环保型水煤浆添加剂的研究现状与发展

齐晶晶 姚 珏

（兰州石化职业技术学院 730060）

0 引言

我国是煤炭大国，煤炭资源十分丰富，在能源结构中占据了较大的比重。煤炭传统开采方法对环境影响较大，且运输难度大，利用率较低，而水煤浆技术能够深度加工煤炭资源，使煤炭资源得以合理利用。水煤浆即为煤基流体燃料，由煤、水和化学添加剂构成的，对环境影响相对较小，使用比较环保。在工业、电站等锅炉生产中能够代替煤、油等能源使用。由于煤炭不溶于水，在水煤浆中加入添加剂，能够实现改性处理，这是水煤浆制备生产的重点。

1 研究现状

1.1 传统型水煤浆添加剂

按照水中水煤浆体添加剂的溶解度，可以分成阴离子型、阳离子型、两性型以及非离子型，市场价格占比分布为1:3:4:2。从性价比来看，当前使用最多的是阴离子和非离子这两种和其他合成物，例如木质素系、聚烯烃系等以及彼此相结合的产品。我国曾经以石油为原料，之后经过化学合成后得到了一种添加剂，其在性价比上竞争力不足，对水煤浆发展有所限制[1]。高分子聚合物盐类和其他天然盐类通过分离、提纯以及加工等工序制成的添加剂能够使煤粉表面性质改进，有利于提高水煤浆质量。现在国内对于高分子添加剂以及合成工艺的研究比较成熟，国外的研究历史更悠久，因此大部分合成添加剂已经开始工业化生产。例如Dineer H 等学者研究的萘磺酸盐等分散剂，邱学青等学者研究的磺化丙酮-甲醛树脂添加剂等。研究发现，磺化丙酮-甲醛树脂作为水煤浆添加剂的发展前景比较好[2]。

添加剂生产应用不仅需要原料，还需要注意环境保护，在资源节约型和环境友好型社会目标的指导下，新型水煤浆添加剂需要注重环保高效。因此，加大研究环保型水煤浆添加剂的力度已成为其未来的主要发展方向。

1.2 环保型水煤浆添加剂

水煤浆中，煤粉占比70%，添加剂尽管只占比1%，但因其成本比较低，且对水煤浆质量有着决定性作用,上世纪初国内外相关人员就已经开始对添加剂进行深入的研究，当前水煤浆添加剂主要为阴离子和非离子这两种类型，尽管性价比较高，但是环保性能差。随着生态环境的恶化，国内外对环境保护越来越重视，因此加大了对环保型水煤浆的研究力度，通过使用工业废水、城市污水等高效稳定的成浆材料生产环保型水煤浆添加剂来代替高成本、污染大的水煤浆添加剂。

1.2.1 工业废液型添加剂

工业发展导致的环境污染众所周知，在废水处理上，含有表面活性剂的废水处理困难，回收成本高，但其可作为水煤浆添加剂。

1.2.1.1 造纸废液。造纸废液造成的污染在制浆造纸污染中占据了90%。其中含有的有机物、无机物以及热量造成了环境污染。造纸废液中，主要成份是木质，不易被降解，如果未经合理处理直接排放,不仅会严重污染环境，同时也会导致资源大量浪费。研究发现，废液中的FTIR 图与煤中的FTIR 图相似，其中含有的酚羟基、磺酸盐等化学键以及官能团和表面活性剂分子结构类似，因此，可以将其当做水煤添加剂使用[3]。选择12种煤种进行干法制浆实验，利用云石石煤制备的废水水煤浆的成浆浓度超过72%（得到云石石煤制备得到的废水水煤浆的成浆质量超过72%?），东北平朔煤的废水水煤浆成浆浓度超过71%，且存放时间长。同时，通过对造纸废液和木质素实验制备水煤浆，发现使用木质素、腐殖酸稀释的废液所制备的水煤浆粘度能够数倍稀释，经过吸附量测试发现木质素和最佳稀释倍数有关，最后发现把这两种物质混合作添加剂制浆比单独用作添加剂制浆性能更好，粘性可分别提高0.7%和1.7%。

造纸废液的烃基有机酸与碱性木质素的表面活性较好，其能够替代传统的添加剂。由此可见，造纸废液能够成为水煤浆添加剂，其不仅能够开发高效经济的环保型水煤浆添加剂，同时也能够提高造纸废液的处理水平。

1.2.1.2 焦化废水。焦化废水产生于焦炉煤气初冷以及焦化生产用水和蒸汽冷凝废水，其污染度高，且为不易降解污染物。研究发现，由焦化废水所得到的水煤浆可以作为煤基流体燃料，使得能源消耗降低，且解决了废水处理难题，同时能够有效利用煤粉。这种水煤浆燃料在经济、技术、环境等方面都有所创新，能够适应当前的陶瓷企业生产应用。将不同焦化废水与煤粉混合得到的水煤浆实验及特性测定，为水煤浆制备煤种选择提供了参考[4]。

1.2.1.3 精制棉废水。该废水类似于造纸废水，其导致的环境问题也比较严重，是当前工业污染防治的重点也是难点。废水成本包括浓黑液、中段废水等，其中木质素是黑液主要成份，处理方法也比较多，其经济价值在于固态物的提炼。在使用精制棉废水研究水煤浆分散剂的实验中，使用酸析法提取和改性木质素，综合利用精制棉废水，将其稀释到一定程度后作为添加剂用于水煤浆制备，但是只能用于炉前制浆。该废水的处理能够解决精制棉生产中的废水污染问题，且能够为综合利用木质素奠定基础。

1.2.2 含油污泥添加剂

油田开采、储运过程中，不可避免地会产生含油污泥，造成周边区域的环境污染。根据含油量，可分为高含油和低含油两种，前者含油量大，可以直接回收利用，后者含油量少，回收成本低，通过固化、焚烧等方法来处理，会导致资源浪费。目前，在水煤浆添加剂的发展中，含油污泥可以用作水煤浆添加剂，这样不仅可以减少污染，同时也能够有效利用废物资源，为水煤浆添加剂的发展提供新的思路。从含油污泥添加剂实验中得知，在低含油污泥中加入1%的降粘剂，可得到流动性较好的泥浆体，加入20%和30%的降粘剂得到的油煤水浆剪切稀化，粘度下降，无需添加稳定剂可以在1 个月内不发生分层等现象，稳定性较好[5]。

1.2.3 生物质添加剂

秸秆是一种普遍的农业生产废弃物，全球每年生产的秸秆可以达到17 亿吨。我国秸秆资源丰富，总产量超过7 亿吨，其中2.3 亿吨为稻草秸秆，可以充分利用秸秆作为天然原料使用，但秸秆燃烧的转化率只有10-20%，极易被其他燃料取代，而且秸秆焚烧也会导致资源浪费、环境污染。因此在研究生物质水煤浆添加剂时，将秸秆烘干碾碎，按照比例与煤粉混合可得生物质水煤浆。而在研究添加剂类型、混合比例、剪切速率与生物质水煤浆性质及其稳定性之间的关系时，发现单一离子和非离子这两种类型的添加剂对水煤浆成浆性有所影响，且随着生物质混合量的增加，水煤浆表面粘性也随之增加。而根据比例复配添加剂后得到的水煤浆质量更好，且稳定性更强。

1.2.4 城市污水污泥添加剂

城市污水处理后得到的污水污泥产量十分大。随着全球环保意识的上升，环保事业不断发展，环保水平也持续提升，但是各个城市所产生的污水污泥仍然十分巨大。根据调查显示，我国的污水污泥处理主要采用焚烧、填埋、土地利用等方式。由于污泥含有大量营养元素、金属、病原体、有机物等，其在处理时需要格外注意。作为当前的一种清洁能源，水煤浆在制备、运输、污染等方面的优势明显，煤粉和污水污泥混合得到的水煤浆不仅能够充分利用其中的热能作为燃料使用，同时也能够有效处理污泥，使污泥处理实现能源化、资源化。

在对水煤浆、污泥燃烧特性、污泥混合后得到的水煤浆燃烧特性等进行热重实验时得到，污泥混合会使水煤浆着火点提高50℃，混合比增加，可燃性指数、燃烧速率、燃烧特性等都会有所上升，进而使得污泥燃尽率大大提升。而在对不同性质污泥和煤粉混合得到的水煤浆进行分析时发现，污泥混合能够使水煤浆稳定性提升，污泥特性差异会影响水煤浆的稳定性。

2 未来发展

当今社会，环境污染问题十分严重，人类过度开采能源使得能源消耗巨大，环境破坏越发严重，根据我国国情，国家能源局就煤炭高效清洁利用提出了一些措施，提出在水煤浆中加入废弃物，将其中的热能发挥出来代替部分煤，既能够保护环境，同时也能够解决能源危机，对于资源节约型和环境友好型社会的建设十分有利。

基于此，行业内提出了一种能够在煤化工水煤浆制浆掺废中应用的环保型水煤浆添加剂，其只需添加不到8%的废水、废弃物即可达到预期，比较适合应用于水煤浆工艺中，意味着水煤浆制备技术能够实现无害化处理固废液废，提高资源利用率。当前我国的工业、农业废弃物是化工和环保结合发展的首要对象，此外，我们需要加大力度寻找环保型水煤浆添加剂混合物，除上述混合物外，还可以探索酒糟、药渣、棉籽黑液等原料的应用性。但是，废弃物的添加也需要合理选择，否则会适得其反，这是废弃物制浆的研究重点问题之一。同时，水煤浆生产时由于受到煤种、煤矸石、制备工艺等因素影响，其成浆性能也受到影响。

相较于传统添加剂而言，环保型添加剂具有经济性和环保性等优势，但是其中也存在不足，混合量不合理、技术简单等会影响成浆性，需要加大投入对废弃物进行预处理，以提高成浆性能。此外，水煤浆制备时需要不断改进制备技术，随着添加剂研究的深入，水煤浆添加剂有望实现环保、经济和高效。

3 结语

传统添加剂研究趋于成熟，而环保型添加剂是当前水煤浆发展的重点，通过将各种废弃物综合利用起来实现生产和环保双重目的，是未来水煤浆发展趋势。