環保型水煤漿添加劑的研究現狀與發展

齊晶晶 姚 玨

（蘭州石化職業技術學院 730060）

0 引言

我國是煤炭大國，煤炭資源十分豐富，在能源結構中占據了較大的比重。煤炭傳統開采方法對環境影響較大，且運輸難度大，利用率較低，而水煤漿技術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、水和化學添加劑構成的，對環境影響相對較小，使用比較環保。在工業、電站等鍋爐生產中能夠代替煤、油等能源使用。由于煤炭不溶于水，在水煤漿中加入添加劑，能夠實現改性處理，這是水煤漿制備生產的重點。

1 研究現狀

1.1 傳統型水煤漿添加劑

按照水中水煤漿體添加劑的溶解度，可以分成陰離子型、陽離子型、兩性型以及非離子型，市場價格占比分布為1:3:4:2。從性價比來看，當前使用最多的是陰離子和非離子這兩種和其他合成物，例如木質素系、聚烯烴系等以及彼此相結合的產品。我國曾經以石油為原料，之后經過化學合成后得到了一種添加劑，其在性價比上競爭力不足，對水煤漿發展有所限制[1]。高分子聚合物鹽類和其他天然鹽類通過分離、提純以及加工等工序制成的添加劑能夠使煤粉表面性質改進，有利于提高水煤漿質量。現在國內對于高分子添加劑以及合成工藝的研究比較成熟，國外的研究歷史更悠久，因此大部分合成添加劑已經開始工業化生產。例如Dineer H 等學者研究的萘磺酸鹽等分散劑，邱學青等學者研究的磺化丙酮-甲醛樹脂添加劑等。研究發現，磺化丙酮-甲醛樹脂作為水煤漿添加劑的發展前景比較好[2]。

添加劑生產應用不僅需要原料，還需要注意環境保護，在資源節約型和環境友好型社會目標的指導下，新型水煤漿添加劑需要注重環保高效。因此，加大研究環保型水煤漿添加劑的力度已成為其未來的主要發展方向。

1.2 環保型水煤漿添加劑

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，且對水煤漿質量有著決定性作用,上世紀初國內外相關人員就已經開始對添加劑進行深入的研究，當前水煤漿添加劑主要為陰離子和非離子這兩種類型，盡管性價比較高，但是環保性能差。隨著生態環境的惡化，國內外對環境保護越來越重視，因此加大了對環保型水煤漿的研究力度，通過使用工業廢水、城市污水等高效穩定的成漿材料生產環保型水煤漿添加劑來代替高成本、污染大的水煤漿添加劑。

1.2.1 工業廢液型添加劑

工業發展導致的環境污染眾所周知，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了90%。其中含有的有機物、無機物以及熱量造成了環境污染。造紙廢液中，主要成份是木質，不易被降解，如果未經合理處理直接排放,不僅會嚴重污染環境，同時也會導致資源大量浪費。研究發現，廢液中的FTIR 圖與煤中的FTIR 圖相似，其中含有的酚羥基、磺酸鹽等化學鍵以及官能團和表面活性劑分子結構類似，因此，可以將其當做水煤添加劑使用[3]。選擇12種煤種進行干法制漿實驗，利用云石石煤制備的廢水水煤漿的成漿濃度超過72%（得到云石石煤制備得到的廢水水煤漿的成漿質量超過72%?），東北平朔煤的廢水水煤漿成漿濃度超過71%，且存放時間長。同時，通過對造紙廢液和木質素實驗制備水煤漿，發現使用木質素、腐殖酸稀釋的廢液所制備的水煤漿粘度能夠數倍稀釋，經過吸附量測試發現木質素和最佳稀釋倍數有關，最后發現把這兩種物質混合作添加劑制漿比單獨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酸與堿性木質素的表面活性較好，其能夠替代傳統的添加劑。由此可見，造紙廢液能夠成為水煤漿添加劑，其不僅能夠開發高效經濟的環保型水煤漿添加劑，同時也能夠提高造紙廢液的處理水平。

1.2.1.2 焦化廢水。焦化廢水產生于焦爐煤氣初冷以及焦化生產用水和蒸汽冷凝廢水，其污染度高，且為不易降解污染物。研究發現，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，同時能夠有效利用煤粉。這種水煤漿燃料在經濟、技術、環境等方面都有所創新，能夠適應當前的陶瓷企業生產應用。將不同焦化廢水與煤粉混合得到的水煤漿實驗及特性測定，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，其導致的環境問題也比較嚴重，是當前工業污染防治的重點也是難點。廢水成本包括濃黑液、中段廢水等，其中木質素是黑液主要成份，處理方法也比較多，其經濟價值在于固態物的提煉。在使用精制棉廢水研究水煤漿分散劑的實驗中，使用酸析法提取和改性木質素，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中的廢水污染問題，且能夠為綜合利用木質素奠定基礎。

1.2.2 含油污泥添加劑

油田開采、儲運過程中，不可避免地會產生含油污泥，造成周邊區域的環境污染。根據含油量，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，通過固化、焚燒等方法來處理，會導致資源浪費。目前，在水煤漿添加劑的發展中，含油污泥可以用作水煤漿添加劑，這樣不僅可以減少污染，同時也能夠有效利用廢物資源，為水煤漿添加劑的發展提供新的思路。從含油污泥添加劑實驗中得知，在低含油污泥中加入1%的降粘劑，可得到流動性較好的泥漿體，加入20%和30%的降粘劑得到的油煤水漿剪切稀化，粘度下降，無需添加穩定劑可以在1 個月內不發生分層等現象，穩定性較好[5]。

1.2.3 生物質添加劑

秸稈是一種普遍的農業生產廢棄物，全球每年生產的秸稈可以達到17 億噸。我國秸稈資源豐富，總產量超過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，但秸稈燃燒的轉化率只有10-20%，極易被其他燃料取代，而且秸稈焚燒也會導致資源浪費、環境污染。因此在研究生物質水煤漿添加劑時，將秸稈烘干碾碎，按照比例與煤粉混合可得生物質水煤漿。而在研究添加劑類型、混合比例、剪切速率與生物質水煤漿性質及其穩定性之間的關系時，發現單一離子和非離子這兩種類型的添加劑對水煤漿成漿性有所影響，且隨著生物質混合量的增加，水煤漿表面粘性也隨之增加。而根據比例復配添加劑后得到的水煤漿質量更好，且穩定性更強。

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量十分大。隨著全球環保意識的上升，環保事業不斷發展，環保水平也持續提升，但是各個城市所產生的污水污泥仍然十分巨大。根據調查顯示，我國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養元素、金屬、病原體、有機物等，其在處理時需要格外注意。作為當前的一種清潔能源，水煤漿在制備、運輸、污染等方面的優勢明顯，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，同時也能夠有效處理污泥，使污泥處理實現能源化、資源化。

在對水煤漿、污泥燃燒特性、污泥混合后得到的水煤漿燃燒特性等進行熱重實驗時得到，污泥混合會使水煤漿著火點提高50℃，混合比增加，可燃性指數、燃燒速率、燃燒特性等都會有所上升，進而使得污泥燃盡率大大提升。而在對不同性質污泥和煤粉混合得到的水煤漿進行分析時發現，污泥混合能夠使水煤漿穩定性提升，污泥特性差異會影響水煤漿的穩定性。

2 未來發展

當今社會，環境污染問題十分嚴重，人類過度開采能源使得能源消耗巨大，環境破壞越發嚴重，根據我國國情，國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，將其中的熱能發揮出來代替部分煤，既能夠保護環境，同時也能夠解決能源危機，對于資源節約型和環境友好型社會的建設十分有利。

基于此，行業內提出了一種能夠在煤化工水煤漿制漿摻廢中應用的環保型水煤漿添加劑，其只需添加不到8%的廢水、廢棄物即可達到預期，比較適合應用于水煤漿工藝中，意味著水煤漿制備技術能夠實現無害化處理固廢液廢，提高資源利用率。當前我國的工業、農業廢棄物是化工和環保結合發展的首要對象，此外，我們需要加大力度尋找環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用性。但是，廢棄物的添加也需要合理選擇，否則會適得其反，這是廢棄物制漿的研究重點問題之一。同時，水煤漿生產時由于受到煤種、煤矸石、制備工藝等因素影響，其成漿性能也受到影響。

相較于傳統添加劑而言，環保型添加劑具有經濟性和環保性等優勢，但是其中也存在不足，混合量不合理、技術簡單等會影響成漿性，需要加大投入對廢棄物進行預處理，以提高成漿性能。此外，水煤漿制備時需要不斷改進制備技術，隨著添加劑研究的深入，水煤漿添加劑有望實現環保、經濟和高效。

3 結語

傳統添加劑研究趨于成熟，而環保型添加劑是當前水煤漿發展的重點，通過將各種廢棄物綜合利用起來實現生產和環保雙重目的，是未來水煤漿發展趨勢。