超聲輻照強化水煤漿性能的試驗研究

★加工轉化★超聲輻照強化水煤漿性能的試驗研究崔廣文朱書(shū)全戚家偉吳曉華趙銀榮(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京,100083)摘要選用大同、雙鴨山、新汶、開(kāi)灤煤樣,采用濕法磨礦制取試驗用水煤漿,考察超聲輻照對水煤漿性能的影響,同時(shí)對超聲輻照強化水煤漿性能的作用機理進(jìn)行了探討。試驗結果表明,經(jīng)過(guò)超聲輻照處理后的水煤漿,不僅降低了粘度,而且提高了穩定性。關(guān)鍵詞超聲輻照水煤漿粘度穩定性超聲波是頻率范圍在20~10MHz的聲波。近程。足夠強度的超聲波通過(guò)液體時(shí),當在聲波負壓幾年超聲波在各領(lǐng)域的應用研究中都取得重大成半周期時(shí),如果聲壓幅值超過(guò)液體內部靜壓強,存在果,對水煤漿進(jìn)行超聲輻照強化處理是一項新的煤于液體中的微小氣泡就會(huì )迅速增大,在相繼而來(lái)的漿制備技術(shù)。試驗研究結果表明2:超聲輻照可聲波正壓周期中氣泡又絕熱壓縮而崩潰在崩潰瞬使漿體的流變性能顯著(zhù)改善(在一定條件下可使呈間產(chǎn)生極短暫的強壓力脈沖氣泡中間會(huì )產(chǎn)生接近脹塑性的煤漿漿體轉變?yōu)榍偎苄?,并能大幅度5000K的高溫,壓力超過(guò)50MPa,氣泡與水界面處提高煤漿的穩定性(靜態(tài)穩定性由幾小時(shí)提高到20溫度也可達200K,持續幾秒后,熱點(diǎn)隨之冷卻,并天甚至1個(gè)月左右)。這種試驗主要針對干法制漿伴有強烈的沖擊波和速度高達110m/s的微射流。的研究,而實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程大多采用濕法制漿工藝,因沖擊波和微射流作用會(huì )在界面之間形成強烈的機械此,本文將介紹對濕法制漿的水煤漿進(jìn)行超聲輻照攪拌效應,而且這種效應可以突破層流邊界層的限的試驗,考察煤漿性質(zhì)的變化規律。制,強化界面間的理化效應4超聲波作用機理2試驗研究物理學(xué)的研究結果表明:超聲波能量與物質(zhì)之2.1煤樣與添加劑的選擇間的作用機理主要依靠其空化現象,這是聲能能試驗用煤選用雙鴨山煤、大同煤、山東新汶煤、量與物質(zhì)間的一種獨特作用形式。超聲空化現象是開(kāi)灤煤4種,主要考慮目前該4種煤是水煤漿廠(chǎng)選指在超聲場(chǎng)作用下液體內部產(chǎn)生的空穴或含有的雜用較多的煤種。4種煤的煤質(zhì)分析見(jiàn)表1。分散劑質(zhì)和小氣泡的震動(dòng)膨脹壓縮和崩潰閉合的過(guò)程選用中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化環(huán)學(xué)院研制的ky-33,超聲空化過(guò)程就是集中聲場(chǎng)能量并迅速釋放的過(guò)該藥劑目前在各漿廠(chǎng)使用效果反映較好表1制漿煤樣的煤質(zhì)分析工業(yè)分析/%元素分析/%煤樣名稱(chēng)HGICdot雙鴨山10.1638.770.3346.2884.498.371.13大同3.6610.4135.890.5749.1183.031.766.67040.1633.531.3068.7887.745.181.462.2水煤漿制備中國煤化工北京)自制的球磨機考慮水煤漿實(shí)際生產(chǎn)工藝狀況,采用濕法制漿ahCNMH(量為0.5%,磨礦時(shí)間超聲輻照強化水煤漿性能的試驗研究為50min。雙鴨山煤水煤漿濃度為65.36%,大同煤(英國馬爾文儀器公司)。水煤漿濃度為65.90%。新汶煤、開(kāi)灤煤分散劑添(2)水煤漿粘度測試:NXS-11A型旋轉粘度加量為0.4%,磨礦時(shí)間為45min。新汶煤水煤漿濃計(成都儀器廠(chǎng))。度為67.61%,唐山煤水煤漿濃度為70.18%。(3)水煤漿穩定性測試:以煤漿底層產(chǎn)生難以恢2.3試驗條件及測試方法復的硬沉淀為判定標準輻照用超聲波儀JY92-ⅡS超聲波細胞粉碎機(4)水煤漿濃度測試:用稱(chēng)量瓶稱(chēng)取定量的煤寧波榮順科技儀器廠(chǎng)),頻率20kHz超聲波儀輸人漿,在恒溫干燥箱中110℃條件下干燥2h,測定水煤功率為0~500W。根據試驗結果的反復探討,超聲波漿濃度輸入功率選取300W超聲波輻照時(shí)間分別為1、2、33結果與討論4、5min。將變幅桿插入水煤漿漿體進(jìn)行超聲輻照處理,注意每次插入深度相同,煤漿處理量100ml。表2為超聲波輻照前后水煤漿性能變化情況。(1)水煤漿粒度測試:馬爾文激光粒度測試儀根據表2的數據可繪制出圖1~圖4所示曲線(xiàn)表2超聲波輻照處理后水煤漿性能的變化,輻照時(shí)4(0.5)4(0.1)d(0.9)煤樣編號比表面積粘度穩定性/m2·g/(MPa·s)0.32881471.8940.603.80154.880.38301304.84大D2DD9s312345127.500.4086131.730.42461233.2132.223.24113.320.43271425.56445680.44921719.4561.34216.490.28721060.53012348.885.13178.180.3198670.22193.030.323545.57171.570.3317724.7944,82173.54335940.5044.14164.640.34061038.49KO026.43108.320.50481091.84108.310.50841061開(kāi)103.430.51631020.35325.382.5295.020.5248952.8624.550.527122.020.55901091.8427889.910.46971175.080.471227.32.8993.400.4716890.71汶26.4982.320.474386.110.4833849.8322.602.7074.880.5139931.923.1超聲輻照前后煤漿中煤粒粒度及比表面積的漿,煤粒粒度及比表面積隨超聲時(shí)間變化較為平緩。變化3.2超聲輻照前后煤漿粘度與穩定性的變化從表2及圖1、圖2可明顯看出,超聲輻照前從圖4、圖5可看出,煤漿粘度及穩定性隨著(zhù)超后,煤漿中煤粒的粒度組成、平均粒徑、比表面積均聲輻照時(shí)間不同而發(fā)生變化,不同煤制成的水煤漿發(fā)生了變化,說(shuō)明超聲空化對煤漿中的煤粒具有粉在相同超聲波輻照條件下,表現出不同的變化。大碎作用。對不同煤質(zhì)、不同粒度組成的煤制備的水同煤漿在超聲輻照1~3min時(shí)粘度下降,2min左右煤漿及不同濃度的水煤漿,超聲空化對煤粒的粉碎粘度降幅最大,3min后煤漿粘度又呈上升趨勢;雙作用效果不同。濃度較低、平均粒度較粗的大同煤中國煤化工時(shí)粘度下降,min左漿和雙鴨山煤漿,超聲波粉碎作用較為明顯;而濃度鴨右CNMHG升趨勢;開(kāi)灤煤漿在相對較髙、平均粒徑相對較細的開(kāi)灤煤漿和新汶煤超聲輻照1~4min時(shí)粘度下降,4min左右粘度降幅中國煤炭第31卷第1期2005年1月最大,之后粘度又呈上升趨勢;新汶煤漿在1~4min與分散劑間作用更加充分,強化了水煤漿添加劑的時(shí)粘度下降,3min左右粘度最低,4min之后粘度稍作用效果;超聲空化作用過(guò)程中,瞬間的高溫、高壓呈上升趨勢。水煤漿穩定性隨著(zhù)超聲輻照時(shí)間增長(cháng)能使煤粒表面的水化膜發(fā)生根本變化,從而改變了而增加,特別是超聲輻照4min后,煤漿穩定性增加水煤漿的性能;不同煤質(zhì)的煤制得的水煤漿,超聲輻幅度加大。隨超聲時(shí)間增加,雙鴨山煤漿及開(kāi)灤煤照影響效果不同,說(shuō)明超聲波被不同礦物質(zhì)吸收的漿穩定性增幅較大,而大同煤漿、新汶煤漿穩定性相效果不同,對不同煤制得的水煤漿所釆用超聲輻照對增幅較小。的參數(時(shí)間、輸入功率、頻率)應不同;不同變質(zhì)程度的煤制得的水煤漿,超聲波輻照效果不同,說(shuō)明超聲波對煤表面含氧官能團及煤?？紫抖鹊挠绊戄^0004大超聲輻照時(shí)間/min→大同一雙鴨山一開(kāi)灤艸新汶衛縑鏤圖1煤粒粒度與超聲輻照時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)超聲輻照時(shí)間/mn大同一雙鴨山開(kāi)涑_新汶圖4煤漿穩定性與超聲輻照時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)4結論(1)超聲輻照使濕法制漿水煤漿的性能發(fā)生了超聲輻照時(shí)間/mm改變,在一定輻照時(shí)間范圍內,煤漿粘度有所降低一大同一雙鴨山一開(kāi)灤一新汶穩定性有所提高。但隨著(zhù)超聲輻照時(shí)間增長(cháng),煤漿圖2煤粒比表面積與超聲輻照時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)粘度會(huì )逐步提高。(2)不同煤質(zhì)煤制得的水煤漿,超聲波作用效果不同。(3)超聲幅照強化水煤漿性能,是超聲空化現象產(chǎn)生的作用,具體超聲空化哪種作用效應最大,對不1200同煤漿超聲波作用有何規律,還需做進(jìn)一步研究(4)超聲輻照強化水煤漿性能用于水煤漿生產(chǎn),不僅簡(jiǎn)化水煤漿制漿工藝,而且還會(huì )降低水煤漿生產(chǎn)的成本。超聲輻照時(shí)間/min一大同一雙鴨山參考文獻李永昕,超聲輻照對水煤漿漿體各性質(zhì)的影響規律圖3煤漿粘度與超聲輻照時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)及其作用機理研究[D.中科院山西煤化所3.3超聲輻照強化水煤漿性能的機理初探李永昕,吉文欣.超聲輻照前后水煤漿漿體的動(dòng)電根據上面的試驗結果及分析,超聲輻照強化水勢變化研究]燃料化學(xué)學(xué)報,200.6煤漿性能有以下原因:超聲波空化對煤粒的具有粉slick K s. Ultrasonics, 1990, 28(5): 279碎作用,能使煤漿中煤粒級配更趨于合理,超聲輻照中國煤化工勿加工中的應用與研究既降低了水煤漿的粘度,同時(shí)又提高了水煤漿漿體CNMHG的穩定性;超聲對煤漿漿體的強分散作用,使得煤粒(責任編輯康淑云)超聲輻照強化水煤漿性能的試驗研究