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水煤浆是一种采用物理方法将一定粒度级配的煤粉(60%~70%)、水(30%~40%)和少量分散剂混合制备而成。一种理想的水煤浆,不仅要具备较高固体含量和较低的表观黏度,而且要具备良好的稳定性,以保证水煤浆在储运过程中保持稳定而不沉淀分层。水煤浆的分散稳定性是指水煤浆在储存与输送过程中,浆体保持均一稳定性质的能力,是评价水煤浆优劣的一个重要指标。目前有关水煤浆稳定性的测定,存在多种定性测量方法,方法简单但粗糙,缺乏准确性和说服力。本文采用TURBISCAN Lab Expert分散稳定仪来综合分析水煤浆的稳定性,通过分散稳定指数来精确表征水煤浆的稳定性。主要研究内容及结果如下:
⑴分别采用木质素系、萘系、脂肪族分散剂对神华煤制浆,考察了制浆温度和剪切时间对神华煤水煤浆表观黏度和流变特性的影响。结果表明,改性木质素系和脂肪族分散剂的制浆性能较优,在制浆浓度为60.0%左右时,其浆体具有优良的抗剪切性能。
⑵以神华煤为研究煤种,采用FDN,SL,MSL制备50.0%质量分数的浓浆体系,考察了煤粉粒径分布对分散剂在煤粒表面吸附的影响。结果表明,分散剂在细煤粒表面的吸附量较大,三种分散剂中MSL的吸附量最大。三种分散剂在神华煤表面的吸附量大小顺序为:MSL>SL>FDN。另外,通过对分散剂溶液的表面张力及其在煤表面的接触角的测定,分析认为分散剂主要是以氢键和离子对作用力吸附在神华低阶煤表面。
⑶研究了不同种类分散剂、电解质、高分子聚合物和分散剂添加量等因素对水煤浆稳定性的影响。实验结果表明,对于采用PO-1000制得的浆体,随静置时间的增加,其透射光强及被散射光强均没有出现较明显的变化,浆体稳定性较好。而对于采用SL,FDN,MSL制备的浆体,随着分散剂掺量的增加,析水层厚度有所增加,浆体稳定性降低;加入阳离子中和煤粒表面电荷,压缩双电层,降低了颗粒的表面电动电位,浆体稳定性变差。外加阴离子电解质如Na2CO3、Na3PO4、 Na4P2O7等能沉淀浆体中的钙、镁离子,减少阳离子对浆体稳定性的影响;高分子聚合物能与浆体中的悬浮粒子产生吸附架桥作用,有利于浆体的稳定性,特别是含有-COOH,-OH等基团的聚合物,其稳定浆体的作用更明显。
⑷分别研究了煤粒粒度粒形分布、煤粒表面Zeta电位以及水煤浆中煤粒束缚水含量对神华煤水煤浆分散体系的影响。粒度粒形分布研究结果表明,分散剂的添加导致煤粒的体积平均粒径变小,外加阳离子电解质导致煤粒体积平均粒径变大,外加阴离子电解质可减少煤中溶出阳离子对煤粒粒度粒形分布的影响。煤水界面Zeta电位研究结果表明,分散剂的添加使煤水界面Zeta电位绝对值显著增加,三种分散剂中,MSL使煤水界面达到最高的Zeta电位绝对值,其次为FDN、SL;高价金属阳离子的加入使Zeta电位绝对值显著降低,阴离子调整剂的添加使Zeta电位绝对值具有一定的增加。水煤浆中煤粒束缚水含量的研究结果表明,采用FDN制备水煤浆的束缚水含量较低,且随分散剂掺量的增加束缚水含量变化不大;采用SL和MSL制备水煤浆的束缚水含量随分散剂掺量的增加先减少后略有增加。小分子表面活性剂的添加均使煤浆束缚水含量减少。酸性条件下,煤浆束缚水含量较高,但在碱性环境中,随着pH值的增加,煤浆束缚水含量逐渐减少。