高性能煤沥青水浆的制备及形成机理研究

本研究以煤沥青为原料,经冷冻粉碎制成具有一定粒度分布和级配的煤沥青粉,再加入合适分散剂、外加电解质和水与煤沥青粉制成煤沥青水浆（CPWS）。考察不同冷冻条件对不同软化点煤沥青的颗粒的粒径分布、微观形态和颗粒稳定性之间的相互影响规律，获得煤沥青粉的相关理化性质和不同分散剂对颗粒表面电性与稳定性之间的规律；探索不同分散剂、外加电解质和超声分散工艺对煤沥青成浆性、浆体流变性和稳定性之间的相互作用机理；通过激光粒度分布仪、TEM、SEM、FTIR、旋转粘度计、微电泳仪、紫外光谱仪等分析表征手段，揭示不同分散剂分子结构和物性特征与煤沥青颗粒及煤沥青浆体之间的匹配和分散规律，阐明分散剂在煤沥青水浆体系中存在的润湿分散作用、静电斥力分散作用、空间位阻与熵斥力分散作用，探讨煤沥青水浆制备的新途径，获得一种新的煤沥青浆体燃料。为该浆体在不同燃料领域的应用提供理论依据和实践基础。

本研究根据煤沥青的低温脆性，采用冷冻粉碎方法、添加合适的分散剂制备了不同粒度的煤沥青粉。考察了分散剂的种类和用量、保存时间和温度对煤沥青粉稳定性的影响。将自制的中温煤沥青粉用于制备煤沥青水浆，并对流变性、稳定性的影响规律进行了研究。.（1）煤沥青粉的制备.采用冷冻粉碎方法实现煤沥青粉的制备。研究表明，未添加分散剂制备煤沥青粉的过程较困难，且制得的煤沥青粉团聚严重。AES为制备中温煤沥青粉和高温煤沥青粉的优良分散剂，其最佳用量为1.5％. 添加AES制得的煤沥青粉在20℃保存30d后基本无变化，在30℃保存30d后出现轻微团聚。煤沥青粉的团聚随粒度的减小、保存时间的延长、保存温度的升高呈加剧趋势。.（2）煤沥青水浆的制备.通过比较不同分散剂对煤沥青粉成浆性、浆体流变性和稳定性的影响进，确定以JL－C01中裂乳化剂为分散剂制备煤沥青水浆。研究表明，按级配1和级配2制得的煤沥青水浆的表观粘度随浓度的增大而增加。按级配2制得的煤沥青水浆的表观粘度小于级配1。按级配1和级配2制得的煤沥青水浆表观粘度随剪切速率的增大均呈下降趋势。采用级配1和级配2，不同分散剂用量制得的不同浆体浓度的煤沥青水浆的稳定性均随时间的延长而逐渐变差。.进一步扩大范围选择HDBAC、STAC用于煤沥青水浆的制备。结果表明，以HDBAC和STAC为分散剂均能制得符合要求的煤沥青水浆，且HDBAC的作用效果比STAC好。随着分散剂用量的增加，煤沥青表面分散剂的吸附量和Zeta电位总体呈增大的趋势；分散剂的加入能有效降低水在煤沥青表面的接触角，有利于形成稳定的分散体系。.（3）外加电解质对煤沥青水浆的影响.对于级配1的煤沥青粉，NaCl、CaCl2、AlCl3的加入可使分散剂在煤沥青表面的吸附量增大，且三者的影响依次增强；Na2SO4、Na3PO4的加入使吸附量先增大后减小。对于级配2的煤沥青粉，NaCl的加入使分散剂在煤沥青表面的吸附量减小；Na2SO4的加入使分散剂在煤沥青表面的吸附量增大；CaCl2、AlCl3、Na3PO4的加入使分散剂在煤沥青表面的吸附量先增大后减小。分散剂在级配2煤沥青粉表面的吸附量大于级配1。随着分散剂浓度的增加，Zeta电位增大到最大值后呈缓慢下降趋势。加入电解质可使级配1和级配2制得的煤沥青水浆的成浆性、流变性、稳定性得到改善并有所提高。