专利名称：复合无机纳米水煤浆水焦浆稳定剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水煤浆、水焦浆稳定剂，具体是一种复合无机纳米水煤浆、水焦浆稳定剂。
背景技术：
水煤/焦浆是指将一定粒度和粒度分布的煤粉(石油焦粉、沥青焦粉)与水及少量助剂经混合制成的一种高浓度固/液分散体系。由于体系中颗粒粒径远大于胶体颗粒粒径，由布朗运动使胶体产生稳定的因素已在此不起作用，这使得解决该体系稳定性的问题变得尤为困难，如不采取特殊手段，颗粒聚集和沉降将不可避免，在储存、运输和使用时会发生颗粒与水分离，导致沉淀而无法正常使用。因此水煤/焦浆稳定性的优劣是水煤/焦浆能否正常使用的关键。随着水煤/焦浆的广泛应用，水煤/焦浆稳定性问题越来越引起人们的重视。专利申请号为97103965.8的专利文件提出了一种以羧甲基纤维素钠、水玻璃和聚乙烯醇为稳定剂，通过提高碳素水浆中分散介质的粘度，降低粒子沉降速度来提高水浆稳定性的方法；专利申请号为911082999.9的专利文件提出了一种通过改进水煤浆生产工艺，降低煤粒子间空隙率，提高水煤浆中粒子堆积效率来提高水煤浆稳定性的方法。
以上现有技术通过提高分散体系粘度和降低分散体系粒子间空隙率的方法来提高分散体系稳定性方面虽然取得了一些进展，但由于选用的有机类稳定剂易降解导致长期稳定效果不佳，同时该类稳定剂加入会显著提高分散体系粘度，进而影响体系流动性；降低分散体系粒子间空隙率对浆体中粒子间的相互作用效果改善不大，因此没能从根本上解决水煤/焦浆稳定性的问题。如何克服现有技术存在的问题，提高水煤/焦浆的稳定性，已成为当今水煤/焦浆领域中亟待解决的难题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够显著提高水煤浆、水焦浆稳定性的复合无机纳米稳定剂。
本发明所述的复合无机纳米水煤浆水焦浆稳定剂，其特征在于该稳定剂由纤维状无机纳米粒子和球状无机纳米粒子混合而成，粒子粒径为10-100纳米，纤维状无机纳米粒子的长径比为50-200，纤维状无机纳米粒子和球状无机纳米粒子的质量百分比为10∶90-90∶10。
制备水煤/焦浆时，将煤/焦质量的0.10％-1.00％的稳定剂与煤/焦、水和分散剂一起加入制浆装置中制得稳定性良好的水煤/焦浆；或按上述投放比率，将稳定剂加入到预制好的水煤/焦浆中，经过搅拌混合，制得稳定性良好的水煤/焦浆。球状纳米粒子吸附在煤/焦粒子表面，提高了表面电荷，使粒子间形成较强的静电排斥力，从而有效提高体系稳定性，当煤/焦粒子相互靠近时，由煤/焦粒子吸附纳米粒子后表面形成的绒毛状结构之间易产生缠结，提高体系触变性，进而提高体系稳定性；纤维状纳米粒子吸附在若干个煤/焦粒子间，使粒子之间产生空间网络结构，产生的空间位阻效应使得体系稳定性提高；球状纳米粒子吸附在煤/焦粒子表面，大大提高了粒子的比表面积，可以有效提高吸附点的数量和强度，从而使纤维状纳米粒子的空间位阻效应得到进一步增强。以上几种效应可以显著提高水煤/焦浆体系的稳定性。这是因为水煤/焦浆分散体系中，颗粒粒径较大，不采用特殊手段，颗粒聚集和沉降将不可避免。单一的稳定效应很难满足该体系的稳定要求，需要采用多种稳定效应来协同提高体系的稳定性。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于1、利用纳米粒子独特的表面性能，将球状和纤维状纳米粒子进行复配，协同发挥多种稳定效应，显著提高水煤/焦浆的稳定性；2、无机材料性质稳定，不降解，时效性优良；3、添加该稳定剂不显著提高水煤/焦浆的粘度；4、该稳定剂可直接使用，操作方便，具有广泛的推广应用价值。
四
附图是在水煤/焦浆体系中，以本发明选用的复合的球状和纤维状纳米粒子吸附在煤粒子或石油焦、沥青焦粒子表面的透射电子显微镜照片，可以更为明确地说明复合无机纳米稳定剂的稳定机理。其中图1是煤颗粒吸附球状纳米粒子的TEM照片。
图2是煤颗粒吸附纤维状纳米粒子的TEM照片。
五具体实施例方式
以下对本发明作进一步的详细描述。
实施例1复合无机纳米水煤浆稳定剂对兴隆庄煤水煤浆的稳定效果。
把长径比为50至120的纤维状凹凸棒土与球状硅藻土按质量百分比50∶50混合制得复合无机纳米稳定剂，粒子粒径为10-40纳米。以使用该种稳定剂制备兴隆庄煤水煤浆为例采用Φ240×330型球磨机，将稳定剂、兴隆庄煤、水和分散剂一起加入球磨机中磨矿，它们的加入量分别为2.00g，1.998Kg、0.931Kg、10.00g，磨60分钟后制得高稳定性的水煤浆。以两种无机纳米粒子按10∶90，30∶70，70∶30，90∶10的百分比混合制得复合无机纳米稳定剂，以相同的稳定剂添加量，不改变浆产量重复上述实验，制得另外4份高稳定性的水煤浆；调整上述五种稳定剂添加率至原料煤质量的0.25％、0.35％，不改变浆产量重复上述实验，制得另外10份高稳定性的水煤浆。
按企标Q/3201NBJ02-1999分别测定未加入稳定剂、加入总煤量0.04％的羧甲基纤维素钠、使用本发明制得的水煤浆的浓度、粘度和15天静置稳定性，结果见表1。从表1中可见，使用本发明制得水煤浆稳定性显著提高，与使用羧甲基纤维素钠作为水煤浆稳定剂相比不显著提高水煤浆的粘度，当两种粒子质量百分比为50∶50时效果达到最佳。
实施例2复合无机纳米水焦浆稳定剂对齐鲁石油焦水焦浆的稳定效果。把长径比为100至200的纤维状凹凸棒土与球状硅藻土按质量百分比60∶40混合制得复合无机纳米稳定剂，粒子粒径为60-100纳米。以使用该种稳定剂制备齐鲁石油焦水焦浆为例采用Φ240×330型球磨机，将稳定剂、齐鲁石油焦、水和分散剂一起加入球磨机中磨矿，它们的加入量分别为8.00g、1.992kg、0.807Kg、10.00g，磨75分钟后制得高稳定性的水焦浆。以两种无机纳米粒子按20∶80，40∶60，50∶50，80∶20的百分比混合制得复合无机纳米稳定剂，以相同的添加量，不改变浆产量重复上述实验，制得另外4份高稳定性的水焦浆；调整上述五种稳定剂添加率为原料焦质量的0.70％，1.00％，不改变浆产量重复上述实验，制得另外10份高稳定性的水焦浆。
按企标Q/3201NBJ02-1999分别测定未加入稳定剂、加入总焦量0.07％的羧甲基纤维素钠、使用本发明制得的水焦浆的浓度、粘度和15天静置稳定性，结果见表2。从表2中可见，使用本发明制得水焦浆稳定性显著提高，与使用羧甲基纤维素钠作为稳定剂相比不显著提高水焦浆的粘度，两种粒子质量百分比为60∶40时效果达到最佳。
实施例3在实施例1的基础上，将粒子的粒径改为40-60纳米，纤维状无机纳米粒子的长径比为120-150，纤维状无机纳米粒子和球状无机纳米粒子的质量百分比为10∶90。
实施例4在实施例1的基础上，将粒子的粒径改为50-70纳米，纤维状无机纳米粒子的长径比为50-80，纤维状无机纳米粒子和球状无机纳米粒子的质量百分比为30∶70。
实施例5在实施例1的基础上，将粒子的粒径改为40-60纳米，纤维状无机纳米粒子的长径比为150-200，纤维状无机纳米粒子和球状无机纳米粒子的质量百分比为90∶10。
实施例6在实施例2的基础上，将粒子的粒径改为80-100纳米，纤维状无机纳米粒子的长径比为80-110，纤维状无机纳米粒子和球状无机纳米粒子的质量百分比为80∶20。
实施例7在实施例2的基础上，将粒子的粒径改为80-100纳米，纤维状无机纳米粒子的长径比为130-150，纤维状无机纳米粒子和球状无机纳米粒子的质量百分比为60∶40。
实施例8在实施例2的基础上，将粒子的粒径改为30-70纳米，纤维状无机纳米粒子的长径比为100-150，纤维状无机纳米粒子和球状无机纳米粒子的质量百分比为30∶70。
表1使用复合无机纳米稳定剂制备的兴隆庄煤水煤浆的性能
表2使用复合无机纳米稳定剂制备的齐鲁石油焦水焦浆的性能
权利要求
1.一种复合无机纳米水煤浆水焦浆稳定剂，其特征在于该稳定剂由纤维状无机纳米粒子和球状无机纳米粒子混合而成，粒子粒径为10-100纳米，纤维状无机纳米粒子的长径比为50-200，纤维状无机纳米粒子和球状无机纳米粒子的质量百分比为10∶90-90∶10。
全文摘要
本发明公开了一种复合无机纳米水煤浆水焦浆稳定剂，该稳定剂由纤维状无机纳米粒子和球状无机纳米粒子混合而成，粒子粒径为10－100纳米，纤维状无机纳米粒子的长径比为50－200，纤维状无机纳米粒子和球状无机纳米粒子的质量百分比为10∶90－90∶10。本发明与现有技术相比，其有益效果在于1.利用纳米粒子独特的表面性能，将球状和纤维状纳米粒子进行复配，协同发挥多种稳定效应，显著提高水煤/焦浆的稳定性；2.无机材料性质稳定，不降解，时效性优良；3.添加该稳定剂不显著提高水煤/焦浆的粘度；4.该稳定剂可直接使用，操作方便，具有广泛的推广应用价值。
文档编号C10L1/32GK1563292SQ20041001472
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月22日 优先权日2004年4月22日
发明者胡柏星, 何其慧, 潘毅, 蔡军, 沈健 申请人:南京大学表面和界面化学工程技术研究中心