齊晶晶 姚 玨

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 730060）

0 引言

我國(guó)是煤炭大國(guó)，煤炭資源十分豐富，在能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)了較大的比重。煤炭傳統(tǒng)開(kāi)采方法對(duì)環(huán)境影響較大，且運(yùn)輸難度大，利用率較低，而水煤漿技術(shù)能夠深度加工煤炭資源，使煤炭資源得以合理利用。水煤漿即為煤基流體燃料，由煤、水和化學(xué)添加劑構(gòu)成的，對(duì)環(huán)境影響相對(duì)較小，使用比較環(huán)保。在工業(yè)、電站等鍋爐生產(chǎn)中能夠代替煤、油等能源使用。由于煤炭不溶于水，在水煤漿中加入添加劑，能夠?qū)崿F(xiàn)改性處理，這是水煤漿制備生產(chǎn)的重點(diǎn)。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 傳統(tǒng)型水煤漿添加劑

按照水中水煤漿體添加劑的溶解度，可以分成陰離子型、陽(yáng)離子型、兩性型以及非離子型，市場(chǎng)價(jià)格占比分布為1:3:4:2。從性價(jià)比來(lái)看，當(dāng)前使用最多的是陰離子和非離子這兩種和其他合成物，例如木質(zhì)素系、聚烯烴系等以及彼此相結(jié)合的產(chǎn)品。我國(guó)曾經(jīng)以石油為原料，之后經(jīng)過(guò)化學(xué)合成后得到了一種添加劑，其在性價(jià)比上競(jìng)爭(zhēng)力不足，對(duì)水煤漿發(fā)展有所限制[1]。高分子聚合物鹽類和其他天然鹽類通過(guò)分離、提純以及加工等工序制成的添加劑能夠使煤粉表面性質(zhì)改進(jìn)，有利于提高水煤漿質(zhì)量。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)對(duì)于高分子添加劑以及合成工藝的研究比較成熟，國(guó)外的研究歷史更悠久，因此大部分合成添加劑已經(jīng)開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)。例如Dineer H 等學(xué)者研究的萘磺酸鹽等分散劑，邱學(xué)青等學(xué)者研究的磺化丙酮-甲醛樹(shù)脂添加劑等。研究發(fā)現(xiàn)，磺化丙酮-甲醛樹(shù)脂作為水煤漿添加劑的發(fā)展前景比較好[2]。

添加劑生產(chǎn)應(yīng)用不僅需要原料，還需要注意環(huán)境保護(hù)，在資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)目標(biāo)的指導(dǎo)下，新型水煤漿添加劑需要注重環(huán)保高效。因此，加大研究環(huán)保型水煤漿添加劑的力度已成為其未來(lái)的主要發(fā)展方向。

1.2 環(huán)保型水煤漿添加劑

水煤漿中，煤粉占比70%，添加劑盡管只占比1%，但因其成本比較低，且對(duì)水煤漿質(zhì)量有著決定性作用,上世紀(jì)初國(guó)內(nèi)外相關(guān)人員就已經(jīng)開(kāi)始對(duì)添加劑進(jìn)行深入的研究，當(dāng)前水煤漿添加劑主要為陰離子和非離子這兩種類型，盡管性價(jià)比較高，但是環(huán)保性能差。隨著生態(tài)環(huán)境的惡化，國(guó)內(nèi)外對(duì)環(huán)境保護(hù)越來(lái)越重視，因此加大了對(duì)環(huán)保型水煤漿的研究力度，通過(guò)使用工業(yè)廢水、城市污水等高效穩(wěn)定的成漿材料生產(chǎn)環(huán)保型水煤漿添加劑來(lái)代替高成本、污染大的水煤漿添加劑。

1.2.1 工業(yè)廢液型添加劑

工業(yè)發(fā)展導(dǎo)致的環(huán)境污染眾所周知，在廢水處理上，含有表面活性劑的廢水處理困難，回收成本高，但其可作為水煤漿添加劑。

1.2.1.1 造紙廢液。造紙廢液造成的污染在制漿造紙污染中占據(jù)了90%。其中含有的有機(jī)物、無(wú)機(jī)物以及熱量造成了環(huán)境污染。造紙廢液中，主要成份是木質(zhì)，不易被降解，如果未經(jīng)合理處理直接排放,不僅會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致資源大量浪費(fèi)。研究發(fā)現(xiàn)，廢液中的FTIR 圖與煤中的FTIR 圖相似，其中含有的酚羥基、磺酸鹽等化學(xué)鍵以及官能團(tuán)和表面活性劑分子結(jié)構(gòu)類似，因此，可以將其當(dāng)做水煤添加劑使用[3]。選擇12種煤種進(jìn)行干法制漿實(shí)驗(yàn)，利用云石石煤制備的廢水水煤漿的成漿濃度超過(guò)72%（得到云石石煤制備得到的廢水水煤漿的成漿質(zhì)量超過(guò)72%?），東北平朔煤的廢水水煤漿成漿濃度超過(guò)71%，且存放時(shí)間長(zhǎng)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)造紙廢液和木質(zhì)素實(shí)驗(yàn)制備水煤漿，發(fā)現(xiàn)使用木質(zhì)素、腐殖酸稀釋的廢液所制備的水煤漿粘度能夠數(shù)倍稀釋，經(jīng)過(guò)吸附量測(cè)試發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素和最佳稀釋倍數(shù)有關(guān)，最后發(fā)現(xiàn)把這兩種物質(zhì)混合作添加劑制漿比單獨(dú)用作添加劑制漿性能更好，粘性可分別提高0.7%和1.7%。

造紙廢液的烴基有機(jī)酸與堿性木質(zhì)素的表面活性較好，其能夠替代傳統(tǒng)的添加劑。由此可見(jiàn)，造紙廢液能夠成為水煤漿添加劑，其不僅能夠開(kāi)發(fā)高效經(jīng)濟(jì)的環(huán)保型水煤漿添加劑，同時(shí)也能夠提高造紙廢液的處理水平。

1.2.1.2 焦化廢水。焦化廢水產(chǎn)生于焦?fàn)t煤氣初冷以及焦化生產(chǎn)用水和蒸汽冷凝廢水，其污染度高，且為不易降解污染物。研究發(fā)現(xiàn)，由焦化廢水所得到的水煤漿可以作為煤基流體燃料，使得能源消耗降低，且解決了廢水處理難題，同時(shí)能夠有效利用煤粉。這種水煤漿燃料在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境等方面都有所創(chuàng)新，能夠適應(yīng)當(dāng)前的陶瓷企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。將不同焦化廢水與煤粉混合得到的水煤漿實(shí)驗(yàn)及特性測(cè)定，為水煤漿制備煤種選擇提供了參考[4]。

1.2.1.3 精制棉廢水。該廢水類似于造紙廢水，其導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題也比較嚴(yán)重，是當(dāng)前工業(yè)污染防治的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。廢水成本包括濃黑液、中段廢水等，其中木質(zhì)素是黑液主要成份，處理方法也比較多，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值在于固態(tài)物的提煉。在使用精制棉廢水研究水煤漿分散劑的實(shí)驗(yàn)中，使用酸析法提取和改性木質(zhì)素，綜合利用精制棉廢水，將其稀釋到一定程度后作為添加劑用于水煤漿制備，但是只能用于爐前制漿。該廢水的處理能夠解決精制棉生產(chǎn)中的廢水污染問(wèn)題，且能夠?yàn)榫C合利用木質(zhì)素奠定基礎(chǔ)。

1.2.2 含油污泥添加劑

油田開(kāi)采、儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生含油污泥，造成周邊區(qū)域的環(huán)境污染。根據(jù)含油量，可分為高含油和低含油兩種，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，通過(guò)固化、焚燒等方法來(lái)處理，會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)。目前，在水煤漿添加劑的發(fā)展中，含油污泥可以用作水煤漿添加劑，這樣不僅可以減少污染，同時(shí)也能夠有效利用廢物資源，為水煤漿添加劑的發(fā)展提供新的思路。從含油污泥添加劑實(shí)驗(yàn)中得知，在低含油污泥中加入1%的降粘劑，可得到流動(dòng)性較好的泥漿體，加入20%和30%的降粘劑得到的油煤水漿剪切稀化，粘度下降，無(wú)需添加穩(wěn)定劑可以在1 個(gè)月內(nèi)不發(fā)生分層等現(xiàn)象，穩(wěn)定性較好[5]。

1.2.3 生物質(zhì)添加劑

秸稈是一種普遍的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物，全球每年生產(chǎn)的秸稈可以達(dá)到17 億噸。我國(guó)秸稈資源豐富，總產(chǎn)量超過(guò)7 億噸，其中2.3 億噸為稻草秸稈，可以充分利用秸稈作為天然原料使用，但秸稈燃燒的轉(zhuǎn)化率只有10-20%，極易被其他燃料取代，而且秸稈焚燒也會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)、環(huán)境污染。因此在研究生物質(zhì)水煤漿添加劑時(shí)，將秸稈烘干碾碎，按照比例與煤粉混合可得生物質(zhì)水煤漿。而在研究添加劑類型、混合比例、剪切速率與生物質(zhì)水煤漿性質(zhì)及其穩(wěn)定性之間的關(guān)系時(shí)，發(fā)現(xiàn)單一離子和非離子這兩種類型的添加劑對(duì)水煤漿成漿性有所影響，且隨著生物質(zhì)混合量的增加，水煤漿表面粘性也隨之增加。而根據(jù)比例復(fù)配添加劑后得到的水煤漿質(zhì)量更好，且穩(wěn)定性更強(qiáng)。

1.2.4 城市污水污泥添加劑

城市污水處理后得到的污水污泥產(chǎn)量十分大。隨著全球環(huán)保意識(shí)的上升，環(huán)保事業(yè)不斷發(fā)展，環(huán)保水平也持續(xù)提升，但是各個(gè)城市所產(chǎn)生的污水污泥仍然十分巨大。根據(jù)調(diào)查顯示，我國(guó)的污水污泥處理主要采用焚燒、填埋、土地利用等方式。由于污泥含有大量營(yíng)養(yǎng)元素、金屬、病原體、有機(jī)物等，其在處理時(shí)需要格外注意。作為當(dāng)前的一種清潔能源，水煤漿在制備、運(yùn)輸、污染等方面的優(yōu)勢(shì)明顯，煤粉和污水污泥混合得到的水煤漿不僅能夠充分利用其中的熱能作為燃料使用，同時(shí)也能夠有效處理污泥，使污泥處理實(shí)現(xiàn)能源化、資源化。

在對(duì)水煤漿、污泥燃燒特性、污泥混合后得到的水煤漿燃燒特性等進(jìn)行熱重實(shí)驗(yàn)時(shí)得到，污泥混合會(huì)使水煤漿著火點(diǎn)提高50℃，混合比增加，可燃性指數(shù)、燃燒速率、燃燒特性等都會(huì)有所上升，進(jìn)而使得污泥燃盡率大大提升。而在對(duì)不同性質(zhì)污泥和煤粉混合得到的水煤漿進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，污泥混合能夠使水煤漿穩(wěn)定性提升，污泥特性差異會(huì)影響水煤漿的穩(wěn)定性。

2 未來(lái)發(fā)展

當(dāng)今社會(huì)，環(huán)境污染問(wèn)題十分嚴(yán)重，人類過(guò)度開(kāi)采能源使得能源消耗巨大，環(huán)境破壞越發(fā)嚴(yán)重，根據(jù)我國(guó)國(guó)情，國(guó)家能源局就煤炭高效清潔利用提出了一些措施，提出在水煤漿中加入廢棄物，將其中的熱能發(fā)揮出來(lái)代替部分煤，既能夠保護(hù)環(huán)境，同時(shí)也能夠解決能源危機(jī)，對(duì)于資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)十分有利。

基于此，行業(yè)內(nèi)提出了一種能夠在煤化工水煤漿制漿摻廢中應(yīng)用的環(huán)保型水煤漿添加劑，其只需添加不到8%的廢水、廢棄物即可達(dá)到預(yù)期，比較適合應(yīng)用于水煤漿工藝中，意味著水煤漿制備技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)害化處理固廢液廢，提高資源利用率。當(dāng)前我國(guó)的工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢棄物是化工和環(huán)保結(jié)合發(fā)展的首要對(duì)象，此外，我們需要加大力度尋找環(huán)保型水煤漿添加劑混合物，除上述混合物外，還可以探索酒糟、藥渣、棉籽黑液等原料的應(yīng)用性。但是，廢棄物的添加也需要合理選擇，否則會(huì)適得其反，這是廢棄物制漿的研究重點(diǎn)問(wèn)題之一。同時(shí)，水煤漿生產(chǎn)時(shí)由于受到煤種、煤矸石、制備工藝等因素影響，其成漿性能也受到影響。

相較于傳統(tǒng)添加劑而言，環(huán)保型添加劑具有經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等優(yōu)勢(shì)，但是其中也存在不足，混合量不合理、技術(shù)簡(jiǎn)單等會(huì)影響成漿性，需要加大投入對(duì)廢棄物進(jìn)行預(yù)處理，以提高成漿性能。此外，水煤漿制備時(shí)需要不斷改進(jìn)制備技術(shù)，隨著添加劑研究的深入，水煤漿添加劑有望實(shí)現(xiàn)環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和高效。

3 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)添加劑研究趨于成熟，而環(huán)保型添加劑是當(dāng)前水煤漿發(fā)展的重點(diǎn)，通過(guò)將各種廢棄物綜合利用起來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和環(huán)保雙重目的，是未來(lái)水煤漿發(fā)展趨勢(shì)。