适用于煤浆掺废制备工艺的水煤浆添加剂及掺废水煤浆的制作方法

本发明涉及水煤浆，特别是涉及适用于煤浆掺废制备工艺的水煤浆添加剂及掺废水煤浆。

背景技术：

1、水煤浆是用一定级配细度的煤粉、水和水煤浆添加剂混合而成，它是一种具有一定稳定性和流动性的浆状煤炭产品，大规模应用于合成甲醇、氨、烯烃、燃油、天然气等煤化工领域。由于水煤浆拥有能效高、低污染、成本低等显著技术、经济优势，因此成为我国实施洁净煤战略的关键技术之一。

2、煤炭主体属于疏水性的非极性碳氢化合物，水煤浆添加剂的作用是使煤粉分散于水中形成具有流动性的均匀、稳定浆体，其分散机理主要是能有效吸附在煤颗粒表面，提高煤粒亲水性，并能在煤粒表面形成双电层和立体位阻。水煤浆添加剂总体上分为阴离子型和非离子型表面活性剂两大类，鉴于使用效果、成本及原材料易得性等考虑，阴离子型水煤浆添加剂更为普遍，目前市场上广泛使用的有木质素系，如碱木素、木质素磺酸盐；萘系，如萘磺酸盐甲醛缩合物；脂肪族添加剂，如磺化丙酮-甲醛缩聚物等；或者上述两种或两种以上产品的复配物。目前市场上所有的水煤浆添加剂产品均为易溶于水的粉体或一定浓度的水溶液。

3、这些水煤浆添加剂都属于表面活性剂，作用原理均是通过利用分子中的亲水基团和疏水基团，在水溶液中定向排列，改变溶液体系的界面状态，从而使溶液体系的表面张力显著下降。尽管这些添加剂可以有效调节水-煤体系稳定性、配制性能较好的水煤浆，但是添加剂中绝大部分表面活性剂组分具有一定毒性，在使用过程中会造成较大的污染，且多数添加剂均为液体形态，不利于运输、储存；即使是粉体产品，也必须预先溶于水形成溶液再使用，溶解过程产生粉尘等危害。随着国家和地方环境保护法律法规的日趋严格，必须研发更加环保安全的、使用便利的新型、高效水煤浆添加剂产品。

4、同时，为了充分利用工艺废渣、废水以减少废渣、废水处理量，降低处理排放压力，同时降低煤气化生产成本，煤化工企业近年来普遍采用水煤浆掺废制备工艺。由于废渣、废水等掺烧物成分复杂，与水-煤体系相容性差，导致制浆难度大幅增加，使得煤浆浓度偏低，煤浆流动性、稳定性较差，严重降低了气化效率。针对该不利工况，必须选择采用充分适应该特殊工艺的水煤浆添加剂产品才能确保水煤浆掺废制备装置的长周期、高负荷、安全、稳定运行。

5、废渣、废水等掺烧物成分复杂，与水-煤体系相容性差，采用目前普通种类水煤浆添加剂煤浆浓度偏低，煤浆流动性、稳定性较差，严重降低了煤气化效率，且需要大幅提高水煤浆添加剂用量，导致制浆成本的大幅上升。

6、添加剂中绝大部分表面活性剂组分具有一定毒性，在使用过程中会造成较大的污染，且多数添加剂均为液体形态，不利于运输、储存；即使是粉体产品，也必须预先溶于水形成溶液再使用，溶解过程产生粉尘等危害，不利于操作人员的身体健康和安全性。另外，以阴离子型为主的表面活性剂依靠自身兼具的亲水、疏水基团来实现水-煤体系中煤粒的悬浮、分散，会出现分散不均的情况，造成水煤浆性能的不稳定。

技术实现思路

1、本发明的目的在解决现有技术中水煤浆添加剂上述的不足，提供一种适用于煤浆掺废制备工艺的水煤浆添加剂及掺废水煤浆。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种适用于煤浆掺废制备工艺的水煤浆添加剂，包括50-99.9wt％的硅酸镁铝，和/或0.1-50wt％的木质素磺酸钠,和/或0.1-50wt％的萘磺酸钠甲醛缩合物,和/或0.1-50wt％的磺化丙酮-甲醛缩聚物。

4、上述的适用于煤浆掺废制备工艺的水煤浆添加剂，所述添加剂按质量计包括如下组分：硅酸镁铝50-75份；木质素磺酸钠25-50份。

5、上述的适用于煤浆掺废制备工艺的水煤浆添加剂，所述添加剂按质量计包括如下组分：硅酸镁铝50-75份；萘磺酸钠甲醛缩合物25-50份。

6、上述的适用于煤浆掺废制备工艺的水煤浆添加剂，所述添加剂按质量计包括如下组分：硅酸镁铝50-75份；磺化丙酮-甲醛缩聚物25-50份。

7、上述的适用于煤浆掺废制备工艺的水煤浆添加剂，所述添加剂按质量计包括如下组分：硅酸镁铝50-75份；木质素磺酸钠0.1-25份；萘磺酸钠甲醛缩合物0.1-25份。

8、上述的适用于煤浆掺废制备工艺的水煤浆添加剂，所述添加剂按质量计包括如下组分：硅酸镁铝50-75份；木质素磺酸钠0.1-25份；磺化丙酮-甲醛缩聚物0.1-25份。

9、上述的适用于煤浆掺废制备工艺的水煤浆添加剂，所述添加剂按质量计包括如下组分：硅酸镁铝50-75份；萘磺酸钠甲醛缩合物0.1-25份；磺化丙酮-甲醛缩聚物0.1-25份。

10、将不同质量比例的各组分混合，然后搅拌均匀即制得本发明所述用于煤浆掺废制备工艺的水煤浆添加剂。

11、本发明还提供一种掺废水煤浆，包括废渣或废水、煤粉、水、水煤浆添加剂，所述水煤浆添加剂为前述适用于煤浆掺废制备工艺的水煤浆添加剂。

12、上述的掺废水煤浆，所述水煤浆添加剂在掺废水煤浆总体系中质量占比为1-3‰。

13、主要用于掺加于水煤浆中的掺烧物废渣和废水有：石化企业生化活性污泥、废焦油、煤油混炼油渣，以及煤化工工艺产生的dmto含甲醇废水、mtbe废碱液、火炬凝液、变换凝液及工艺凝液废水、净化甲醇废液、含醛废水、醋酸残渣、兰炭末、工艺油渣等，以及其他合成化工工艺产生的精(蒸)馏残渣、含矿物油、有机溶剂或有机树脂废物、含酚废物等废水、废渣。

14、硅酸镁铝是一种高镁含量氧化硅的衍生产物，形态上为白色小片状或粉状的复合胶态物质，无毒无味无刺激性，流变性和触变性好。硅酸镁铝的化学活性较低,不溶于水和醇类，也不与水和醇类产生化学反应。硅酸镁铝亲水性较高，在水溶液中会迅速多倍膨胀成胶态分散体，体系呈微碱性。

15、硅酸镁铝具有独特的三维空间链式结构及特殊的针、棒状晶体结构，其在水中分散时，由于具有高度的亲水性，使得体系中的自由水转变为束缚水，并在水介质中形成“卡片宫”式的缔合网络结构。整个体系逐渐变成非牛顿液体类型的触变性凝胶体,形成一种立体空间网状结构，当有外力作用时,网状结构被破坏而易于流动,当外力消除后网状结构即恢复,且在一定时间内溶胀成具有一定粘度的胶体。

16、废渣、废水等掺烧物成分复杂，主要为较弱极性有机物质，降低了水-煤体系的整体极性，普通水煤浆添加剂多数为含较强极性的磺酸基有机物，与非极性的煤粒、掺烧物体系相容性较差，只能通过自身兼具的亲水、疏水基团来对水-煤体系进行分散，因此容易出现分散不均匀的现象，影响体系的稳定性。同时，添加剂中绝大部分表面活性剂组分具有一定毒性，在使用过程中会造成较大的污染，且多数添加剂均为液体形态，不利于运输、储存；即使是粉体产品，也必须预先溶于水形成溶液再使用，溶解过程产生粉尘等危害，环保性、安全性较差。

17、硅酸镁铝作用机理不同于表面活性剂，是依靠自身特有的链网结构对悬浮体系进行分散，流变性和触变性优异，具有保护胶体活性、强亲水特性、乳化增稠等能力，同时温度升高时，还能减少体系变稀或被破坏的倾向。硅酸镁铝在体系中形成的网络结构具有极强的稳定性，能防止悬浮体系变硬，在有沉淀趋向时使其重新分散。相比许多有机类表面活性剂，硅酸镁铝颗粒均匀、粘度较低、储存稳定、在水中扩散较快，形成的胶凝体可逆。

18、本发明还公开了硅酸镁铝与木质素磺酸钠，和/或萘磺酸钠甲醛缩合物，和/或磺化丙酮-甲醛缩聚物的复配协同效应。由于硅酸镁铝的作用机理与表面活性剂截然不同，当其在添加剂总体中呈现主导作用时，会率先在水介质中多倍膨胀成胶态分散体，形成其独特的“卡片宫”式的缔合网络结构，该结构非常稳定，而复配在其中的其它成分如木质素磺酸钠、萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化丙酮-甲醛缩聚物等则通过自身的亲水、疏水基团穿插、缠绕于煤粒间形成空间网状结构，并镶嵌在硅酸镁铝分散体的网络结构中，极大增强了空间位阻效应，从而增强了煤-水-掺烧物的悬浮性。结合硅酸镁铝的网络结构不容易被破坏，体系的稳定性得到了大幅提升。

19、同时，硅酸镁铝来源于矿物提取或盐卤水、高炉渣等废料的人工合成，无毒性，生物降解性高，具有极强的环保属性。本发明配方属环保设计，能有效减轻环境污染，全面满足绿色、生态保护要求，同时能够较好地实现盐卤水、高炉渣等废料中富含的氧化物等矿物资源的高效综合利用，而其粉体形态又可以极大降低运输、储存压力，使用时无需预先制成溶液而直接投加至磨煤制浆系统中，具有很强的使用便利性和环保安全性。

20、本技术废渣、废液掺烧物种类适应性强，广泛适用于《国家危险废物名录》所录各行业在合成、精制、加工工艺过程中所产生的各类废渣、废液的复杂多成分掺混料浆制备，具体如：医药、农药、染料、涂料等精细化工工艺产生的精(蒸)馏残渣、有机溶剂、有机树脂废物、含油废水或渣、废活性炭、含酚废物等，石化及煤化工企业产生的生化活性污泥、废焦油、煤油混炼油渣、含醇/醛废水、醋酸残渣、兰炭末、工艺油渣等。

21、本发明具有积极的效果：本发明利用硅酸镁铝特有的三维空间链式结构及其在水介质中形成“卡片宫”式的缔合网络结构提供了一种新型煤气化掺废高效水煤浆添加剂的实现途径，并具有产品环保性、使用便利、成浆性能好的优势。本发明水煤浆添加剂使用时无需预先制成溶液而直接投加至磨煤制浆系统中，通过有效提高水煤浆添加剂与煤-水-掺烧物体系的相容性，有效提高煤浆浓度，改善煤浆工艺性能，同时降低水煤浆添加剂添加率及制浆成本。