★加工轉(zhuǎn)化★超聲輻照強(qiáng)化水煤漿性能的試驗(yàn)研究崔廣文朱書(shū)全威家偉吳曉華趙銀榮(中國(guó)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(yàn)用水煤漿,考察超聲輻照對(duì)水煤漿性能的影響,同時(shí)對(duì)超聲輻照強(qiáng)化水煤漿性能的作用機(jī)理進(jìn)行了探討。試驗(yàn)結(jié)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(wěn)定性。關(guān)鍵詞超聲輻照水煤漿粘度穩(wěn)定性超聲波是頻率范圍在20~10MHz的聲波。近程。足夠強(qiáng)度的超聲波通過(guò)液體時(shí),當(dāng)在聲波負(fù)壓幾年超聲波在各領(lǐng)域的應(yīng)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(nèi)部靜壓強(qiáng),存在果,對(duì)水煤漿進(jìn)行超聲輻照強(qiáng)化處理是一項(xiàng)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(yàn)研究結(jié)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?jié){體的流變性能顯著改善(在一定條件下可使呈間產(chǎn)生極短暫的強(qiáng)壓力脈沖,氣泡中間會(huì)產(chǎn)生接近脹塑性的煤漿漿體轉(zhuǎn)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(wěn)定性(靜態(tài)穩(wěn)定性由幾小時(shí)提高到20溫度也可達(dá)200X,持續(xù)幾秒后,熱點(diǎn)隨之冷卻,并天甚至1個(gè)月左右)。這種試驗(yàn)主要針對(duì)干法制漿伴有強(qiáng)烈的沖擊波和速度高達(dá)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(qiáng)烈的機(jī)械此,本文將介紹對(duì)濕法制漿的水煤漿進(jìn)行超聲輻照攪拌效應(yīng),而且這種效應(yīng)可以突破層流邊界層的限的試驗(yàn),考察煤漿性質(zhì)的變化規(guī)律。制,強(qiáng)化界面間的理化效應(yīng)1超聲波作用機(jī)理2試驗(yàn)研究物理學(xué)的研究結(jié)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(jī)理主要依靠其空化現(xiàn)象,這是聲能能試驗(yàn)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(dú)特作用形式。超聲空化現(xiàn)象是開(kāi)灤煤4種,主要考慮目前該4種煤是水煤漿廠選指在超聲場(chǎng)作用下液體內(nèi)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(guó)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(yàn)設(shè)備采用中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)自制的球磨機(jī),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(qiáng)化水煤漿性能的試驗(yàn)研究57為50min。雙鴨山煤水煤漿濃度為65.36%,大同煤(英國(guó)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(cè)試:NXS-11A型旋轉(zhuǎn)粘度加量為0.4%,磨礦時(shí)間為45mn。新汶煤水煤漿濃計(jì)(成都儀器廠度為67.61%,唐山煤水煤漿濃度為70.18%。(3)水煤漿穩(wěn)定性測(cè)試:以煤漿底層產(chǎn)生難以恢2.3試驗(yàn)條件及測(cè)試方法復(fù)的硬沉淀為判定標(biāo)準(zhǔn)輻照用超聲波儀JY92-ⅡS超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)(4)水煤漿濃度測(cè)試:用稱(chēng)量瓶稱(chēng)取定量的煤(寧波榮順科技儀器廠),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(cè)定水煤功率為0~500W。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果的反復(fù)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(jié)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(cè)試:馬爾文激光粒度測(cè)試儀根據(jù)表2的數(shù)據(jù)可繪制出圖1~圖4所示曲線°表2超聲波輻照處理后水煤漿性能的變化煤樣編號(hào)輻照時(shí)d(0.5)(0.1)d(0.9)比表面積粘度穩(wěn)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(wěn)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(wěn)定性隨著超后,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(duì)煤漿中的煤粒具有粉在相同超聲波輻照條件下,表現(xiàn)出不同的變化。大碎作用。對(duì)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(duì)煤粒的粉碎粘度降幅最大,3min后煤漿粘度又呈上升趨勢(shì);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(shì);開(kāi)灤煤漿在相對(duì)較髙、平均粒徑相對(duì)較細(xì)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(guó)煤炭第31卷第1期2005年1月最大,之后粘度又呈上升趨勢(shì);新汶煤漿在1~41與分散劑間作用更加充分,強(qiáng)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(shì)。水煤漿穩(wěn)定性隨著超聲輻照時(shí)間增長(zhǎng)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(wěn)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(wěn)定性增幅較大,而大同煤漿新汶煤漿穩(wěn)定性相效果不同,對(duì)不同煤制得的水煤漿所采用超聲輻照對(duì)增幅較小。的參數(shù)(時(shí)間、輸入功率、頻率)應(yīng)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(duì)煤表面含氧官能團(tuán)及煤粒孔隙度的影響較大磷00000衛(wèi)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(wěn)定性與超聲輻照時(shí)間關(guān)系曲線4結(jié)論(1)超聲輻照使?jié)穹ㄖ茲{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(nèi),煤漿粘度有所降低,◆大同一雙鴨山亠開(kāi)藻穩(wěn)定性有所提高。但隨著超聲輻照時(shí)間增長(zhǎng),煤漿圖2煤粒比表面積與超聲輻照時(shí)間關(guān)系曲線粘度會(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(qiáng)化水煤漿性能,是超聲空化現(xiàn)象1600產(chǎn)生的作用,具體超聲空化哪種作用效應(yīng)最大,對(duì)不1200同煤漿超聲波作用有何規(guī)律,還需做進(jìn)一步研究。(4)超聲輻照強(qiáng)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?yún)⒖嘉?李永昕,超聲輻照對(duì)水煤漿漿體各性質(zhì)的影響規(guī)律圖3煤漿粘度與超聲輻照時(shí)間關(guān)系曲線及其作用機(jī)理研究[D.中科院山西煤化所3.3超聲輻照強(qiáng)化水煤漿性能的機(jī)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(jù)上面的試驗(yàn)結(jié)果及分析,超聲輻照強(qiáng)化水勢(shì)變化研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2002,(6)煤漿性能有以下原因:超聲波空化對(duì)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(jí)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(yīng)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(guó)煤炭,200,(3)的穩(wěn)定性;超聲對(duì)煤漿漿體的強(qiáng)分散作用,使得煤粒(責(zé)任編輯康淑云)超聲輻照強(qiáng)化水煤漿性能的試驗(yàn)研究