不同水煤浆分散剂与煤之间的相互作用规律研究: Ⅹ 分散剂在煤粒表面上的吸附作用特征

研究了6种水煤浆分散剂在14种不同变质程度煤上的吸附作用特征。结果表明，多数分散剂在煤粒表面达到单层饱和吸附后，又形成多层吸附，单层饱和吸附量与煤的变质程度、比表面积以及分散剂的性质有关。在相同粒度分布下，煤的变质程度越低，表面含氧亲水官能团的比例越高，孔隙率越高，比表面积越大，这对增大吸附量有利。煤的变质程度越高，其表面疏水区面积的比例越高，分散剂通过疏水基团紧密吸附在煤表面的比例越大，这对增加高阶煤的吸附量有利。对不同煤，是变质程度还是比表面积为吸附分散剂的主控因素，主要依赖于分散剂的结构与性质。对同种煤，疏水与亲水基团呈线型分立分布的分散剂，吸附量明显高；而疏水与亲水基团呈线型间隔分布的分散剂，吸附量明显小。     

不同水煤浆分散剂与煤之间的相互作用规律研究Ⅹ分散剂在煤粒表面上的吸附作用特征

研究了6种水煤浆分散剂在14种不同变质程度煤上的吸附作用特征。结果表明,多数分散剂在煤粒表面达到单层饱和吸附后,又形成多层吸附,单层饱和吸附量与煤的变质程度、比表面积以及分散剂的性质有关。在相同粒度分布下,煤的变质程度越低,表面含氧亲水官能团的比例越高,孔隙率越高,比表面积越大,这对增大吸附量有利。煤的变质程度越高,其表面疏水区面积的比例越高,分散剂通过疏水基团紧密吸附在煤表面的比例越大,这对增加高阶煤的吸附量有利。对不同煤,是变质程度还是比表面积为吸附分散剂的主控因素,主要依赖于分散剂的结构与性质。对同种煤,疏水与亲水基团呈线型分立分布的分散剂,吸附量明显高;而疏水与亲水基团呈线型间隔分布的分散剂,吸附量明显小。     

分散剂分子结构特征对煤浆流变特性的影响

系统考察了具有不同分子结构特片系列分散剂对高浓度煤浆性质的影响。发现煤的成浆性、浆体的流变特性和稳定化作用与分散剂的分子结构特征密切相关。就本研究所涉及的分散剂种类和煤种而言，分散剂单体结构中多核芳烃结构所占比例较小时易于使浆体呈屈服假塑性，相反，则使浆体呈屈服胀塑性。分散剂单体的侧链结构对煤成浆性和浆体流变性的影响不很突出，而分散剂的第二单体结构的影响却非常显著。结果还同时表明，分散剂的高分散性能是导致浆体呈屈服胀塑性流体和弱化浆体稳定化作用的重要因素。     

水煤浆制备过程中浆体抗搅拌性能的研究

选用两种不同类型的分散剂，考察了１１种不同变质程度煤在高浓度煤浆制备过程中的浆体抗搅拌性能。发现高浓度煤浆制备对应的最佳搅拌强度不仅与分散剂的种类有关，而且取决于煤的变质程度。浆体抗搅拌性能随制浆用煤的变质程度的提高而增强，从而使较高变质程度煤的高浓度煤浆制备需在较高的搅拌强度下进行，才能最大限度地提高煤的成浆性。相关分析表明，煤表面分布的羧基、酚羟基等亲水性基团对浆体抗搅拌性会产生重要影响，煤表面此类基团的含量较高或吸水性较强时可使高浓度煤浆制备的最佳搅拌强度大幅度降低。     

分散剂分子结构特征译煤浆流变特性的影响

系统考察了具有不同分子结构特片系列分散剂对高浓度煤浆性质的影响，发现煤的在浆性、浆体的流变特性和稳定化作用与分散剂的分子结构特征密切相关。及本所研究涉及的分散剂种类和煤种而言分散剂单体结构中多核芳烃结构所占比例较小时易于使浆体呈屈服塑性，相反，则使浆体呈屈服胀塑性。分散剂单体的侧链结构对煤成浆性和交体流变性的影响不很突出，而分散剂的第二单体结构的影响却非常显著，结果还同时分散剂的性能是导致浆体呈屈     

混合煤制浆对水煤浆性质的影响

实验选用三种性能较差，不适宜制浆的煤作为原料煤，选用成浆性、稳定性或流变性较好的三种煤作为配煤进行混合煤制备水煤浆。实验结果表明，在相同的制浆条件下，加入成浆性、稳定性较好的煤种，使得水煤浆性质较差的煤成浆性、稳定性均有不同程度的提高，浆体流变性得到改善，煤浆粘度明显降低。根据配煤加入量的不同，煤的成浆浓度可提高约2%～3%，浆体稳定性增加，产生软沉淀的时间由1 d提高到10 d。加入成浆性较差的褐煤，亦可明显提高难制浆煤种的稳定性和改善浆体的流变性，使得浆体由胀塑性流体变为假塑性流体。煤的表面性质分析表明，配入表面性质差异较大的煤种，有利于改善难制浆煤种的水煤浆性质。     

不同水煤浆分散剂与煤之间的相互作用规律研究 Ⅴ. 煤在分散剂水溶液中的溶出离子及其对CWS性质的影响

通过原子吸收和等离子体原子发射光谱法，研究了6种不同分散剂对14种煤溶出Ca2+、Mg2+、Fe3+(Fe2+)、Al3+、SiO32－离子的影响。结果表明，煤中溶出高价离子的数量，主要取决于分散剂与高价离子间的相互作用特征，以及矿物质的种类和数量。煤在不同分散剂水溶液中溶出高价离子的多少，并不单纯与水煤浆（CWS）的流变性或煤的成浆性具有相关性。煤中矿物质对CWS性质的影响，是多种因素综合作用的结果，溶出离子的种类和数量只是其中的重要因素之一。     

中国不同变质程度煤制备水煤浆的性质研究

在相同的制浆条件下,以中国煤种资源数据库为依据,考察了24种不同地区、不同变质程度煤制备成水煤浆的成浆性、流变性及静态稳定性。结果表明,山西阳泉、山东淄博石谷、河北下花园等煤种适宜制浆,这些煤的浆体质量分数均可达到66%以上,浆体呈假塑性流体,且煤浆产生软沉淀的静态稳定性均在15 d以上;山西潞安石圪节、安徽淮南、淮北石台等煤成浆性较好,稳定性在7 d左右,浆体呈胀塑性流体;山东枣庄八一、甘肃靖远红会、河南鹤壁等煤可达到较高的煤浆质量分数,浆体流变性及稳定性均较差,其他的煤则不适宜用于制备水煤浆。     

煤孔结构特性对水煤浆性质的影响分析

通过三种不同的方法(CO2吸附法、N2吸附法和压汞法)测试了不同变质程度煤的孔结构性质，分析了煤的孔结构特性与水煤浆性质之间的关系。结果表明，煤的孔结构特性对水煤浆性质的影响较为复杂，主要是煤的大孔结构对煤浆成浆性的影响。在相近的孔体积和孔径分布下，煤的成浆性差别较大。孔结构特性本身作为一个独立的因素不能完全体现出对水煤浆性质的影响程度，与煤的表面性质如含氧官能团性质、煤表面的疏水性以及煤的吸水性等密切相关，共同影响着水煤浆的性质。     

不同水煤浆分散剂与煤之间的相互作用规律研究Ⅴ.煤在分散剂水溶液中的溶出离子及其对CWS性质的影响

通过原子吸收和等离子体原子发射光谱法,研究了6种不同分散剂对14种煤溶出Ca2+、Mg2+、Fe3+(Fe2+)、Al3+、SiO2-3离子的影响.结果表明,煤中溶出高价离子的数量,主要取决于分散剂与高价离子间的相互作用特征,以及矿物质的种类和数量.煤在不同分散剂水溶液中溶出高价离子的多少,并不单纯与水煤浆(CWS)的流变性或煤的成浆性具有相关性.煤中矿物质对CWS性质的影响,是多种因素综合作用的结果,溶出离子的种类和数量只是其中的重要因素之一.     

不同水煤浆分散剂与煤之间的相互作用规律研究: Ⅺ 分散剂改性煤粒的界面性质及其对CWS性质的影响

测定了10种分散剂与14种煤所形成分散体系的Zeta电位，研究了分散剂对改性煤粒界面电化学性质的影响。结果表明，煤的变质程度越低、溶出高价离子越多，分散剂改性煤粒的Zeta电位越低。阴离子分散剂亲水基团的数量和所带电荷越多，改性煤粒的Zeta电位越高。非离子分散剂使改性煤粒的Zeta电位降低。阴离子分散剂改性的煤粒，Zeta电位大小能很大程度反映煤粒的亲水性强弱，很多阴离子分散剂改性煤粒的Zeta电位都与其吸水量成正相关。建立了包括煤自身亲水性（Mad）、分散剂亲水改性程度（△MHC）, 以及Zeta电位（ζ）和分散剂在单位煤表面积上的吸附量（Γs）在内的成浆性经验模型：CFV = 76.62 1.896Mad 3.430△MHC+0.489Γs·ζ。该模型的计算值与实验结果很相近，而且还能反应出各变量对煤的成浆性所产生的影响。     

分散剂表面吸附特性和相关电化学性质对煤浆分散体系流变特性…

采用１７种不同变质程度的中国煤，详细研究了一种阴离子型分散剂在煤表面的吸附特性及其相关的表面电化学性质对煤成浆性及浆体流变特性的影响。结果表明，煤成浆性及浆体流变性并不单独取决于煤对分散剂的吸附量和煤表面动电位的大小。     

聚对苯乙烯磺酸钠添加剂的分子量对水煤浆浆体性质的影响

选用了变质程度不同的八种煤和三种不同分子量的聚对苯乙烯磺酸钠（PSS）添加剂，详细考查了该添加剂的分子量对水煤浆浆体性质的影响。结果发现，在考查PSS相对分子量的范围内（质均分子量为5.34×104～33.39×104），八种煤的水煤浆成浆性随着分子量的增大而增加，水煤浆成浆性与PSS添加剂的平均分子量的关系可归因于添加剂在煤粒上的吸附，分子量小的PSS在煤粒上的吸附量大于分子量大的PSS；PSS分子量的增加有利于水煤浆的流变性由胀性向假塑性转变；PSS分子量的增加使水煤浆的静态稳定性得到显著的改善。     

分散剂表面吸附特性和相关电化学性质对煤浆分散体系流变特性的影响

采用１７种不同变质程度的中国煤，详细研究了一种阴离子型分散剂在煤表面的吸附特性及其相关的表面电化学性质对煤成浆性及浆体流变特性的影响。结果表明，煤成浆性及浆体流变性并不单独取决于煤对分散剂的吸附量和煤表面动电位的大小。反映煤成浆性的浆体最高煤浆浓度取决于分散剂在煤表面的Ｌａｎｇｍｕｉｒ饱和吸附量Γｓ和相应动电位ξｓ的乘积Γｓ×ξｓ，而浆体流变指数则依赖于两者比值的大小Γｓ／ξｓ。表明水煤浆分散体系中煤颗粒的分散一方面是靠静电分散作用来实现，另一方面，分散剂在煤表面的吸附所产生的非静电分散作用也起了重要作用。同时，分散剂的表面吸附使煤表面产生的吸附荷电效应不能过高，否则，会对流体流变性不利。     

煤的岩相显微组分对水煤浆性质的影响

通过对不同变质程度煤的岩相显微组分分析，考察了煤的岩相显微组分对水煤浆性质的影响。结果表明，在相近的灰分含量下，对于烟煤较高的镜质组、较低的丝质组含量有利于煤的成浆性和稳定性。从多元线性回归结果来看，镜质组和丝质组的含量对煤浆成浆性和流变性的影响较为明显，稳定组分的含量对水煤浆性质的影响较小。丝质组含量对稳定性作用明显，当煤中丝质组含量低于30%时，煤浆产生软沉淀的时间一般都在15d以上。煤的平均最大镜质组反射率与煤的成浆性具有较好的相关性，成浆性随煤的最大镜质组反射率增加而增加，因此可以用最大镜质组反射率来预测煤的成浆性。     

低温热改质煤表面性质变化及其对浆体流变特性的影响

考察了几种褐煤热改质过程中表面性质的变化及其对浆体流变特性的影响。研究发现，在２００～３００℃温度范围内，热改质煤表面产生显著的收缩作用，活性含氧官能团尤其是羟基官能团的分解使煤表面疏水化作用显著增强，从而使煤的吸水性大幅度降低。上述煤表面性质的变化是该温度范围内热改质煤成浆性得以大幅度提高的主要原因。相关微分分析进一步表明，煤表面羧基官能团和与之相关的煤的吸水性是制约煤成浆性尤其是低阶煤成浆性的首要因素，而未发现酚羟基官能团能产生重要的影响。对浆体流变特性的研究表明，浆体的屈服假塑性与煤表面活性含氧官能团和矿物质的含量有关，煤表面较高的亲水性有利于浆体屈服假塑性的改善，从而使其对浆体性质的影响具有双重性。     

煤的孔结构特征对水煤浆性质的影响

本文选用１７种不同变质程度的中国煤，详细研究了煤孔结构特征对煤浆性质的影响。发现煤孔体积通过影响煤在分散体系中的吸水性，从而影响煤之成浆性。但由于不同变质程度煤表面亲水性的显著差异，煤孔体积在影响煤成浆性的能力方面差别很大，这使得煤吸水性和浆体最高煤浓度与煤孔体积并不存在直接的相关性，而是取决于煤孔体积Ｖ和以煤－水接触角（θ）的余弦值表示的煤表面亲水性因子的乘积，即煤之有效孔体积：Ｖ×ｃｏｓ（θ／     

水煤制备过程中浆体抗搅拌性能的研究

选用两种不同的类型的分散剂，考察了１１种不同变质程度煤在高浓度煤浆制备的过程中的浆体抗搅拌性能。发现高浓度煤浆制备对应的最佳搅拌强度不仅与分散的种类有关，而且取决于煤的变质程度。浆体抗搅拌性能随制浆用煤的变质程度的提高而增强，从而使较高变质程度煤的高浓度煤浆制备需在较高的搅拌强度下进行，才能最大限度地提高煤的成浆性。     

煤质因素对水煤浆性质的影响

采用多元线性回归分析的方法研究了煤质因素对水煤浆成浆性、流变性及稳定性的影响。并采用多元逐步回归分析的方法对影响水煤浆性质的煤质因素进行了综合分析，以确定影响水煤浆性质的主要煤质因素，并建立了相关的经验方程。结果表明，与煤成浆性有关的主要煤质因素为煤的碳质量分数、空气平衡水分、可磨性指数以及压汞仪所测煤的比表面积，复相关系数达0.988；与煤浆流变性有关的主要煤质因素为煤的灰分质量分数、煤中可溶矿物离子的溶出量、压汞仪所测煤的孔体积以及煤表面的动电位性质，复相关系数为0.917；与煤浆稳定性有关的主要煤质因素为煤岩显微组分分析中丝质组分的质量分数和煤灰成分分析中SiO2的质量分数，复相关系数为0.779。     

不同水煤浆分散剂与煤之间的相互作用规律研究 Ⅶ 酸碱脱灰处理煤的性质变化及其对成浆性的影响

研究了酸－碱脱灰处理对鹤壁、淮南和靖远煤的有机组成、表面性质以及成浆性的影响。结果表明，酸－碱脱灰处理后煤质特性都发生了明显变化。主要表现在灰分下降，水分增加，挥发分降低，总碳量和芳香碳增加；氧的质量分数下降，酚羟基氧质量分数增加；硫的质量分数降低。酸－碱脱灰处理后煤的成浆性明显变差，在煤粒度分布、分散剂种类和用量相同时，脱灰处理使鹤壁、淮南、靖远三种煤成浆的定黏（1 000 mPa·s）浓度，分别比相应原煤下降了4.6%，6.6%和4.4%。进一步研究表明，经酸－碱脱灰处理，上述3种煤对所用4种分散剂的吸附量都明显增加，煤粒的Zeta电位也明显增加。酸－碱脱灰处理使研究用煤的成浆性变差，主要是由于煤的有机组成和表面性质变化引起的。