第34卷第6期中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報Vol 34 No 62005年11月Journal of China University of Mining & TechnologNov文章編號:1000-1964(2005)06-0703-04水煤漿添加劑NSF制漿試驗及其效能的研究吳國光,王曉春,劉炯天(中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,江蘇徐州221008)摘要:研究了具有不同縮合度值的水煤漿添加劑萘磺酸鈉甲醛縮合物(NSF)與不同煤化程度煤的制漿效果以及NSF效能提高.實驗中通過改變合成條件,合成出具有不同縮合度的萘磺酸鈉甲醛縮合物(NSF),利用紅外光譜對其進行定量分析,將合成出的NSF分別與不同煤化程度的煤樣混合進行制漿試驗,并通過添加木質(zhì)素磺酸鈉來考察NSF效能的提高.結(jié)果表明:制漿時不同煤化程度的煤對應(yīng)的NSF具有不同的最佳縮合度值,添加木質(zhì)素磺酸鈉可有效地提高添加劑NSF的效能關(guān)鍵詞:萘磺酸鈉甲醛縮合物;水煤漿;制漿試驗;木質(zhì)素磺酸鈉;效能提高中圖分類號:TQ519文獻標識碼:AResearch on the ability of making Slurry withNSF as additive for cws and its effectWU Guo-guang, WANG Xiao-chun, liU Jiong-tian(School of Chemical Engineering and TechnologChina University of Mining & Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008, ChinaAbstract: The ability of making slurry with naphthalenesulfonic acid-formaldehyde condensate(NSF) as additive for coal water slurry (CwS) and the improvement of its effect were studiedNSF of different condensation degree was synthesized by changing the condition of synthesis, usinginfrared spectroscopy to make the quantitative analysis. Experiments were done by mixing NSiwith coals of different ranks, studying on the improvement of its effect by combining withlignosulfonate. The results show that the optimal condensation degree of NSF varied with the coalranks, and the function of NSF can be effectively improved by combining with lignosulfonateKey words naphthalenesulfonic acid-formaldehyde condensate; coal water slurry: mlignosulfonate; effect improvement水煤漿(CWS)是約70%的煤粉和30%的水子型分散劑,價廉易得,其特點是價格相對便宜,及少量分散劑組成的懸浮分散體系,作為燃料與煤減黏作用好及流型好,但通常穩(wěn)定性較差.木質(zhì)素燃燒相比水煤漿具有低污染、易泵送、燃燒效率高磺酸鹽是一種陰離子型表面活性劑,作為分散劑廣等優(yōu)點,是煤基代油流體燃料.添加劑是水煤漿制泛用于水泥、染料、石油、農(nóng)藥和煤炭等各個領(lǐng)備中關(guān)鍵技術(shù)之一,在其成本中僅次于煤炭費用,域校大的表面張力以及良中國煤化它直接影響水煤漿的價格和推廣,因此降低其成4.本文考察了不同縮本,開發(fā)性能價格比最優(yōu)的添加劑是水煤漿發(fā)展中合lCNMH角定了適合不同煤種的的一個重要任務(wù)凵.萘磺酸鈉縮甲醛(NSF)為陰離NSF的最佳縮合度值,并通過添加劑復(fù)配提高了收稿日期:20基金項博士學(xué)位論文專項資助項目(200144)作者簡美影需3-),男,江蘇省常州市人,教授,博土生導(dǎo)師,工學(xué)博士,從事潔凈煤技術(shù)及煤化工方面的研究E-mail:ggwu@cumt.edu.cnTel0516-3995548中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報第34卷NSF的制漿效能本試驗選用4種煤樣,分別為內(nèi)蒙古太西無煙1實驗部分煤(TX),淮北臨渙焦煤(LH),徐州夾河氣煤(JH)內(nèi)蒙古準格爾弱黏煤(ZG).其煤質(zhì)分析結(jié)果見1原煤的性質(zhì)與分析表表1煤樣的工業(yè)分析和元素分析Table 1 The proximate and ultimate anal ysis of coalt/%0樣品焦渣特性指數(shù)Cdaf1.8510.1192.763.911.471.361.6721.632.511.539.9686.675.811.383280.981.2煤樣的制備及粒度分析表2NSF與木質(zhì)素磺酸鈉的配比實驗中使用XMB-T0型三輥四簡棒磨機對煤Table 2 Proportion of NSF and lignosulfonate wH/%樣粉磨.其中一份磨30min,得到粗粉;另一份磨2方案NSF木質(zhì)素磺酸鈉‖方案NSF木質(zhì)素磺酸鈉h,得到細粉.將粗粉與細粉等量混合均勻,得到級配的煤粉5.使用美國貝克曼庫爾特公司生產(chǎn)的IS1o0Q型激光粒度儀( Fraunhofer光學(xué)模型,遮注:質(zhì)量比為各物質(zhì)占水煤漿中煤樣的質(zhì)量百分比蔽:8%~12%,測量時間:60s)測試煤粉的粒徑分1.6水煤漿的制備與性能檢測布.1)水煤漿的制備3水煤漿添加劑NSF的合成準確稱取一定量的添加劑,加入一定量的水溶1)合成原料解,在攪拌的情況下逐漸加入級配好的定量的煤粉萘(分析純)、濃硫酸(98%分析純)、甲醛(37%中,在1200r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌15min,靜置片刻分析純)、氫氧化鈉(分析純)及碳酸鈣(分析純)后取出.試驗中統(tǒng)一采用250mL的燒杯,每次制2)實驗儀器備100g的水煤漿,攪拌時攪拌頭應(yīng)距燒杯底1四口燒瓶、冷凝管、溫度、分液漏斗、zHT型自cm動恒溫電熱套、J-1型電動攪拌裝置及NXS-11A2)水煤漿黏度的測定型旋轉(zhuǎn)黏度計本實驗中水煤漿黏度的測定使用NXS-11A3)合成設(shè)計方案型旋轉(zhuǎn)黏度計,選用B或C測量系統(tǒng),每次水煤漿實驗中,通過采用不同的縮合時間(4.5,5.5用量約為25mL或9mL,剪切速率約為100sh),縮合溫度(95~100,110~115C)以及改變縮測量溫度為25C合劑甲醛的用量(12.5,13,13.5及14mL),以期3)水煤漿濃度的測定合成岀具有不同縮合度的β萘磺酸鈉甲醛縮合物用已知質(zhì)量的帶蓋玻璃稱量瓶稱取(3±0.1)1.4紅外光譜法確定NSF的縮合度g的分析試樣,開蓋,放入預(yù)先鼓風(fēng)并加熱到取少量合成的NSF粉末(粒徑小于0.05(107士1)C的烘箱中進行干燥,然后從干燥箱中取mm),按要求對樣品進行純化處理、壓片,用KBr出稱量瓶,立即將蓋蓋好,空冷片刻,然后將稱量瓶壓片做參比,采用 Avatar360型傅立葉變換紅外放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫并稱重,測定其固體含光譜儀( Nicolet公司,USA)測定NSF的紅外光譜量,按下式計算水煤漿中的實際煤含量,即煤的質(zhì)圖,通過峰面積比值方法確定試樣的聚合度6中國煤化工5效能提高的試驗方案劑)+1]×(s),NSF與木質(zhì)素磺酸鈉復(fù)配考察制漿效果試式!男頭時量,%:(s)為實測的固驗設(shè)計方案見表2體含量,%;(分散劑)為分散劑的加入量,%4)水煤漿流動性的測定第6期吳國光等:水煤漿添加劑NSF制漿試驗及其效能的研究705本實驗中水煤漿流動性采用目測法,根據(jù)其流表3粒度分布的算術(shù)體積統(tǒng)計動性狀,分為A,B,C,D四個等級,每個等級的劃Table 3 Arithmetic vol ume statistics of coal particles分標準如下:A:不間斷流動;B:間斷流動,呈稠流粒徑/pm<2<10<30<74<100<300D(3,2)狀;C:間斷流動,呈稀糊狀;D:不流動9.4122.847.683.188.699.976.49.2831.769.393.697.399.995.6885)水煤漿穩(wěn)定性的測定JH8.2218.433.974.776.599.327.477本實驗中水煤漿穩(wěn)定性使用試管靜置法來檢8.2034.472.894.497.699.995.939測,將水煤漿置于試管中,用凡士林密封,靜置48h后看其析水程度和沉淀情況.2.2NSF縮合度的確定通過改變縮合條件,共合成出6種具有不同縮2結(jié)果與分析合度的NSF,縮合度分別為4.3,5.6,6.3,6.9,7.32.1煤樣粒度分布和實驗所用4種煤樣的粒度分布結(jié)果,如表3所2.3NSF的制漿試驗結(jié)果具有不同縮合度的6種NSF與4種不同變質(zhì)制漿時采用“雙峰”級配技術(shù),從有利于燃燒的程度的煤樣,太西無煙煤、臨渙焦煤、夾河氣煤、準角度考慮,一般要求粒度的上限為300mm,其中小格爾弱黏煤,分別進行制漿試驗添加劑NSF的用于74{m的含量不少于75%由表2可知實驗所量均為煤樣量的1.0%保持每種煤樣的制漿濃度制得的煤樣均符合上述要求定時,水煤漿性質(zhì)見表4.表4不同縮合度NSF的制漿結(jié)Table 4 Properties of CwS with NSF of different condensation degree加劑NSF太西無煙煤(66.41%)高渙焦煤(67.54%)夾河氣煤(68.73%)準格爾弱黏煤(57.09%)NSF1(4.3)析水,軟沉淀B析水,軟沉淀析水,軟沉淀B+析水,軟沉淀B+NSF2(5.6)析水,軟沉淀B析水,軟沉淀B+析水,軟沉淀B+析水,軟沉淀NSF3(6,3)少量析水,軟沉淀A析水,軟沉淀B少量析水,軟沉淀B析水,軟沉淀0.9mPa·sNSF4(6.9)析水,軟沉淀A少量析水,軟沉淀少量析水,軟沉淀B+少量析水,無沉淀ANSF5(7.3)856.2mPa42.0mPa·s894. 1 mP921.2mPa·s析水,軟沉淀少量析水,軟沉淀少量析水,無沉淀B+少量析水,軟沉淀ANSF6(8,1)805.1mPa·s698.8mPa·s930.6mPa·s少量析水,無沉淀A無析水,軟沉淀A少量析水,軟沉淀A少量析水,軟沉淀A由表4可知,對高變質(zhì)程度的煤(太西無煙煤、爾弱黏煤,分別進行制漿試驗.保持4種煤的制漿臨渙焦煤),隨著NSF縮合度的增加,制漿效果提黏度均為1000mPa·s時,水煤漿性質(zhì)見表5.高,這是由于煤分子結(jié)構(gòu)主體為縮合芳香環(huán),不含由表5可知,通過NSF與木質(zhì)素磺酸鈉的復(fù)或含有極少量烷基側(cè)鏈及含氧官能團,隨著NSF配,可明顯提高水煤漿的穩(wěn)定性.這是由于木質(zhì)素縮合度的增加,其與煤分子之間的結(jié)合力增強,故磺酸鈉是一種多聚髙分子化合物,是由多個苯環(huán)通制漿效果提高;對中低等變質(zhì)程度的煤(夾河氣煤、過碳-碳鍵、芳-烷鍵、芳-芳鍵等聯(lián)結(jié)而成,具有磺準格爾弱黏煤),隨著NSF縮合度的增加,制漿效酸基、酚羥基、甲氧基以及醌基、醛基等親水基團和果先提高后降低,這是由于NSF縮合度增加時分親油的苯丙烷結(jié)構(gòu)單元,分子具有比NSF更強的子鏈長增大由于位阻效應(yīng)NSF與煤分子之間的結(jié)合力反而減小,因此與中低等變質(zhì)程度的煤制漿顆H中國煤化工面形成三維水化膜,當CNMH(的排斥力,從而增強水時,NSF的縮合度有一最佳值煤漿的穩(wěn)定性.水煤漿添加劑在煤表面上的空間位2.4NSF效能提高的試驗結(jié)果阻效應(yīng)是各效應(yīng)中最為重要之一,它是分散穩(wěn)定性NSF和木質(zhì)素磺酸鈉復(fù)配與4種不同變質(zhì)程能的一個決定因素.度的煤樣骃咽煤、臨渙焦煤、夾河氣煤、準格中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報第34卷表5復(fù)配添加劑的制漿結(jié)果Table 5 Properties of CwS with combined additives添加劑/%太西煤臨渙煤夾河煤準格爾煤木質(zhì)素磺酸鈉000mPa·s)(1000mPa·s)(1000mPa·s)0.0158.2少量析水,軟沉淀析水,軟沉淀析水,軟沉淀析水,軟沉淀70.05%B+少量析水,無沉淀少量析水,軟沉淀少量析水,軟沉淀少量析水,軟沉淀69.03%A69.28%A少量析水,無沉淀少量析水,無沉淀少量析水,軟沉淀少量析水,軟沉淀67,22%B67.55%A57.02少量析水,無沉淀少量析水,軟沉淀少量析水,軟沉淀少量析水,軟沉淀67.32%B66.35%B+56.19%少量析水,無沉淀少量析水,無沉淀少量析水,無沉淀少量析水,軟沉淀無析水,無沉淀少量析水,無沉淀無析水,無沉淀無析水,無沉淀用太西煤和臨渙煤制漿,當木質(zhì)素磺酸鈉的加性入量為0.1%時,水煤漿的定黏濃度最高,流動性2)對高變質(zhì)程度的煤(太西無煙煤、臨渙焦和穩(wěn)定性也得到提高.當木質(zhì)素磺酸鈉旳加入量進煤),煤分子結(jié)構(gòu)主體為縮合芳香環(huán),不含或含有極步升高時,漿體穩(wěn)定性增強,而定黏濃度則降低.少量烷基側(cè)鏈及含氧官能團,隨著NSF縮合度的因此,0.9%的NSF和0.1%的木質(zhì)素磺酸鈉復(fù)配增加,其與煤分子之間的結(jié)合力增強,制漿效果提其制漿效果最好.這是由于加入少量的木質(zhì)素磺酸高.鈉能降低煤旳表面能,增強煤的親水性,從而提高3)對中低等變質(zhì)程度的煤(夾河氣煤、準格爾漿體的定黏濃度和穩(wěn)定性,而當煤粒表面親水性過弱黏煤)煤分子表面的位阻增大,NSF縮合度增強,水化膜厚度過大或煤內(nèi)表面吸附水量過多,又加時分子鏈長增大,由于位阻效應(yīng),NSF與煤分子會引起煤粒的膨脹,使煤粒間的流動水減少,煤漿之間的結(jié)合力反而減小,因此與中低等變質(zhì)程度的濃度降低,黏度增加煤制漿時,NSF的縮合度有一最佳值用夾河煤和準格爾煤制漿,隨木質(zhì)素磺酸鈉加4)通過NSF與木質(zhì)素磺酸鈉的復(fù)配,可明顯入量的增多,水煤漿的定黏濃度逐漸降低,穩(wěn)定性提高水煤漿的穩(wěn)定性,0.9%的NSF和θ.1%旳木增強.加入少量的木質(zhì)素磺酸鈉(加入量為.1%)質(zhì)素磺酸鈉復(fù)配對4種煤樣制漿,效果均為最好時,漿體的定黏濃度基本不變,而穩(wěn)定性卻得到提高,因此,0.9%的NSF和0.1%的木質(zhì)素磺酸鈉參考文獻:復(fù)配其制漿效果最好.這是由于加入少量的木質(zhì)素1]張榮曾.水煤漿制漿技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社磺酸鈉能降低煤的表面能,增強煤的親水性,從而提高漿體的定黏濃度和穩(wěn)定性而當木質(zhì)素磺酸鈉2]許寧,李志富,吳希坤催化合成高聚合度禁磺酸鹽的加入量進一步增多時,由于2種煤樣的表面空間縮合物[].精細化工,2003,20(9):538-54位阻較大,同時木質(zhì)素磺酸鈉分子具有比NSF更Xu N, LiZ F, WuX K. Katalytic synthesis of high強的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),等量的木質(zhì)素磺酸鈉在煤表面molecular naphthalenesulfonic acid / formaldehydecondensation polymer [ J]. Fine Chemicals, 2003,20的吸附小于NSF在煤表面的吸附,從而使得煤粒(9):538-540表面的親水性降低,因此木質(zhì)素磺酸鈉加入量增[3]李鳳起朱書全水煤漿添加劑改性木質(zhì)素磺酸鈉結(jié)多,水煤漿定黏濃度降低性能的研空「1炭學(xué)報,2000,25(4):439中國煤化工3結(jié)論CNMHGd1)由幾個或十幾個苯環(huán)為主體結(jié)構(gòu),周圍連performance of modified sodium lignosulphonates [J].接著各種含氧基團和烷基側(cè)鏈的煤分子結(jié)構(gòu)與主Journal of China Coal Society, 2000, 25(4):439-442.結(jié)構(gòu)為多萘環(huán)磺酸鹽的NSF之間有著良好的匹配(下轉(zhuǎn)第720頁)中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報第34卷[10 Yang Y F, Zhang XX, Chen Q R. Research on632-635xisting pattern and its removal from fly ash[J].[12]夏哲.粉煤灰中玻瑞微珠的理化特性及其改性的Journal of China UniversityMining研究[D].北京:北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)Technology,2002,12(2):172-175.1]楊玉芬,陳清如,駱振福.流態(tài)化技術(shù)干法脫炭的理13] Goni s, Guerrero A, Luxan m p,etal. 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