Page 116 - 《精细化工》2020年第12期

·2478· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

2.3 分散剂用量对水煤浆表观黏度的影响 切速率的增大均逐渐减小，浆体均表现出“剪切变
确定 3 种分散剂的阳离子单体 DMDAAC 添加 稀”的特性，为假塑性流体。水煤浆流体属于非牛
量（均为相应单体质量之和的 6%）后，固定水煤浆 顿流体，采用 Herschel-Bulkley 公式（5）流变模型
[9]
的固体质量分数为 65%。改变 3 种分散剂用量，测 对剪切应力和剪切速率进行拟合 ，其浆体表观黏
–1
量浆体的表观黏度值，如图 4 所示。由图 4 可知， 度值来自剪切速率为 100 s 时所记录的 10 个结果
随着分散剂添加量的增加，水煤浆的表观黏度均呈 的平均值。拟合结果如表 2、图 7 所示。
现出逐渐降低后又增大的趋势，这是由于过量的分 τ=τ 0 +kγ n （5）
散剂会增强煤粒表面的亲水性，形成过厚的水化膜， 其中，τ 为剪切应力，Pa；τ 0 为屈服应力，Pa；γ 为
–1
n
不利于水与煤粒间的流动，浆体表观黏度增加。当 剪切速率，s ；k 为稠度系数，Pa·s ；n 为流动特性
PASAD、PASID 的添加量为 0.4%时，浆体表观黏度 指数（当 n>1 时，浆体为胀塑性流体；当 n<1 时，
最低；而未添加羧酸单体的 PASD 则需要更多的分 浆体为假塑性流体）。由拟合结果可知，水煤浆流
散剂才能达到最小表观黏度，即 PSAD 用量为 0.5%。 动特性符合 Herschel-Bulkley 流变模型，且流动特性
指数 n 值均小于 1，浆体都为假塑性流体，由 PASID
制得浆体具有更大的流动特性指数 n 和较小的稠度
系数 k，更有利于贮存与运输。

图 4 水煤浆表观黏度随分散剂用量的变化
Fig. 4 Viscosity of coal water slurry changes with dosage
of dispersant

2.4 水煤浆最大固体质量分数 图 5 水煤浆表观黏度随其固体质量分数的变化
Fig. 5 Variation of slurry viscosity with its mass fraction
固定 DMDAAC 用量均为相应单体质量之和的
6%，PASAD、PASID 添加量均为 0.4%，PASD 添加
–1
量为 0.5%，在 25 ℃，剪切速率为 100 s 的条件
下，以表观黏度 1000 mPa·s 为标准，测定水煤浆的
表观黏度随其固体质量分数增加的变化情况，如图
5 所示。由图 5 可知，随着水煤浆固体质量分数的
增加，浆体的表观黏度逐渐增大。未添加羧酸单体
的 PASD 可使榆林煤最大固体质量分数达到 64.9%，
而羧酸单体的引入显著提高分散剂性能，添加丙烯
酸的 PASAD 可使榆林煤最大固体质量分数达到的

65.4%，而含有衣康酸的 PASID 最大固体质量分数
图 6 水煤浆的流变性
可达约 66.5%。这是因为，榆林煤有较高的灰分， Fig. 6 Rheological properties of coal water slurry
2+
灰分中含有的 Ca 等高价金属阳离子吸附在煤颗粒
表面，使其表面部分区域带正电，羧酸单体中的 表 2 水煤浆流变模型参数拟合值
–
COO 可以与煤表面的金属阳离子螯合吸附，吸附作 Table 2 Fitting values of coal water slurry model parameters
用增强，从而提高水煤浆的最大固体质量分数。 固体质量 表观黏度 Herschel-Bulkley
分散剂
n
2.5 水煤浆的流变性 分数/% /(mPa·s) τ 0/Pa k/(Pa·s ) n R 2
流变性是水煤浆的重要性质之一。榆林煤用 3 PASD 65 1025 4.03 3.75 0.75 0.9971
种分散剂制得的水煤浆黏度随着剪切速率的变化曲 PASAD 65 923 3.66 2.01 0.83 0.9954
线，如图 6 所示。由图 6 可知，水煤浆黏度随着剪 PASID 65 786 3.63 0.83 0.97 0.9961