水煤浆添加剂稳定剂

水煤浆的稳定性是指煤浆在储存与运输期间保持性态均匀的特性。水煤浆稳定性的破坏来源于固体颗粒的沉淀。由于水煤浆为粗粒悬浮体，属动力不稳定体系，使其稳定的主要方法是使它成为触变体。即煤浆静置时产生结构化，具有高的剪切应力，应用时，一经外力作用，黏度能迅速降低，有良好的流动性，再静止时又能恢复原来的结构状态，流变学上称这种流体为触变体或与时间有关的流体。稳定剂应具有使煤浆中已分散的煤粒能与周围其他煤粒及水结合成一种较弱但又有一定强度的三维空间结构的作用。稳定剂的加入，能使已分散的固体颗粒相互交联，形成空间结构，从而有效地阻止颗粒沉淀，防止固液间的分离。能起这种作用的稳定剂有无机盐、高分子有机化合物，如常见的聚丙烯酰胺絮凝剂、羧甲基纤维素以及一些微细胶体粒子(如有机膨润土)等。

1. 分散剂的作用机理

(1) 提高煤表面的亲水性 分散剂是一种可促进分散相(水煤浆中的煤粒)在分散介质(水煤浆中的水)中均匀分散的化学药剂。煤炭主体是非极性的碳氢化合物，属疏水性物质。煤炭的润湿性可按水在其表面的接触角大小分成四等。按触角为零者，称强亲水性煤炭;小于 40°者称弱水性煤炭;40°~90°者，称疏水性煤炭;超过90°者称强疏水性煤炭。各种煤炭的表面均显疏水性。

另外，水的表面张力大，煤炭表面张力小，只有降低水的表面张力，增大煤炭表面张力，减少固液间的界面张力，才能达到充分湿润;煤粒表面即使湿润，其巨大的比表面积也会促使它们聚集到一块，无法分散均匀。

制浆用分散剂都是一些两亲的表面活性剂，一端是由碳氢化合物构成的非极性的亲油基，另一端是亲水的极性基，非极性的疏水端极易与碳氢化合物的煤炭表面结合，吸附在煤粒表面上，将另一端亲水基朝外引入水中。极性基的强亲水性使煤粒的表面由疏水转化为亲水，可形成一层水化膜。有效降低水的表面张力和提高煤粒表面的表面张力，使润湿接触角降至50度以下。借水化膜将煤粒隔离开，减少煤粒间的阻力，从而达到降低黏度的作用。

试验表明，分散剂应有很好的水溶性，但并非对煤的润湿性越好，降黏效果越佳。润湿剂、渗透剂能使煤粒变得极为亲水(接触角等于零)，但不能作水煤浆分散剂使用。

(2) 增强煤粒间的静电斥力 著名的DLVO理论认为，胶体颗粒稳定分散的先决条件是颗粒间的静电斥力超过颗粒间的范氏引力。离子型分散剂除能改善煤表面的亲水性外，还能增强其静电斥力，进一步促使煤粒分散于水介质中。

尽管人们十分重视静电斥力对煤粒分散悬浮的稳定作用，有些人甚至认为分散剂的主要作用在于改变煤粒的表面电性，认为滑动面与溶液内部间的电位差，即电动电位达到-50mV 时，水煤浆就有所希望的流动性和稳定性，但大量的研究表明，提高电位差电位值有利于改善水煤浆的流动性，反之则有益于提高其稳定性，但都起不了决定作用。空间隔离位阻效应更有实际意义。

(3) 空间隔离位阻效应 水化膜中的水与体系中的"自由水"不同，它因受到表面电场的吸引而呈定向排列。当颗粒相互靠近时，水化膜受挤压变形，引力则力图恢复原来的定向，这样就使水化膜表现出一定的弹性，使煤粒均匀分散且颗粒表面的分散剂且有一定的厚度，当两个带吸附层的颗粒相互重叠时，由于吸附层分散剂分子运动的自由度受到阻碍，吸附分子的熵减少，因为体系的熵总是自发地向增加方向发展，所以颗粒有再次分开的倾向，避免颗粒聚集。

当分散剂为大分子时，被吸附分子有长的亲水链，在煤表面形成三维水化膜，当颗粒相互接近时，产生较强的排斥力，导致煤粒分散悬浮。该斥力即为空间隔离位阻或立体障碍。

总之，高效水煤浆分散剂的特点是有效地吸附在煤表面，提高煤的亲水性，并能在煤表面形成双电层和立体障碍。

2. 常用分散剂

分散剂按离解与否可分为离子型与非离子型两大类。离子型又可按电荷的属性分为阴离子型、阳离子型和两性型三类。两性型是指当溶液呈碱性时显示阴离子特性，呈酸性时显示阳离子特性。阴离子、非离子、阳离子、及两性分散剂的国际价格比为 1:2:3:4。制浆分散剂多选择阴离子型。阴离子型分散剂主要有萘磺酸盐、木质素磺酸盐、磺化腐值酸盐、聚羧酸系等。

1. 消泡剂

消泡剂常见于两种情况下使用，一是分散剂为非离子型时，因它常常同时有很好的起泡性能，水煤浆中含过多气泡，特别是微泡时，流动性大受影响。二是制浆用煤为浮选精煤，当其表面残留起泡剂较多时，经搅拌充气也会产生大量气泡。

许多阴离子型分散剂，如萘磺酸盐类，同时有很好的消泡作用。和非离子型分散剂联合使用，不仅能消泡，而且可降低价格昂贵的非离子型分散剂的用量。

泡剂用量大约是分散剂的十分之一。两者可同时加入。制浆时常用的起泡剂有醇类及磷酸酯类。

2. 调整剂

添加剂的作用还与溶液的酸碱度有关。制浆时以弱碱性的溶液环境较好，所以在制浆时往往要加入pH调整剂以调整煤浆的pH值。

3. 防霉剂

添加剂都是一些有机物质，有的在长期储存中易受细菌的分解而失效，要使用防霉剂进行杀菌。不过这种情况很少见。

4. 表面处理剂

表面处理剂是改变煤粒表面特性以增强其成浆性，特别是对难成浆煤种。表面处理剂对提高难制浆煤种的成浆性作用明显，而对易制浆煤种作用不大或没有作用。

5. 促进剂

促进剂在改善水煤浆性能方面具有降低黏度、提高稳定性、改善流变特性、增强抗剪切能力等作用。促进剂对水煤浆，特别是对难制浆煤种的成浆性具有显著效果。