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)全威家偉吳曉華趙銀榮(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: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500K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200X,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1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)分析元素分析/%煤樣名稱(chēng)工業(yè)分析/%HGI雙鴨山2.7110.168.770.3346.28848.371.13大同3.6610.410.5749.111.766.67040.1610.5633.5368.784.161.462.2水煤漿制備試驗設備采用中國礦業(yè)大學(xué)(北京)自制的球磨機,考慮水煤漿實(shí)際生產(chǎn)工藝狀況,采用濕法制漿雙鴨山煤、大同煤分散劑添加量為0.5%,磨礦時(shí)間超聲輻照強化水煤漿性能的試驗研究57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45mn。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、3、3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煤樣編號輻照時(shí)d(0.5)(0.1)d(0.9)比表面積粘度穩定性/pm/m2·g1/(MPa:s)209.130.32881471.89154.880.38301304.84大36.51127.500.40861224.04D29s3333.253.30131.730.42461233.21345012113.320.43271425.5629.82103.870.44921719.456l.345.83216.490.28721060.5348.88178.180.3198670.22雙鴨山47.314.98193.030.3235684.9234456.5512445.57171.570.3317724.7944.82173.540.3355940.50S5544.144.62164.640.34061038.490.50481091.840.5084225.952.56103.430.51631020.3530,5248K424.55918.81K522.022.4278.910.55901091.841382.870.4712920.702227.332.890.4716890.7126.492.9182.320.4743837.6322.6074.880.513931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)間變化較為平緩變亻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鴨山煤漿在超聲輻照1~3min時(shí)粘度下降,1min左漿和雙鴨山煤漿,超聲波粉碎作用較為明顯;而濃度右粘度降幅最大,3min后呈上升趨勢;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1~41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采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^大磷00000衛世似一超聲輻照時(shí)間/min◆大同一雙鴨山一開(kāi)灤新汶圖1煤粒粒度與超聲輻照時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)1.0大超聲輻照時(shí)間/雙鴨山開(kāi)藻一新汶百0.5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,◆大同一雙鴨山亠開(kāi)藻穩定性有所提高。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。1800(3)超聲幅照強化水煤漿性能,是超聲空化現象1600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大同一雙鴨山開(kāi)灤一新汶參考文1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2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[J].燃料化學(xué)學(xué)報,2002,(6)煤漿性能有以下原因:超聲波空化對煤粒的具有粉3 Suslick K S. Ultrasonics, 1990, 28(5): 279碎作用,能使煤漿中煤粒級配更趨于合理,超聲輻照胡軍,康文澤,超聲波在礦物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進(jìn)展[J中國煤炭,200,(3)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