腐植酸类水煤浆添加剂的分散性能与级分的关系及机理

1、第 26 卷第 11 期煤炭科学技术1998 年 11 月腐植酸类水煤浆添加剂的分散性能与级分的关系及机理中国矿业大学(北京校区)潘相卿 曾 凡 鲁育新 解立平摘 要 以 4 种有代表性的煤样为研究对象, 分别将它们提取、分离、分级, 共得到 16 种级分。然后将每种级分进行理化鉴定、优化条件制成水煤浆添加剂并进行制浆试验。最后用单因子线性回归法分析比较各分散剂的分散性能。关键词 腐植酸 级分 水煤浆添加剂 分散性能腐植酸在工业、农业、医药、林业、环保和畜2水煤浆添加剂的制备方法牧业等部门有着广泛的应用。腐植酸级分不同 , 性质也存在较大的差别。按不同级分将腐植酸加工利取一定量腐植酸原料煤放在

2、高压反应釜中 , 按用; 将黄腐植酸提取出来 , 用于医药等部门; 利用一定比例加入 NaO H 、HCHO 、Na2 SO3 和 100 mL棕、黑腐植酸分散性能好的特点 , 将它用于水煤浆蒸馏水 , 将煤调和成糊状 , 旋紧反应器盖 , 放在滚添加剂 , 将能大大提高腐植酸产品的社会和经济效子加热炉上加热。当炉温达到设定温度时 , 开启转益。这一工作为合理利用腐植酸资源 , 使各级分扬动开关 , 滚子转动 , 充分搅拌反应器内样品 , 反应长避短、物尽其用提供了理论依据 , 对腐植酸厂的1 h , 即得水煤浆添加剂。原料选择、资源的合理配置等具有方向性的指导意3各药剂分散性能的评定义。31

3、1腐植酸各级分分散性能的评定方法1 腐植酸的提取、分离和分级选择了 4 种有代表性的煤样 , 即华川草炭、武川褐煤、斋唐风化煤和崇礼风化煤作为研究对象 , 各煤样指标分析结果列于表 1 。然后将它们分别提取、分离、分级 , 每种原料煤得到 4 种级分 , 4 种原料煤共得到 16 种级分。表 1各煤样指标分析结果腐植酸黄腐植总酸性羧基含量灰分原料煤含量酸含量基含量/ moleqg- 1/ %/ %/ %/ moleqg - 1华川草炭2519715199217100162849178武川褐煤431215274258208327981111崇礼风化煤 4683115202166023527861

4、1111720157102382496斋唐风化煤 4814811111将腐植酸各级分制成水煤浆添加剂 , 用测量水煤浆粘度的方法来评价各级分的分散性能。良好的分散剂应使水煤浆具有较低的粘度值。采用成都仪器厂的 N XS - 11 型旋转粘度仪测粘度。制浆用煤为八一选煤厂的“八一精煤”, 水煤浆的浓度为 70 % , 分散剂用量为 1 %。表 2 列出了剪切速率为 100/ s 时的粘度值。表 2 各级分分散剂所制浆的粘度值mPas名 称黄腐酸棕腐酸黄棕腐酸黑腐酸武川褐煤12411591614510504955149华川草炭217449695898319695196111斋唐风化煤1470693

5、043127410983381111崇礼风化煤2008398056124779817911115第 26 卷第 11 期煤炭科学技术1998 年 11 月3 2 各级分药剂分散性能的比较含量、酚羟基含量高的级分。从表 2 看出 ,同一种腐植酸中各级分分散性能(3) E4/ E6 、灰分、总酸性基含量、羧基含量大小顺序为:棕腐酸、黑腐酸降粘效果较好 ,黄腐酸、项系数为正 , 它们与粘度呈正相关性。粘度随着它黄棕腐酸降粘效果较差。尤其是黄腐酸降粘效果最们的增大而增大。为使级分有较好的分散性能 , 应差。图 1 直观地比较了各级分药剂的分散性能。选择 E4/E6 、灰分、总酸性基含量、羧基含量低的1

6、级分。图 1各级分药剂所制浆粘度值比较柱状图(从左至右分别为武川褐煤、华川草炭、斋唐风化煤、崇礼风化煤)313各级分理化指标与药剂分散性能的关系用各级分的理化指标鉴定结果对表 2 中的各级分药剂所制浆的粘度值作单因子线性回归 , 结果列于表 3 。表 3水煤浆各级分药剂分散性能单因子线性回归结果因素常数项因素系数 B相关系数 RE4/ E6123101676150804060161584灰分/ %759845645815362706250611总酸性基含量/ moleqg - 1425884411261973490625061羧基含量/ moleqg - 1821507587991097707

7、4106粘均分子量130312911- 0109119- 016538311腐植酸含量/ %68833398- 61172885- 06213211酚羟基含量/ moleqg - 112576738- 105183516- 061507注:上述回归方程为: Y = A + BX111 。由单因子线性回归结果可以看出:(1 )E4/ E6 、灰分、总酸性基含量、羧基含量、酚羟基含量、粘均分子量和腐酸含量对粘度有较大的影响 , 与粘度有很好的相关性 , 相关系数| R | 都大于 016 。(2) 分子量、腐植酸含量、酚羟基含量项系数为负 , 它们与粘度呈负相关性。粘度随着分子量、腐植酸含量、酚羟

8、基含量的增大而降低。为使各级分药剂有较好的分散性能 , 应选择分子量、腐植酸4 机理探讨411理论分析一般认为影响腐植酸各级分分散性能的关键因素是腐植酸各级分药剂在煤粒表面的吸附量。吸附量大 , 药剂分散性能就好; 吸附量小 , 药剂分散性能就差。在水煤浆体系中 , 腐植酸各级分药剂和煤粒表面存在着两种性质不同且方向相反的力 , 即腐植酸分子和煤粒分子之间的范德华力及腐植酸分子所带负电荷和煤粒所带负电荷之间的静电斥力。它们的力量对比决定着腐植酸各级分药剂在煤粒表面的吸附量。若静电斥力小于范德华力 , 则腐植酸分子易于吸附在煤粒表面 , 并且吸附量随着两种力差值的增大而增大 , 分散性能随着吸附

9、量的增大而增强 ; 若静电斥力大于范德华力 , 则腐植酸分子不易于吸附在煤粒表面 , 并且吸附量随两种力差值的增大而减小 , 分散性能随着吸附量的减小而减弱。各级分理化指标不同 , 影响腐植酸分子在煤粒表面吸附量的方式和途径也不一样。腐植酸含量通过影响煤浆中腐植酸的浓度而影响级分的分散性能。当分散剂用量相同时 , 腐植酸含量越高 , 煤浆中腐植酸药剂浓度就越大 , 腐植酸分子与煤粒之间形成氢键及空间网状结构的作用概率就越大。氢键、空间网状结构的形成 , 使范德华力增大 , 静电斥力减小 , 故吸附量增大。灰分高 , 腐植酸含量就低; 灰分低 , 腐植酸含量就高。因此 , 灰分通过影响腐植酸含量

10、间接影响着吸附量; 另一方面 , 灰分里矿物质中的金属离子与腐植酸易形成络合物 , 相对减少了腐植酸的极性部分与水形成氢键的数量 , 从而减少了范德华力 ,使吸附量降低。从黄腐酸经棕腐酸到黑腐酸 , 羧基含量、总酸性基含量逐渐减小 , 引起静电斥力减小; 同时 , 分子量增大、E4/ E6 降低 , 使范德华力增大。因此 , 从黄腐酸经棕腐酸到黑腐酸 , 静电斥力减小 , 范德(下转第 4 页)6第 26 卷第 11 期煤炭科学技术1998 年 11 月TM= ( t ) v ( t ) d t0其中 T 取作每次相关测速计算所需的时间。在此期间 , 我们认为流速 v ( t ) 基本不变 ,

11、 并取该次测算值 v = L / 3 。整个质量流量测量系统由传感变送器和计算机处理系统两大部分组成。其中计算机处理部分包括相应的硬件接口电路、单片机及分析计算软件。硬件接口电路主要包括: 极化过零电路; 外部晶振分频电路; 截面相浓度信号预处理电路等。模块化功能软件主要包括: 键盘扫描、修改与我们分析 , 系统的检测误差主要来源于两个方面 : 流速测量误差 , 主要包括相关测速本身固有的误差及相关计算误差 , 这部分误差可以通过合理设计传感器的尺寸和位置以及提高时钟频率细化分辨率而得到改善。相浓度的测量误差 , 主要是由“位置效应”和“极化效应”带来的误差 , 另外电极制做误差、环境干扰误差

12、亦会影响检测系统的测量精度 , 如何进一步提高相浓度测量的精度依然是提高气固两相流的定流质量流量精度的关键和难点问题。显示程序;扫描自适应 0 618 法快速寻峰程序;参考文献A/ D 变换采样程序; 质量流量积分计算程序1黄 民 , 魏任之. 一种新型的电容式随机流动噪声传感器与变等。1送器的研制. 仪表技术与传感器 , 1992 (3)2魏任之 , 黄 民 , 肖世得等. 封闭管路内散装固体物料流动的3 动态测量试验与结果分析相关测量.中国矿业大学学报 , 1992 (2)3陈先中 , 魏任之 , 黄民等. 气固两相流截面相浓度测量系统为了对所设计的质量流量测量系统进行实际模拟的动态测量试

13、验 , 特地制作了一套模拟实验架 ,研究.中国矿业大学学报 , 1996 (2)管道选用内径为 100 mm 聚氯乙烯塑料管 , 长度作者简介 黄 民1965 年生,副教授, 1990年毕业于南京11理工大学获硕士学位, 1997 年毕业于中国矿业大学获博士学位,为 12 m , 试验物料采用 0 5 cm + 3 左右的碎石子 2 。由速度和相浓度传感及变送器分别拾取物主要从事机电一体化、动态测试与故障诊断等方面的科研和教学工料流动信号 , 并送往处理计算机 , 经标定处理后由作, 发表论文 30 余篇。地址: 江苏省徐州市, 邮码: 221008 。计算机自动显示质量流量。模拟测量试验结果

14、表(收稿日期 : 1998 - 04 - 27 ; 责任编辑: 王宗禹)明 , 该测量系统的平均误差大约为 3 %。(上接第 6 页)过滤 ,取清液测吸附量。测定结果见表 4 。华力随之增大, 吸附量逐渐增大, 分散性能逐渐增强。表 4华川草炭各级分吸光度、吸附量测定4 2吸附量测定试验结果 (浓度单位为 g/ mL)(1) 试验方法。模拟制浆环境 , 测定腐植酸在项目华川黄腐酸 华川棕腐酸 华川黑腐酸1吸附前吸光度 A 1111111111111111被煤粒吸附前后的浓度 , 用其浓度差值表示吸附070088092量。浓度的测定是紫外可见光光度计扫描样品 , 根吸附后吸光度 A 20 630 770 80吸光度差 A0 070 110 12据吸附前后吸光度的差值 , 用朗伯 - 比尔定律求出吸附前浓度 10 006430 01030 01143浓度的变化即吸附量。吸附量 C0 0006430 001290 00149(2) 仪器设备和试验条件。委托中国科学院化学研究所李淑婕高级工程师用 HITACHI 340 紫外由此可见 , 吸附量顺序为: 黑腐酸 棕腐酸 可见分光光度计测紫外吸收光谱。扫描时间为 3黄腐酸 , 这和前面的分析是一致的。min , 扫描范围 UV V IS N IR , 狭缝 2 mm 。作者简介 潘相卿 1970年生,1997 年毕业于中国矿业大学(