑進(jìn)行制漿,檢驗合成產(chǎn)物的分散性能,實(shí)驗結果如圖5所示。0040060080.100120.14016引發(fā)劑用量g圖3引發(fā)劑用量對水煤漿表觀(guān)黏度的影響散劑降黏作用差;隨著(zhù)相對分子質(zhì)量的提高,分散劑的分散效果隨之提高;但相對分子質(zhì)量過(guò)大40.5000.5101.52025時(shí)間h時(shí),表觀(guān)黏度也會(huì )增大6。引發(fā)劑用量過(guò)多時(shí)圖5反應時(shí)間對水煤漿表觀(guān)黏度的影響合成產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量下降,使得合成產(chǎn)物的分散性下降;引發(fā)劑用量太少時(shí),則反應不完由圖5可知,水煤漿的表觀(guān)黏度隨著(zhù)反應時(shí)全間的不斷增加先下降再上升。當反應時(shí)間為1h2.4反應溫度對合成產(chǎn)物GM性能的影響時(shí),合成產(chǎn)物分散劑GM的性能有較佳值,即反選定原材料及引發(fā)劑用量,并保持其用量及應時(shí)間為1h時(shí)的合成產(chǎn)物對水煤漿具有更好的反應時(shí)間不變,研究反應溫度對合成產(chǎn)物性能的分散性影響。改變反應溫度,得到不同的合成產(chǎn)物,并2.6GM與蒜系分散劑的性能比較分別制漿,實(shí)驗結果如圖4所示。分散劑對水煤漿的分散機理:分散劑吸附在煤粒表面產(chǎn)生空間位阻和靜電斥力,使煤粒與煤粒在水介質(zhì)中分散開(kāi)來(lái)。根據上述分析,在最佳合成反應工藝條件下制備出改性木質(zhì)素磺酸鈉分散劑GM,分別釆用GM、萘系及木質(zhì)素磺酸鈉對寶日希勒褐煤進(jìn)行成漿性實(shí)驗,所測煤漿性能見(jiàn)表2。表2寶日希勒褐煤與不同分散劑制得水煤漿的技術(shù)性能分散劑表觀(guān)黏溫度℃分散劑用量/%濃度/%流動(dòng)性度/mPa·s圖4反應溫度對水煤漿表觀(guān)黏度的影響55.41637.53萘系0.754.23635.75A由圖4可以看出,反應溫度對合成產(chǎn)物CM木質(zhì)素磺酸鈉0.749.88708.76A的分散性能影響顯著(zhù)。反應溫度高低直接影響引發(fā)效率的高低,隨著(zhù)溫度的升高,引發(fā)的反應活由表2可以看出,對于寶日希勒褐煤這種難性提高,生成活性自由基的速率隨之加快,同時(shí)成漿煤種,在相同的制漿工藝條件、相同分散劑反應速率也得到提高。圖4中所示水煤漿的表觀(guān)用量下,GM與萘系相比,不僅具有與萘系相同黏度隨著(zhù)反應溫度的不斷升高先下降到某值后再的分散效果,并且制漿濃度提高了1.18個(gè)百分上升。由此可知,當反應溫度為70℃時(shí),合成點(diǎn);GM與改性前的木質(zhì)素磺酸鈉相比,制漿濃的產(chǎn)物GM對水煤漿具有較好的分散性。度提高約5.5個(gè)百分點(diǎn)。從經(jīng)濟效益考慮,與萘2.5反應時(shí)間對合成產(chǎn)物GM性能的影響系合成成本5500元/相比,GM合成成本降低反應時(shí)間對合成反應有著(zhù)至關(guān)重要的影響,約800元煤炭加工與綜合利用66COAL PROCESSING COMPREHENSIVE UTILIZATIoNNo.3,2013球磨機制水煤漿工藝初步研究王二林,劉占江,張愛(ài)東(首鋼礦業(yè)公司燒結廠(chǎng),河北遷安064400)摘要:論述了水煤漿生產(chǎn)常用的溢流型球磨機的構造及磨碎原理;分析了球磨機轉速,筒體直徑和長(cháng)度,內襯板和研磨介質(zhì),內裝球量、球徑、球比等因素對其磨碎效率的影響;以首鋼礦業(yè)公司燒結廠(chǎng)的制漿工藝為例,確定了最佳磨礦條件。關(guān)鍵詞:水煤漿;球磨機;轉速;配球比中圖分類(lèi)號:TD41.4文獻標識碼:A文章編號:10058397(2013)03006605隨著(zhù)石油資源日益貧乏和石油價(jià)格不斷上漲,迫切需要一種石油替代品。雖然核能、太陽(yáng)1磨機的選擇能技術(shù)研究不斷發(fā)展,但是目前距離廣泛應用還有很長(cháng)的路。水煤漿作為石油替代品以其制造技1.1磨機的分類(lèi)術(shù)要求低、工藝簡(jiǎn)單、成本低廉得到迅速發(fā)展依照磨礦介質(zhì)、筒體形狀、筒體直徑和長(cháng)度而且在很多地方已經(jīng)開(kāi)始替代重油,并取得了可的比例以及排料方式的不同,磨機主要分為短筒觀(guān)的經(jīng)濟效益。目前大部分水煤漿生產(chǎn)廠(chǎng)家采用型、圓錐型、管型等幾類(lèi),磨機筒體的直徑與長(cháng)的磨機為溢流型球磨機,這一設備在水煤漿制漿度示意見(jiàn)圖1,磨機的分類(lèi)見(jiàn)表1。工藝中發(fā)揮了重要作用。收稿日期:201301-16作者簡(jiǎn)介:王二林(1982-),男,河北保定人,2004年畢業(yè)于河北科技師范學(xué)院機械設計制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè),工學(xué)學(xué)a—短筒型磨機(溢流型);b-圓錐型磨機(溢流型);士,首鋼礦業(yè)公司燒結「機動(dòng)科機械設備工程師,電話(huà):0315管型磨機(溢流型);d短筒型磨機(格子型7713671。圖1磨機筒體直徑和長(cháng)度的比例示意3結論狀[J].煤炭加工與綜合利用,2010(2):41-43.(1)通過(guò)優(yōu)化原料配比、反應溫度和反應時(shí)[2]張榮曾.水煤漿制漿技術(shù)[M].北京:北京科學(xué)出版社,1996間等,制得了改性木質(zhì)素磺酸鈉分散劑GM。合[3]蘇毅,馬步偉,趙振新.分散劑在水煤漿中作用[J]成分散劑的最佳工藝條件是:木質(zhì)素磺酸鈉、丙河南化工,2005(22):8-11烯酸與乙二醇配比為1:3:4,引發(fā)劑過(guò)氧化氫與[4] Funk James E. Coal Water Slurry and Methods for its七水合硫酸鐵配比為4:5,反應溫度70℃,反應Preparation:Us,4282006[P].1981-08-04.時(shí)間為1h。[5]鄒立壯,朱書(shū)全,王曉玲,等.不同水煤漿分散劑與煤(2)將GM作為水煤漿分散劑用于寶日希勒之間的相互作用規律研究:XI分散劑改性煤粒的界面性質(zhì)及其對CWS性質(zhì)的影響[J].燃料化學(xué)學(xué)報,2006褐煤制水煤漿,最高煤漿濃度達到55.41%,說(shuō)34(2):I61-165明GM是一種性能優(yōu)良的改性木質(zhì)素磺酸鈉系水[6]茅曄輝,朱書(shū)全,昊曉華,等聚羧酸系水煤漿分散劑煤漿分散劑。的合成試驗[J.煤炭加工與綜合利用,2009(1):4參考文獻[7]謝欣馨,戴愛(ài)軍,杜彥學(xué),等.水煤漿分散劑的發(fā)展動(dòng)向[冂].煤炭加工與綜合利用,2010(2):43-46[1]郝禎娟,付曉恒,張曉波.水煤漿干法制漿工藝發(fā)展現