（材料学专业论文）高效水煤浆分散剂磺化丙酮甲醛缩聚物的合成及改性研究.pdf

摘要 水煤浆，是一种新型的清洁环保代油燃料，同时也是煤制甲醇、氨等工业的气化原 料。水煤浆分散剂是水煤浆制备技术的核心，它是高浓度水煤浆流动、稳定的基础。 本文针对采用水洗煤制备水煤浆过程中出现的传统萘系分散效果差成本高等问题， 合成了新型高效水煤浆分散剂：磺化丙酮甲醛缩聚物，并对其进行了改性研究 在分散剂合成试验中研究了原料摩尔比、缩合温度、缩合时间等工艺因素对水煤浆 性能的影响，结果表明：磺化温度5 5 。c ，缩合温度9 6 9 8 。c ，丙酮、甲醛、亚硫酸 钠之间摩尔比为1 ：2 2 ：o 5 5 ，缩合时间3 o h 时，合成的磺化丙酮甲醛缩聚物的分散 效果与高效水煤浆分散剂n d f 性能相近，达到煤气化工艺对水煤浆的要求。 在分散剂改性试验中研究了磺化剂摩尔比、醛酮摩尔比、缩合时间、温度对分散剂 性能的影响，在对氨基苯磺酸钠、亚硫酸钠、丙酮、甲醛原料摩尔比为0 1 0 0 2 4 ：1 ： 2 o ，缩合时间为3 5 h ，磺化温度9 6 - - 9 8 的情况下，合成的改性分散剂对于水洗煤 分散效果良好。 通过对比实验及红外光谱分析，所合成的磺化丙酮甲醛缩聚物及改性产品，具有成 本低、效果好的特点。 关键词：水煤浆分散剂，合成，改性 a b s t r a c t c o a lw a t e rs l u r r y ( c w s ) i san e w t y p eo fc l e a nf u e lw h i c hc a ns u b s t i t u t ep e t r o l e u m a n d i ta l s oi st h er a wm a t e r i a lf o rp r e p a r i n gm e t h a n o la n dn i t r o g e n o u sf e r t i l i z e r t h ed i s p e r s a n ti s t h ek e yt e c h n o l o g yf o rt h ed e v e l o p m e n to fc w s ，w h i c hi si m p o r t a n tt ot h es t a b i l i t ya n dh i g h c o n c e n t r a t i o no fc w s f o r s o l v i n gt h ep r o b l e mo fh i g hc o s ta n dl o wq u a l i t yo fc w sp r e p a r e db yu s i n g t r a d i t o n a ln a p h t h a l e n e b a s e dr e s i na sd i s p e r s a n ta n dw a t e rw a s h i n gc o a la sr a wm a t e r i a l s ，a n e wk i n do fh i g hp e r f o r m a n c ec w s d i s p e r s a n t - s u l p h o n a t e da c e t o n ef o r m a l d e h y d e ( s a f ) w a s s y n t h e s i z e d t h ep e r f o r m a n c e sa n dm o d i f i c a t i o no fc w sd i s p e r s a n ts y n t h e s i z e dw a s s t u d i e d t h es y n t h e s i sc o n d i t i o n s ，s u c ha st h er a t i oo fr e a c t a n t s ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，a n d r e a c t i o nt i m ew e r ei n v e s t i g a t e d t h eb e s tp r o c e s sp a r a m e t e r sw e r ea sf o l l o w s ：s u l f o n a t i o n t e m p e r a t u r ew a s5 5 c ，c o n d e n s a t i o nt e m p e r a t u r ew a s9 6 c - 9 8 c ，t h em o l er a t i oo f a c e t o n e f o r m a l d e h y d e ：s o d i u ms u l f i t ew a s1 ：2 2 ：o 5 5 ，t h ec o n d e n s a t i o nt i m ew a s3 o h t h es a fs y n t h e s i z e dh a das a m ep e r f o r m a n c ea sc o m m e r c i a ln d f ，a n dc a nm e e tt h e r e q u i r e m e n t so fc o a lw a t e rs l u r r yg a s i f i e r i nt h ee x p e r i m e n tp r o c e s so fm o d i f i e ds a fd i s p e r s a n t ，t h er a t i oo f s u l f o n a t i n ga g e n t ，t h e r a t i oo fa l d e h y d e sa n dk e t o n e s ，t h ec o n d e n s a t i o nt e m p e r a t u r e ，t h ec o n d e n s a t i o nt i m ew e r e i n v e s t i g a t e d ，a n dt h ep r o c e s sp a r a m e t e r ss u i tt ow a t e rw a s h i n gc o a lw e r e ：t h em o l er a t i oo f s o d i u m ss u l f a n i l a t e ：s o d i u ms u l f i t e ：a c e t o n e ：f o r m a l d e h y d ew a s0 1 0 ：0 2 4 ：1 ：2 0 ，t h e c o n d e n s a t i o nt i m ew a s3 5 h t h es u l f o n a t i o nt e m p e r a t u r ew a s9 6 - - 9 8 t h r o u g ht h ec o m p a r a t i v ee x p e r i m e n t sa n di n f r a r e ds p e c t r o s c o p i ca n a l y s i so fs y n t h e t i c p r o d u c t ，t h es a fa san e wk i n do fc w sd i s p e r s a n tw ed e v e l o p e dh a dh i g hp e r f o r m a n c e sa n d l o wc o s t k e yw o r d s ：c w s d i s p e r s a n t , s y n t h e s i s ，m o d i f i c a t i o n 长安大学硕士学位论文 1 1 选题的背景和意义 第一章绪论 随着世界经济的迅速发展，能源的短缺、环境的恶化、资源的不足等等问题显得日 益突出，对此，各国都在寻找不同的出路。自7 0 年代石油危机以来，世界上主要的发 达国家如美国、日本、俄罗斯等国都相继投入了大量人力、物力和财力，去寻求理想的 代油燃料l l j 。 中国是世界第一大煤炭生产与消费国，2 0 0 1 年煤炭在一次能源的生产和消费中分别 占6 8 和6 7 。在相当长的时期内，中国以煤为主要能源的生产和消费结构将不会发生 改变【2 1 。然而，煤炭在为国民经济做出巨大贡献的同时，其开发利用过程也对环境产生 了很严重的污染。中国是典型的煤烟型大气污染国家。发展洁净煤技术是提高中国能源 效率、减少环境污染的重要途径。中国发展洁净煤技术的目标：一是减少环境污染，如 s o s 、n 0 】【、煤矸石、粉尘、煤泥水等；二是提高煤炭利用效率，减少煤炭消费；三是加大 转化，改善终端能源结构。目前，中国已成了世界上最大的洁净煤市场【2 】。 我国是一个富煤少油的国家，水煤浆作为新型代油环保燃料，正被越来越多的企业 所认识，燃用水煤浆与直接燃油相比，具有燃烧效率高、负荷易调控、节能和环境效益 好等优点；而且采用水煤浆技术将进一步改善煤炭企业的产品结构，提高煤炭企业的经 济效益；制浆用水可以利用工厂的有机废水( 如造纸黑液) 直接制成水煤浆燃烧，简化 了造纸厂的废水处理。因此，水煤浆技术是当前比较现实的，也是2 1 世纪最有市场潜 力的洁净煤技术1 2 j 。 水煤浆( c o a lw a t e rs l u r r y ，简称为c w s ) ，是将一定粒度的煤粉，在外加剂作用 下分散在水中，形成均匀稳定的浆体，浓度一般在5 0 7 5 之间。它外观像油，流动性 好，储存稳定，运输方便，燃烧效率高，污染物排放低，可代替煤、油、气等，用于工 业锅炉、电站锅炉和工业窑炉中作为燃料；也可作为煤化工的原料，如水煤浆气化制甲 醇、氨等，是一项优良的煤洁净利用技术，受到了大家的关注。目前，国外的水煤浆技 术已经趋于成熟，达到了工业应用水平；我国对此研究起步较晚，研究较少，对水煤浆 分散剂的研究更是甚少。然而，我国是一个贫油富煤的国家，煤炭储量约占石化能源总 储量的9 0 ，而石油和天然气储量约占1 0 。对我国来说，大力开发煤燃料资源，采用 水煤浆燃料代替煤、油、气作为燃料，以及水煤浆作为煤气化制甲醇、氨等煤化工项目 的原料，完全符合我国的能源结构。燃烧水煤浆与直接燃煤相比，具有环境污染小、燃 第一章绪论 烧效率高、负荷易调控和劳动强度低等的优点；与直接燃油、气相比，具有成本低的优 势。水煤浆与燃油在相同热值下相比，其价格仅为重油的1 2 左右，所以煤代油具有显 著的经济效益。随着近两年石油价格的波动，石油资源的日趋减少，使中国的能源安全 问题日益突出，水煤浆作为一种具有战略意义的洁净能源，在目前我国能源紧张的情况 下，水煤浆技术是适合我国现行阶段的代油、环保及节能目标，其发展潜力巨大。 水煤浆是一种固、液两相粗分散体系。煤表面为多为亲油物质，煤粒粒径小，比表 面积大，很容易自发地彼此聚结，在重力或其他外力作用下容易发生沉淀，为防止其发 生沉淀，必须加入少量化学添加剂，提高煤粒的亲水性。水煤浆制浆用添加剂主要有分 散剂、稳定剂和其他辅助药剂，其中分散剂起关键作用l3 1 。具有工业应用价值的水煤浆 应具有：高浓度，低黏度，良好的流动性及稳定性。 水煤浆分散剂的作用在于提高煤粒表面的亲水性、增加煤粒表面的动电位，使煤粒 在水中能均匀分散，防止煤粒间相互聚集，从而提高水煤浆的浓度，降低水煤浆的黏度， 增加流动性。水煤浆制备过程中，对于确定的煤种而言，影响成浆性的主要因素有煤粉 粒度分布、煤浆添加剂【2 】等。实际工业化生产的情况下，粒度级配是很难控制的，只能 相对控制最大粒度和最小粒度以及它们的粗略比例，因此，实际生产中，在其它条件不 变的情况下，主要是通过调节外加剂的种类、添加量等方式来保证成浆性。在水煤浆添 加剂中，对成浆性起关键作用的是分散剂，稳定剂主要针对长时间存放的水煤浆的稳定 性起主要作用。 水煤浆分散剂是一种两亲分子，由亲水基和疏水基两部分构成。煤表面主要是疏水 性物质，在水中具有热力学不稳定性，极易团聚，把水包裹在颗粒间的缝隙里，使体系 黏度增加，流动性变差。分散剂分子通过其疏水基和煤表面结合，以亲水基朝水的定性 排列方式把水分子吸附在煤粒表面，变疏水性为亲水性，借水化膜将煤粒隔开，同时， 这些极性基团和水具有较强的亲和力，使浆体不易析水沉淀，形成具有一定浓度、均匀 而稳定的浆体。 水煤浆分散剂是水煤浆加压气化或燃烧工程和水煤浆输送工程中必不可少的化工 助剂，是制备高浓度、低粘度水煤浆的必备组分i3 1 ，影响着水煤浆的性能和成本控制。 目前市场上使用的高效水煤浆分散剂普遍存在着适应性差，分散不稳定等情形，而且， 水煤浆分散剂主要是混凝土减水剂或其改性产品，价格却高很多。因此，寻找适应性广、 分散效果好、成本低的高效水煤浆分散剂，是促进水煤浆工业发展的基础，同时推进了 分散剂技术和水煤浆技术的发展，促进新型煤基洁净燃料水煤浆的能源地推广应用，实 2 长安大学硕士学位论文 现水煤浆技术作为中国能源可持续发展战略的重要途径。 1 2 国内外水煤浆技术的发展及应用 1 2 1 国外水煤浆技术的发展简介 自2 0 世纪7 0 年代国际石油危机以后，世界主要发达国家如美国、日本、加拿大、 瑞典、意大利、英国、法国和俄罗斯等国都相继投入了大量人力、物力和财力寻找代油 燃料，开始进行水煤浆的研究开发。目前，国外水煤浆技术已趋成熟，建成了一大批水 煤浆厂，达到了工业应用水平，制成的水煤浆主要用于发电。 美国从1 9 7 9 年起就对水煤浆燃料进行开发、应用。建成的包括制浆和管道运输系 统在内的黑麦萨煤浆管道工程，运输距离达4 3 9 k m ，年运煤4 5 m t ，3 0 年来，以9 9 的 可靠性为姆哈佛电厂的1 5 8 0 m w 发电机组提供了上亿吨燃料。美国匹茨堡能源研究中 心附近的很多电厂的锅炉，都是燃用水煤浆。 俄罗斯1 9 8 8 年，成功建成世界上规模最大的水煤浆制备一管输一发电工程，水煤 浆生产能力3 5 m t a ，供新西伯利亚电厂6 x 6 7 0 t a ( 6 2 0 0 m w ) 锅炉燃用。 日本在小名滨建成5 0 0 k t a 水煤浆厂，供给世界应用规模最大的东京勿来电站4 号 机组2 6 9 t h 和8 号机组1 9 4 0 t h 锅炉燃用。该锅炉原设计为油和煤粉混合燃烧，加入 水煤浆后，变为三种燃料混烧，比例为5 0 水煤浆、2 0 油、3 0 煤粉。燃烧效率9 8 以 0 1 3 - 5 1 l o 近年来，随着石油价格的不断上涨和波动，很多国家对水煤浆技术十分关注。无论 是缓解能源紧张，还是从能源的安全、价格和环保的角度，都迫切希望实施水煤浆项目。 甚至产油国伊朗也在调查和研究水煤浆技术，这些都表明，水煤浆技术的代油、环保和 实用价值及未来市场需求。 1 2 2 国内水煤浆技术的发展状况 在我国，对水煤浆技术的研究始于1 9 8 1 年，相对国外较晚，但经过不断地研究开 发和工业性试验，我国的水煤浆技术也已进入工业化应用阶段。并在各种炉型上得到应 用，包括电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉等。目前，国内已经成功改造部分锅炉，如汕 头万丰热电有限公司、茂名热电厂、北京造纸一厂、山东白杨河电厂、燕山石化等均为 燃煤锅炉改为燃浆锅炉的实例，且都取得了很好的经济效益和社会效型3 1 。 我国围绕提高煤炭开发利用效率、减轻对环境污染开展了大量的研究开发和推广工 作。随着国家宏观发展战略的转变，中国政府把洁净煤技术作为可持续发展和实现两 3 第一章绪论 个根本转变的战略措施之一。我国于1 9 9 4 年成立了煤炭工业洁净煤工程技术研究中心， 1 9 9 5 年成立了国家洁净煤技术推广应用领导小组，1 9 9 7 年国务院批准了中国洁净煤 技术九五计划和2 0 1 0 年发展纲要。在中国国民经济第十个五年计划和煤炭工业“十五” 规划中，都强调要加大洁净煤技术研究开发力度，扩大洁净煤领域的对外开放，推进洁 净煤技术的产业化。 1 3 水煤浆分散剂的发展现状及发展趋势 1 3 1 水煤浆分散剂的发展现状 水煤浆分散剂是一种表面活性剂，根据其分子链上所带电荷的性质，可分为阴离子 型和非离子型( 阳离子型表面活性剂很少用作分散剂) 。非离子型表面活性剂自2 0 世纪 3 0 年代以来发展很快。非离子型分散剂在水中并不电离，亲水端主是分子结构中的含氧 官能团一聚氧乙烯或再配以少许的磺酸基，亲油端是烷基苯或烷基苯酚等，可以用通式 r ( c h 2 c h 2 0 ) n h 来表示。这一分散剂的特点是分子量较大，通式中的n 值应大于5 0 1 0 0 才又良好的分散效果。这类分散剂的主要优点是亲水性好，生产过程中相对分子量 和质量易调节、控制，性能优良；使用过程中不受水质及煤中可溶性物质的影响，可同 时作为分散剂和稳定剂，但价格昂贵【6 】。 阴离子型分散剂的价格相对便宜，各国研究和使用较多，是制浆首选分散剂。外国 尤其是美国、日本的科研人员已经筛选和研制了一批性能优良的分散剂，如专用的水煤 浆分散剂n s f ( 萘磺酸盐聚合物) 和p s s ( 聚苯乙烯磺酸盐) 已工业化生产，并达到相 当的规模。对水煤浆分散剂研究比较突出的有n i p p o n 油脂公司、k a o 公司、l i o n 公司 和c o m 公司。国内不少企业和研究机构也对水煤浆分散剂的研究做了大量工作，开发出 很多具有竞争力的产品，如迪昆精细化工公司，其研究侧重于高效的水煤浆分散剂的研 究，目前主要品种有c w f 1 5 和w c s a c ；南京大学表面与界面化学工程技术研究中心 研制的具有中国知识产权的一类高效、低成本又具有广泛适应性的萘系阴离子型高分子 水煤浆分散剂n d f ，占据大量的水煤浆分散剂市场；还有，淮南矿业集团合成材料有限 责任公司开发的唧可以兼顾水煤浆的分散性和稳定性i3 1 。目前，中国水煤浆分散剂市 场上萘系应用比较广泛，此类分散剂分散性好、减粘作用强、浆流型好，其研究已达到 较高水平，成本相对国外较低；但是，仍然存在着煤种适用范围窄、煤浆稳定性差，容 易析水产生硬沉淀，而且价格偏高等问题，而且近几年萘系产品的原料工业萘短缺，价 格不断上涨，因此，有必要开发成本低、煤种适应性广的新型高效水煤浆分散剂，以满 4 长安大学硕士学位论文 足不断发展的市场需求【3 1 。 1 3 2 水煤浆分散剂的发展趋势 目前，我国对水煤浆分散剂的研究侧重于药剂对煤粒的影响，就分散剂本身的研究 工作相对较少。而水煤浆分散剂的消耗在煤浆制备制举足轻重，分散剂的分散效果对成 浆性也很重要，因此，其研究趋势可归纳为以下几点： ( 1 ) 开发高性能、低成本的分散剂 提高现有分散剂的利用效率，一是在保持阴离子性分散剂现有的成本下，提高其分 散性能，减少添加量，降低水煤浆的成本；二是在保证非离子型分散剂用量少、性能好 的前题下，降低其成本。目前，性能优异的水煤浆高效分散剂多采用石油产品合成，其 生产成本维持在较高水平。 ( 2 ) 开发性价比高、适应性广的分散剂 国内水煤浆技术在制浆工艺和窑炉设计等方面研究较多，技术基本成熟，但对水煤 浆添加剂，尤其是分散剂的研究较少。目前，我国的水煤浆技术普遍存在着分散剂与煤 种匹配性差的问题，而且对水质有一定要求。一旦煤质发生变化，分散剂与煤粉的适应 性就很可能发生变化，水煤浆的性能就很难稳定。因此，我们有必要研究开发适应范围 广、分散性好、成本较低的高效水煤浆分散剂。 ( 3 ) 研究低成本非离子性高效水煤浆分散剂 非离子型分散剂的适应性广、分散剂效果好，但因价格昂贵，使用受到了很大的限 制。因此，我们应该扬长避短，开发低成本的非离子型分散剂。 ( 4 ) 研究低成本复合型( 复配) 水煤浆分散剂 近年来，国外水煤浆高效分散剂的发展方向以复合型为主，主要复配类型有，用较 高聚合度的萘磺酸甲醛缩合物与有机磷酸盐和有机羧酸盐复配；用马来酸、衣康酸等与 苯乙烯进行共聚并磺化；在控制相对分子质量的情况下，使丙烯酸和丙烯酸酯进行共聚 等。国内对此也有研究，南大研制的高效水煤浆分散剂n d f ，就是用亚甲基萘磺钠、苯 乙烯磺酸钠、马来酸盐三者共聚接枝而成；本实验中所用水煤浆分散剂也是由高效水煤 浆分散剂与普通分散剂木质素磺酸钠复配，既能降低分散剂及水煤浆的成本，又起到协 同增效作用。对于研制高效、适应范围广、成本低的水煤浆分散剂，我们应该在此方面 做更多的工作，以利用现有的技术资源【白13 1 。 第一章绪论 1 4 本文研究的目的和方法 1 4 1 本文研究的目的 水煤浆( c o a lw a t e rs l u r r y ，简称c w s ) ，即煤水混合物，它既保持了煤炭原有的 物理特征，又具有像石油一样的流动性和燃烧性能，被称为液态的煤炭产品。它可以解 决我国资源能源不足，顺应世界环境保护的要求，提高煤炭的使用效率、缓解煤炭运输 等问题，我国现阶段的煤洁净计划被列为重点高科技项目，在中国能源发展中具有十分 重要的战略意义。洁净煤技术涉及多行业、多领域、多学科，是一项庞大的系统工程。 水煤浆分散剂作为水煤浆技术中必不可少的一部分，直接影响着水煤浆的性能和成本控 制，因此，对水煤浆分散剂的研究也是刻不容缓，寻找适应性广、分散性好、成本低的 水煤浆分散剂是此行业工作者的使命。 本文中的实验是针对神化集团煤气化工艺中制备水煤浆所用分散剂n d f ，其价格较 高，而且不是本地产品，需长途运输，也是增加成本的一个原因，试验一种分散性能好、 成本低的替代分散剂产品；另外，在煤粉中含较多水洗煤矸石时，分散剂n d f 不能同 满足工艺要求，必须寻找其它的高效分散剂。 磺化丙酮甲醛缩聚物( 脂肪族s a f ) ，目前作为高效混凝土减水剂来说，具有原料 来源广、合成工艺简单、减水效果佳、对环境污染小、成本低、耐高温等优点【7 】；唯一 的缺点就是s a f 高效减水剂的色泽较深，加入混凝土中，使混凝土的颜色也较深，人 们比较难以接受，其在混凝土中的应用受到了限制。水煤浆分散剂和混凝土减水剂在作 用机理上来说是相似的，只是水煤浆分散剂的性能要求比混凝土减水剂要求更高，作用 更复杂；而且，水煤浆本身是黑色，不存在色泽问题。因此，我们选磺化丙酮甲醛缩 聚物作为水煤浆分散剂，可以降低水煤浆的制浆成本。目前市场上用的最多的水煤浆分 散剂主要是萘磺酸盐，其分散性较好，但价格也较高，一般在6 0 0 0 元吨，而磺化丙酮 甲醛缩聚物的合成成本在3 0 0 0 3 5 0 0 无吨之间；改性磺化丙酮一甲醛缩聚物的合成成本 在4 0 0 0 元吨左右。 1 4 2 本文研究的方法 本文研究主要是针对水洗煤气化浆制备技术中所用分散剂的分散效果和成本问题， 寻找一种更适合水洗煤煤种的低成本、高分散性、适普性广的新型水煤浆分散剂。 本文是选用神华水洗煤粉，根据神华煤制气化水煤浆工艺和技术控制参数，制备水 煤浆，以此来检验合成的水煤浆分散剂的分散效果；用神华煤粉加高效水煤浆分散剂 6 长安大学硕士学位论文 n d f ，按照工艺技术参数制成水煤浆，测定所制水煤浆的分散效果，以此为参照系，作 为后面的试验研究的依据。主要试验有： ( 1 ) 磺化丙酮甲醛缩聚物水煤浆分散剂的合成 综合文献资料，结合试验条件，选取合成工艺；合成过程中研究：原料摩尔比、反 应温度、缩合时间等对合成产物分散性能的影响。找出原料摩尔比和工艺参数，合成分 散效果最佳的水煤浆分散剂；通过红外光谱分析来分析合成产物的结构特点。 ( 2 ) 磺化丙酮甲醛缩聚物水煤浆分散剂的改性 加入对氨基苯磺酸加碳酸钠代替部分亚硫酸钠，一起作为磺化剂；合成工艺不变， 合成过程中研究了磺化剂摩尔比、醛酮摩尔比以及反应条件对合成产物分散性能的影 响；通过红外光谱，分析合成产物的结构特点。 第二章水煤浆及水煤浆分散剂的技术要求 第二章水煤浆的技术及水煤浆分散剂 水煤浆是由一定量的煤粉和水，在分散剂分散作用下形成一定浓度的固、液两相粗 分散体系。在此体系内，必须具备一定的浓度、粘度以及稳定性等技术性能，而且各性 能之间不是单独存在，是相互影响、相互依赖的。所以说，水煤浆的制备技术难度较大， 影响因素较多，理论研究涉及煤化学、颗粒学、胶体学、有机化学、流变学等多学科领 域技术。工业化生产水煤浆的技术可以大致概括为三大影响要素：一是煤炭性能；二是 煤浆的粒度分布( 级配) ；三是添加剂，其中分散剂起关键作用。 2 1 煤的主要性质 煤炭的成浆性根据煤种不同，成浆性差别很大。煤是由碳、氢、氧、氮、硫等多种 化学元素组成的复杂的有机化合物的混合体，具有多极性的基团和发达的毛细孔，可以 吸附水而使之成为内在水。煤的内在水分是影响煤成浆性的关键因素，煤种的内在水分 含量高，则意味着煤粒微孔结构中的“死水 含量较高，相反，在煤粉颗粒间起润滑作 用的游离水就相对减少，从而影响了水煤浆的流动性。神华煤具有内在水分高、含氧量 高的特点【4 羽，属较难成浆煤种。 有的煤炭在常规条件下，很容易制成高浓度的水煤浆，有的则很难制浆，或者需要 采用较复杂的制浆工艺和以较高的制浆成本才能制出高浓度水煤浆。煤价越低，内在水 分越高，煤中o c 的比值越高，水煤浆的成浆性越差。在煤的所有含氧基团中，羧基( 一 c o o h ) 对成浆性的影响最大，羧基含量越高，煤的亲水性就越强，成浆性越差，因此 尽管有的煤o c 比值较低，但由于其中所含的羧基较多，煤的成浆性依然不好。o c 比 反映了含氧官能团( 碳基= o 、羟基- o h ，羧基o o h 等) 的多少。一般来说，煤粉的 o c 增大，则成浆性变差，但是近来也有研究结果显示，煤粉的含氧官能团中只有羧基 ( c o o h ) 对成浆性的影响较大，因此，有的煤种虽然o c 值较低，但因为含羧基( 一 c o o h ) 较多，所以成浆性依然不好。经试验证实，变质程度越低的煤种，煤中的o c 比越大，极性官能团越多，煤粒表面的亲水性和电位也就越高，煤粒表面将吸附大量的 水分子形成水化膜，使得用于使煤粉颗粒自由流动的“自由水 的量减少，从而导致成 浆性变差【引。 煤中无机物成份也对水煤浆性能有一定的影响，不溶性灰分的密度较大，有利于堆 积效率的提高，对成浆性有利；但可溶性高价阳离子，因为吸附了分散剂的煤粒表面电 8 长安大学硕士学位论文 位是负值，高价阳离子进入溶液会降低电位的绝对值，从而减少了粒子间的静电斥力， 使表观粘度升高。因此煤中所含可溶性高价金属离子越多，煤的制浆难度越大d - 2 。 煤的可磨性也是影响水煤浆性能的重要因素，目前广泛采用哈氏可磨性指数来表征 煤的可磨性。可磨性越高的煤种越易制备出高浓度、低粘度的水煤浆，由于可磨性越高， 煤在磨制过程中产生的细粒级或胶态颗粒越多，煤粒度分布宽，即级配较好，堆积效率 高，因而煤浆浓度提高【9 】。 总之，在煤质特性中，内在水分高、有效孔隙率高、可磨性指数小、羧基和可溶性 钙镁离子含量大而灰分又少的煤通常难以制成高浓度水煤浆。由此可见，对不同的煤种， 在制备水煤浆时，需考虑前述几种因素综合作用的结果。虽然人们对煤质与成浆性的规 律有了一定的认识，但由于煤质的复杂性，对具体的煤种，除了进行煤质分析外，还必 须进行制浆条件试验【1 4 1 。