第22卷第2期準(zhǔn)南工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)Vol. 22 NS2002年6月JOURNAL. OF HUAINAN INSTITUTE OF TECHNOLOGYJUN.2002造紙黑液制備水煤漿添加劑的研究張宏偉,張保林,蔡燕,李寒旭(安徽理工大學(xué)化學(xué)工程系,安徵淮南232001)摘要:通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)法,對(duì)造紙黑液加壓磺甲基化制備水煤漿添加劑進(jìn)行了研究,數(shù)據(jù)分析得出的優(yōu)工藝條件是:100ml黑液(濃度20%),磺化劑15g,甲基化劑20ml,反應(yīng)溫度100C,時(shí)間6h,同時(shí)提出了一種新的評(píng)價(jià)水煤漿性能的方法。關(guān)鍵詞:水煤漿;添加劑;造紙黑液中圖分類(lèi)號(hào):TQ351.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-0932(2002)02004905水煤漿作為潔凈煤技術(shù)重要分支在我國(guó)近兩制取水煤漿的成本,又可為造紙黑液的綜合利用開(kāi)年有了很大發(fā)展,但由于添加劑價(jià)格的原因,水煤辟一條新的途徑漿的發(fā)展卻不時(shí)受到制約。為此,該技術(shù)的關(guān)鍵已經(jīng)集中在添加劑的來(lái)源問(wèn)題上1實(shí)驗(yàn)原料及方法造紙黑液是我國(guó)主要環(huán)境污染之一,其有機(jī)污1.1合成原料染負(fù)荷量占全部造紙廢水污染負(fù)荷量的90%以實(shí)驗(yàn)所用黑液為堿法黑液,其基本性質(zhì)及特征上{2。本文采用加壓磺甲基化法,將黑液中的有效組成如表1和圖1所示。成分經(jīng)適當(dāng)處理后,成為水煤漿添加劑,既可降低表1遣紙黑液性質(zhì)參數(shù)表照液種類(lèi)密度(g·ml-1)pH值固含量(%)腐植酸(%)木質(zhì)素(%)聚糖(%)安礅造紙廠(chǎng)42.362850.5585.0104403416.01593.8圖1黑液紅外收稿日期:2001-09-24中國(guó)煤化工基金項(xiàng)目:安徽省“九五”科技項(xiàng)目(9912005)CNMHG作者簡(jiǎn)介張宏偉(1975-),男江蘇豐縣人,在讀碩士,專(zhuān)業(yè)方向:潔凈煤技淮南工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)2002年第22卷在圖1中3416cm-處,有羥基(-OH)伸縮1.3實(shí)驗(yàn)煤樣振動(dòng)寬吸收帶;2919.5cm-1和2850.5cm-處,煤的工業(yè)分析和粒度分布列于表3、表4有甲基、亞甲基、次甲基伸縮振動(dòng)吸收帶;1593.8表3煤的工業(yè)分析cm-2,1495.9cm-1,694.3cm-處,有苯環(huán)骨架伸煤種M〔%)A4(%)Va(%)HGI縮振動(dòng)特征吸收帶,加之470—586cm處芳香核準(zhǔn)南洗精煤1.0214.1129.2268CH振動(dòng)吸收帶;以及1118.7cm-處是不飽和醚及芳香醚吸收峰、1226.1cm-、1079.6cm-1處表4煤的粒度分布數(shù)據(jù)峰是磺酸鹽特征吸收峰等,表明了造紙黑液中含有芳香族化合物,其分子包含有-OH、一CH3粒度(目)100<200CH2、磺酸鹽類(lèi)等離子基團(tuán),根據(jù)文獻(xiàn)[3],對(duì)其作百分比(%)10094.647.8適當(dāng)改性,則可以做為水煤漿添加劑1.2添加荊制備1.4水煤漿性能測(cè)試影響添加劑制備的因素眾多,在以前實(shí)驗(yàn)的基制漿時(shí)采用定時(shí)電動(dòng)攪拌器攪拌,在800礎(chǔ)上,加壓磺甲基化固定了部分因素,著重考察磺1000r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌10min。粘度采用旋轉(zhuǎn)化劑加入量,甲基化劑加入量,反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)式粘度計(jì)測(cè)定,測(cè)試條件:3-轉(zhuǎn)子,60r/min。水煤間,通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)法確定加壓磺甲基化工藝的制漿的穩(wěn)定性用靜止析水法來(lái)表征,即3d后測(cè)量試備方案見(jiàn)表2。管中析出的水高占煤漿總高的百分率;水煤漿的表2正交實(shí)驗(yàn)因素水平表流動(dòng)特性用目測(cè)流動(dòng)性來(lái)表示。同時(shí),用落棒實(shí)驗(yàn)來(lái)考察煤漿的沉淀情況。最后根據(jù)原始記錄,采用磺化劑量(g)甲基化劑量(ml)綜合評(píng)分法來(lái)評(píng)價(jià)水煤漿的性能。2評(píng)價(jià)水煤漿性能的綜合評(píng)分法A2評(píng)價(jià)水煤漿性能常用的有四個(gè)指標(biāo):粘度、流B331.3動(dòng)性析水率和穩(wěn)定性。但在實(shí)際應(yīng)用中難免會(huì)顧此失彼,使對(duì)于水煤漿性能的評(píng)價(jià)難以客觀全面的反應(yīng)溫度(℃)反應(yīng)時(shí)間(h)參照正交實(shí)驗(yàn)分析中的數(shù)據(jù)處理方法并結(jié)合制備水煤漿的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出了以下的綜合評(píng)價(jià)這種方法的基本思路是在同一濃度的前提下根據(jù)水煤漿四個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要性,分別給他們不制備方法系將黑液稀釋到20%左右,取100同的基本分,然后對(duì)每個(gè)指標(biāo)不同的檔次水平給出m造紙黑液加入高壓反應(yīng)釜(250m)中,用50不同的權(quán)值,對(duì)于任一個(gè)指標(biāo),用權(quán)值乘于基本分60ml蒸餾水稀釋定量的磺化劑加入反應(yīng)釜中并得到該指標(biāo)在該檔次水平的得分值然后對(duì)四個(gè)指加入定量的甲醛,密封反應(yīng)釜,打開(kāi)電源,開(kāi)始攪標(biāo)的得分值求和,得到水煤漿性能的綜合得分值拌,攪拌速率為280r/min,同時(shí)開(kāi)始加熱加熱電從而確定水煤漿整體性能的優(yōu)劣(見(jiàn)表5一表8)。壓為140V。待指示溫度與設(shè)定溫度相差10-15表5水煤漿流動(dòng)性權(quán)值(基本分為100C時(shí),調(diào)節(jié)電壓至70-80V。當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)流動(dòng)性A+AA-B+BB-C恒溫?cái)?shù)小時(shí),到設(shè)定時(shí)間時(shí),停止加熱與攪拌,關(guān)閉電源讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫,打開(kāi)反應(yīng)釜,取出權(quán)數(shù)1.51.31.11.00.50.30.1反應(yīng)液,并裝人容量瓶中保存,以備制水煤漿之用表6水煤漿粘度權(quán)值(中國(guó)煤化工粘度(mPa·s)<300300-500500-700750-900900-CNMHGoO >15權(quán)數(shù)張宏偉造紙黑液制備水煤漿添加劑的研究第2期3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論進(jìn)行的。正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如表9所表7水煤漿沉淀情況權(quán)值(基本分為60)3.I工藝的優(yōu)化分析淀情況無(wú)沉淀軟沉淀較硬沉淀硬沉淀工藝優(yōu)化是針對(duì)各添加劑產(chǎn)品在用量為權(quán)數(shù)l.00.50.7%(漿基)時(shí),制得的濃度為67%的水煤漿性能表8水煤漿析水率權(quán)值(基本分為40)析水率/(%0—1.01.0-2.02.0-3.03.0-4.04.0-5.0>5.0權(quán)數(shù)0.7表9實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析子序號(hào)綜合得分CD粘度(mPa·s)流動(dòng)性析水率(%)沉淀情況無(wú)沉淀AlAl.6無(wú)沉淀Al77軟沉淀23456789H2BB2BB3621040軟沉淀AAAB軟沉淀軟沉淀2901040無(wú)沉淀軟沉淀3301280無(wú)沉淀276842KI280.7K3281.3309.33073324.7極差在表9中分別算出了三個(gè)水平相應(yīng)的煤漿性小。根據(jù)以上分析,得出的優(yōu)方案是A1D3B2C1,即能分值K1、K2、K3,平均性能值k1、k2、k3和極差磺化劑15g,反應(yīng)時(shí)間6h,甲基化劑20ml,反應(yīng)值。極差大的因素,說(shuō)明它的三個(gè)水平對(duì)煤漿性能溫度100℃。按此優(yōu)方案生產(chǎn)出的添加劑實(shí)驗(yàn)編號(hào)的影響顯著,通常是重要的因素極差小的因素,是為22次要因素,按照極差的大小,因素影響的主次順序3.2磺甲基化反應(yīng)過(guò)程為:A、D、B、C。即磺化劑量是主要因素,其次是反為考察磺甲基化反應(yīng)的溫度變化情況,將反應(yīng)應(yīng)時(shí)間,接下來(lái)是甲基化劑用量,反應(yīng)溫度影響最過(guò)程中的溫度記錄作圖(見(jiàn)圖2)中國(guó)煤化工a)升溫曲線(xiàn)圖2磺甲基化反應(yīng)的溫度CNMHG淮南工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)2002年第22卷從圖2中可知:升溫曲線(xiàn)平緩光滑,升溫速度甲基化的反應(yīng)溫度范圍主要集中在75-100C。曲線(xiàn)曲折多變?；羌谆磻?yīng)的升溫速度曲線(xiàn)在反添加劑反應(yīng)物混合物(未反應(yīng))和添加劑產(chǎn)品應(yīng)開(kāi)始20-25min有一個(gè)明顯的峰值,而在其它的紅外光譜圖如圖3、圖4所示時(shí)間升溫速度比較均勻。結(jié)合兩張圖可以得出,磺552850.61456.9766.6385.71353.5206.4976.8°L.342300〔圖3加壓磺甲基化產(chǎn)物產(chǎn)品反應(yīng)物的混合樣(未反應(yīng))光譜圖2734.32850.7880.780.37679532,01356.3628.73416.81601.21192.0975.01045.0中國(guó)煤化工a/cmCNMHG圖4加壓磺甲基化產(chǎn)物產(chǎn)品光譜圖張宏偉,等;造紙黑液制備水煤漿添加劑的研究第2期比較反應(yīng)前后兩張譜圖,可以看出,反應(yīng)產(chǎn)物甲基及磺磺酸基團(tuán)。的光譜上官能團(tuán)區(qū)有甲基峰(2932.2cm-1、2734.3.322添加劑所制備的水煤漿性能cm-1)出現(xiàn);同時(shí)在1000-2000cm-內(nèi)原來(lái)的將22#添加劑與原料黑液及不加添加劑的水磺酸基團(tuán)的吸收強(qiáng)度也顯著增強(qiáng),這從一個(gè)方面說(shuō)煤漿性能比較見(jiàn)表10,其中添加劑用量為0.7%明磺甲基化反應(yīng)確已發(fā)生,木質(zhì)素分子上被引人了(漿基)。表10水煤漿性能的比較添加劑種類(lèi)目標(biāo)濃度(%)粘度(mPa5)目測(cè)流動(dòng)性析水率(%)沉淀悄況無(wú)不成漿黑液(未處理)軟沉淀680軟沉淀940軟沉淀由表10可見(jiàn),在不加任何添加劑的情況下,淮(2)加壓磺甲基化的反應(yīng)溫度主要集中在南煤不能制得濃度為66%的煤漿;只有加黑液的75-100℃,反應(yīng)后的黑液添加劑的磺化度得到了情況下,由于黑液本身含有表面活性劑,可以制得進(jìn)一步加強(qiáng);67%的煤漿,但性能很差;22添加劑在同一濃度(3)文中對(duì)多指標(biāo)煤漿性能評(píng)價(jià)提出的綜合下可以制得性能比黑液好得多的水煤漿,即使更高評(píng)分法,便于考查水煤漿的綜合性能的濃度也可以制得性能優(yōu)良的煤漿,可以看出22“添加劑比未處理的黑液制漿濃度高1%-2%。參考文獻(xiàn):結(jié)論[1]詹隆,李洪波,董強(qiáng)國(guó),等,水煤漿技術(shù)應(yīng)加快產(chǎn)業(yè)化(1)不加添加劑的情況下,淮南煤不能制得濃[2]張珂周思毅造紙工業(yè)蒸煮廢液的綜合利用與污染度為66%的煤漿,22“添加劑比未處理的黑液制漿防治技術(shù)DM].北京:中國(guó)輕工業(yè)出出版社,1992濃度高1%-2%;由正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得到最優(yōu)[3]孫成功分散劑分子結(jié)構(gòu)特征對(duì)煤漿流變特性的影響工藝條件為:20%的黑液100ml,加入磺化劑15g[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào),199725(3):213-217和甲基化劑20ml,100C下反應(yīng)時(shí)間6h;影響因4]吳貴生試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理[M北京冶金工業(yè)出素的重要程度為:磺化劑>反應(yīng)量時(shí)間>甲基化劑版社,1997>反應(yīng)溫度;Pilot study on the technique of utilizingblack liquor to prepare additive for coal water slurryZHANG Hong-wei, ZHANG Bao-lin, CAI Yan, LI Han-xu(Dept. Of Chemical Engineering Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001. China)Abstracl: The pressurized sulfonation and methylation process of utilizing black liquor to prepare additifor CWM is studied by cross test and a new method of performance evaluation for CWM is given. Basedon the experiment the optimum reaction conditions include sulphonating agent 15g, methylating agent20ml to100ml black liquor with 20% solid content, the temp at 100c, the time for 6hKey words: coal- water slurry additive i black liquor中國(guó)煤化工CNMHG