水煤浆分散剂是指在煤水浆中添加的
表面活性剂。能使煤粒稳定地分散在水中,长时间不产生分层和沉淀。常用的表面活性剂有磺酸盐型分离子表面活性剂(如
木质素磺酸盐、茶磺酸盐、烯基磺酸盐等)、聚氧乙烯系列的非离子表面活性剂、水溶性高分子聚合物以及阴离子表面活性列与
非离子表面活性剂的复配物。
煤的结构十分复杂,主体是多环芳香核,芳香核的化学性质不活泼,具有疏水性。芳香核上有数量不等的侧链,容易氧化成含氧官能闭,如
羧基、羰基、醌基、羟基和酚羟基等官能团,这些官能团极性较强,导致煤局部亲水。同时,煤中还含有部分矿物质,这些矿物质大多具有一定极性。总体来看,煤的表面是强烈疏水的,局部有一定的亲水性。因此.煤在水中的润湿性较差,也就是说煤粒不能均匀地分散在水中。制备水煤浆的煤粉粒度很小,平均粒度多数在50μm以下,有极大的比表面,界面自由能很高,在水中的
热力学稳定性差,很容易白发地通过疏水表面彼此聚结成团,使得煤粒和水不能密切结合成为浆体,在较高浓度时只会形成膏状结构。
水煤浆分散剂是一种可以促进煤粒在水中均匀分散的化学药剂。水煤浆作为浆体燃料,要求具有良好的流变性,所以分散剂还应有降低浆体黏度的作用。因此水煤浆分散剂的主要作用是分散和降黏。
在水煤浆制备过程中,煤粒完全浸没往水中,同气界面消失,产生固液界面,也就是说煤粒能否被水所润湿是制备水煤浆的先决条件:煤表面具有强烈的疏水性,不能被水所润湿。水煤浆分散剂具有双亲结构,作用基团一端呈极性,表现为亲水;而另一端为非极性,表现为亲油、疏水。分散剂分子疏水基团与煤表面的苯环、萘环或其他芳香环等疏水基团作用,而亲水基团则朝向水,导致煤粒容易通过吸附的分散剂的亲水基团与极性的水分子作用,使煤粒能在水中润湿。由此可见,煤粒表面吸附分散剂后,其润湿性提高,这由使用分散剂后煤粒的接触角变小加以证实。
DLVO理论认为,胶体颗粒是相互吸引还是相互排斥取决于颗粒间的静电排斥力和
范德瓦耳斯力的综合效应。一般情况下外界因素不会对范德瓦耳斯力产生影响,但颗粒问的静电排斥力却受溶液环境影响较大。溶液中的离子浓度,特别是高价金属离子浓度增加,将压缩双电层厚度,使∈电位降低。颗粒间的静电-H}斥力位能迅速降低,胶体分散体系容易失稳而产生聚结。
利用DLVO理论来解释水煤浆分散剂的作用机理在国外颇为流行,有的学者甚至认为颗粒的车电位提高到-50 mV,水煤浆的流动性将变好。大量的研究证实,提高∈电位有利于改善水煤浆的流动性,反之则有利于水煤浆的稳定性。
对于离子型水煤浆分散剂,不但能改变煤的表面亲水性,同时还能提高煤的车电位,增加煤粒间的静电排斥力,促进煤粒更好地分散在水中。但事实上由于工业用水和煤中的可溶性矿物质的溶出离子,使得水煤浆中含有Mg-2、Ca2+等高价金属离子。这些离子对于降低煤的表面电位十分明显,即使有水煤浆分散剂作用,也不能使煤粒表面维持高的毒电位。从这一点来说,尽管水煤浆分散剂可能提高煤粒表面亭电位,但在外加离子的作用下,其∈电位不能维持。可见,静电排斥力可促进煤粒在水中分散,但绝不是决定性的作用。
空间位阻作用是指颗粒表面吸附
高分子分散剂后,在其表面形成一吸附层,致使颗粒问产生空间阻隔作用,当颗粒彼此相互接近时,吸附层的空问障碍阻止了颗粒的继续接近,防止颗粒聚结。熵斥力分散作用是指当具有一定吸附层的颗粒相互接近时,若未发生重叠,颗粒间不发生作用,彼此重叠时,由于吸附层中的高分子物质运动的自由度受到妨碍.吸附分子的熵减少,体系会自发地向增加熵方向发展,使颗粒有再次分开的倾向。