如何选择合适的水煤浆添加剂？

水煤浆添加剂是制备高浓度水煤浆的重要因素，直接关系到制浆产品质量的好坏。在水煤浆的制备过程中须加入一定量的化学添加剂，以保证水煤浆具有高浓度低黏度、良好的流动性和稳定性。添加剂按其功能不同，有分散剂、稳定剂及辅助药剂，其中不可缺少的是分散剂与稳定剂（郝临山等，2003）。添加剂与原煤和水的性质密切相关，合理的添加剂配方必须根据制浆用煤的性质和用户对水煤浆产品质量的要求，经过试验后方可确定。

（一）分散剂

分散剂一般是具有亲水基的两性化学物质，其作用主要是靠煤非极性表面的天然疏水性对分散剂疏水部分的吸附，使得亲水基朝外，大大提高煤粒表面的润湿性，改变煤粒间的表面特性，煤颗粒均匀地分散在水中，防止颗粒团聚。分散剂的要求：稳定性好，煤种适应性强，用量少效果好，价格实惠。分散剂效果的好坏对不同的煤种也不尽相同，主要取决于分散剂与煤种的性质、煤粒表面结构与特性等，而水质（如pH值、杂质含量等）对分散剂效果的影响也不可忽视。

分散剂按离解程度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3类。用于水煤浆的分散剂主要是阴离子型和非离子型。阴离子型分散剂亲水基多为碱性的钠离子，其分散性能多不如非离子型分散剂，但是其原料来源广泛，生产工艺简单，价格低廉，目前普遍应用的有萘磺酸盐、木质素磺酸盐、磺化腐植酸盐和烯烃磺酸盐。非离子型分散剂的亲水端多为聚氧乙烯链，而亲固端是烷基、烷基苯或烷基苯氨酸等，可用通式R-（CH2CH2O）nH表示。其特点是分子量大，主要优点是亲水性好，分子量和质量易于调节与控制，不易受水质及煤种可溶物质的影响，但价格昂贵。

分散剂的作用机理如下（郝临山等，2003；刘鹏飞，2004）。

1.提高煤表面的亲水性

分散剂分子的一端是由碳氢化合物构成的非极性基，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向水中。极性基的强亲水性使煤粒的疏水表面转化为亲水，可形成一层水化膜。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，但绝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），但它们决不能作水煤浆分散剂使用。

2.增强颗粒间的静电斥力

著名的DLVO理论认为，胶体颗粒稳定分散的先决条件是粒间的静电斥力超过粒间的范氏引力。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，断言滑动面与溶液内部间的电位差ζ，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，提高电位值有利于改善水煤浆的流动性，反之则有益于其稳定性，但都不起决定性作用。

3.空间隔离位阻效应(www.xing528.com)

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具有一定的厚度，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妨碍，吸附分子的熵减少，因为体系的熵总是自发地向增加的方向发展，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。

（二）稳定剂

稳定剂的作用是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，使已分散的煤颗粒相互交联，能较长时间地稳定悬浮于水中，不发生硬沉淀。

稳定剂作用机理的研究不如分散剂深入，目前主要观点如下（刘鹏飞，2004）。①无机电解质，特别是含高价阳离子盐类的作用，一是压缩双电层，降低静电排斥力，促进颗粒聚结，二是对已吸附有阴离子表面活性剂分子的颗粒起“搭桥”作用，从而形成如图5-3（a）所示的结构。②高聚物的特点是分子的线形长度大，而且每个分子都有许多极性官能团，通过氢键或其他键合作用（如共价键），在煤颗粒间架桥形成结构，如图5-3（b）所示。

图5-3　稳定剂作用机理示意图

（据郝临山等，2003）
（a）无机化合物；（b）高聚物

当有分散剂时，煤粒表面有较厚的水化膜，与没有分散剂时相比，形成结构的速度要慢得多。这些极性官能团和水分子有较强的亲和力，因而浆体不易析水沉淀。结构形成后，水被包裹在结构的空隙内，浆的黏度升高，尤其有高的静切应力，有利于稳定。但在外力作用下，结构破坏放出水，黏度明显下降。同样，当外力去除后，结构恢复也要有个过程，因而显示出触变性。该性质对水煤浆的储存、输送、雾化有十分重要的意义。

稳定剂的用量视煤炭性质及所需的稳定期而定，一般为煤量的万分之几至千分之几。与分散剂有所不同，没有分散剂则制不出高浓度的水煤浆，而稳定剂并非任何时候都需要，如对变质程度高或黏土含量高的煤种制浆，仅分散剂就可起到较好的稳定作用，一般无须再加稳定剂。

除了分散剂和稳定剂，其他的辅助添加剂包括消泡剂、调整剂、促进剂、防霉剂和表面处理剂等（郝临山等，2003；刘鹏飞，2004），在此就不一一介绍了。