水煤漿添加劑

1. 分散劑的作用機理

(1) 提高煤表面的親水性 分散劑是一種可促進分散相（水煤漿中的煤粒）在分散介質（水煤漿中的水）中均勻分散的化學藥劑。煤炭主體是非極性的碳氫化合物，屬疏水性物質。煤炭的潤濕性可按水在其表面的接觸角大小分成四等。按觸角為零者，稱強親水性煤炭；小於 40°者稱弱水性煤炭；40°~90°者，稱疏水性煤炭；超過90°者稱強疏水性煤炭。各種煤炭的表面均顯疏水性。

另外，水的表面張力大，煤炭表面張力小，只有降低水的表面張力，增大煤炭表面張力，減少固液間的界面張力，才能達到充分濕潤；煤粒表面即使濕潤，其巨大的比表面積也會促使它們聚集到一塊，無法分散均勻。

製漿用分散劑都是一些兩親的表面活性劑，一端是由碳氫化合物構成的非極性的親油基，另一端是親水的極性基，非極性的疏水端極易與碳氫化合物的煤炭表面結合，吸附在煤粒表面上，將另一端親水基朝外引入水中。極性基的強親水性使煤粒的表面由疏水轉化為親水，可形成一層水化膜。有效降低水的表面張力和提高煤粒表面的表面張力，使潤濕接觸角降至50度以下。借水化膜將煤粒隔離開，減少煤粒間的阻力，從而達到降低黏度的作用。

試驗表明，分散劑應有很好的水溶性，但並非對煤的潤濕性越好，降黏效果越佳。潤濕劑、滲透劑能使煤粒變得極為親水（接觸角等於零），但不能作水煤漿分散劑使用。

(2) 增強煤粒間的靜電斥力 著名的DLVO理論認為，膠體顆粒穩定分散的先決條件是顆粒間的靜電斥力超過顆粒間的範氏引力。離子型分散劑除能改善煤表面的親水性外，還能增強其靜電斥力，進一步促使煤粒分散於水介質中。

儘管人們十分重視靜電斥力對煤粒分散懸浮的穩定作用，有些人甚至認為分散劑的主要作用在於改變煤粒的表面電性，認為滑動面與溶液內部間的電位差，即電動電位達到-50mV 時，水煤漿就有所希望的流動性和穩定性，但大量的研究表明，提高電位差電位值有利於改善水煤漿的流動性，反之則有益於提高其穩定性，但都起不了決定作用。空間隔離位阻效應更有實際意義。

(3) 空間隔離位阻效應 水化膜中的水與體系中的“自由水”不同，它因受到表面電場的吸引而呈定向排列。當顆粒相互靠近時，水化膜受擠壓變形，引力則力圖恢復原來的定向，這樣就使水化膜表現出一定的彈性，使煤粒均勻分散且顆粒表面的分散劑且有一定的厚度，當兩個帶吸附層的顆粒相互重疊時，由於吸附層分散劑分子運動的自由度受到阻礙，吸附分子的熵減少，因為體系的熵總是自發地向增加方向發展，所以顆粒有再次分開的傾向，避免顆粒聚集。

當分散劑為大分子時，被吸附分子有長的親水鏈，在煤表面形成三維水化膜，當顆粒相互接近時，產生較強的排斥力，導致煤粒分散懸浮。該斥力即為空間隔離位阻或立體障礙。

總之，高效水煤漿分散劑的特點是有效地吸附在煤表面，提高煤的親水性，並能在煤表面形成雙電層和立體障礙。

2. 常用分散劑

分散劑按離解與否可分為離子型與非離子型兩大類。離子型又可按電荷的屬性分為陰離子型、陽離子型和兩性型三類。兩性型是指當溶液呈鹼性時顯示陰離子特性，呈酸性時顯示陽離子特性。陰離子、非離子、陽離子、及兩性分散劑的國際價格比為 1:2:3:4。製漿分散劑多選擇陰離子型。陰離子型分散劑主要有萘磺酸鹽、木質素磺酸鹽、磺化腐值酸鹽、聚羧酸系等。

水煤漿的穩定性是指煤漿在儲存與運輸期間保持性態均勻的特性。水煤漿穩定性的破壞來源於固體顆粒的沉澱。由於水煤漿為粗粒懸浮體，屬動力不穩定體系，使其穩定的主要方法是使它成為觸變體。即煤漿靜置時產生結構化，具有高的剪切應力，應用時，一經外力作用，黏度能迅速降低，有良好的流動性，再靜止時又能恢復原來的結構狀態，流變學上稱這種流體為觸變體或與時間有關的流體。穩定劑應具有使煤漿中已分散的煤粒能與周圍其他煤粒及水結合成一種較弱但又有一定強度的三維空間結構的作用。穩定劑的加入，能使已分散的固體顆粒相互交聯，形成空間結構，從而有效地阻止顆粒沉澱，防止固液間的分離。能起這種作用的穩定劑有無機鹽、高分子有機化合物，如常見的聚丙烯酰胺絮凝劑、羧甲基纖維素以及一些微細膠體粒子（如有機膨潤土）等。

1. 消泡劑

消泡劑常見於兩種情況下使用，一是分散劑為非離子型時，因它常常同時有很好的起泡性能，水煤漿中含過多氣泡，特別是微泡時，流動性大受影響。二是製漿用煤為浮選精煤，當其表面殘留起泡劑較多時，經攪拌充氣也會產生大量氣泡。

許多陰離子型分散劑，如萘磺酸鹽類，同時有很好的消泡作用。和非離子型分散劑聯合使用，不僅能消泡，而且可降低價格昂貴的非離子型分散劑的用量。

泡劑用量大約是分散劑的十分之一。兩者可同時加入。製漿時常用的起泡劑有醇類及磷酸酯類。

2. 調整劑

添加劑的作用還與溶液的酸鹼度有關。製漿時以弱鹼性的溶液環境較好，所以在製漿時往往要加入pH調整劑以調整煤漿的pH值。

3. 防黴劑

添加劑都是一些有機物質，有的在長期儲存中易受細菌的分解而失效，要使用防黴劑進行殺菌。不過這種情況很少見。

4. 表面處理劑

表面處理劑是改變煤粒表面特性以增強其成漿性，特別是對難成漿煤種。表面處理劑對提高難製漿煤種的成漿性作用明顯，而對易製漿煤種作用不大或沒有作用。

5. 促進劑

促進劑在改善水煤漿性能方面具有降低黏度、提高穩定性、改善流變特性、增強抗剪切能力等作用。促進劑對水煤漿，特別是對難製漿煤種的成漿性具有顯著效果。