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表面張力儀應(yīng)用:研究活性磁化水對無煙煤塵的濕潤作用(三)
來源:北京理工大學(xué)學(xué)報 瀏覽 47 次 發(fā)布時間:2025-03-06
3.5活性磁化水濕潤性評價
如圖5所示,礦井靜壓水的接觸角為74.2°.質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C溶液的接觸角為34°.相較于礦井靜壓水,其接觸角減小了54.18%.質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水的接觸角為15.5°.相較于礦井靜壓水,其接觸角減小了79.11%.由此可以看出,質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水具有更好的潤濕性能,提升了溶液對低水分無煙煤顆粒的浸濕能力。
質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C溶液的表面張力為33.2 mN/m.相較于礦井靜壓水,其表面張力減小了43.82%.質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水的表面張力為31.3 mN/m.相較于礦井靜壓水,其接觸角減小了47.04%.由此可以看出,塵克C&C試劑和磁化相結(jié)合可更好地降低溶液的氣~液界面張力,使得溶液與低水分無煙煤顆粒接觸時,更容易排出固~氣~液三相界面的氣體,以減弱其濕潤阻力。
圖6展示了三種的溶液的粘附功、鋪展功和浸濕功。這三種功可表征溶液霧滴捕集低水分無煙煤顆粒的能力。
圖6溶液粘附功、鋪展功以及浸濕功的改善情況
噴霧降塵抑塵的過程中,煤塵的潤濕過程分為三個過程,即煤塵顆粒被沾濕,溶液在煤塵顆粒上鋪展,煤塵顆粒完全被浸濕。
煤塵的沾濕是指液體與煤體從不接觸到接觸,變液~氣界面和固~氣界面為固~液界面的過程。這個過程使得系統(tǒng)(初始為固~氣系統(tǒng)、液~氣系統(tǒng),最終為固~液系統(tǒng))的表面自由能降低,其降低值通常用Wa來表示,稱為粘附功,可用式(1)計算。粘附功越大,表明溶液濕潤性越好。
式中:γsg為氣~固界面張力(mN/m);γlg為氣~液界面張力(mN/m);γsl為固~液界面張力(mN/m)。
鋪展過程是固~液界面代替氣~固界面,且擴展了氣~液界面的過程,單位面積系統(tǒng)的自由能降低,降低值用S表示,稱為鋪展功。可用式(2)計算。鋪展功越接近0,表明溶液越容易在煤塵顆粒表面鋪展,當(dāng)鋪展功大于0時,溶液可在煤塵顆粒表面連續(xù)鋪展,取代煤塵顆粒表面的空氣。
式中:Wc為液滴的內(nèi)聚功(mN/m),可由式(3)計算得出
煤塵的浸濕是指固體浸入液體,固~液界面變?yōu)楣虀氣界面的過程。系統(tǒng)(初始為固~液系統(tǒng),最終為固~氣系統(tǒng))自由能降低,其降低值通常用Wi表示,稱為浸濕功,可用式(4)計算。浸濕功越大,表明溶液的濕潤性越好。
式中θ為煤~溶液界面處的接觸角(°)。
根據(jù)YANG氏方程,即γlgcosθ=γsg-γsl,Wa,S的計算公式可簡化為式(5)式(6)
由圖6(a)和圖6(b)可以看出,礦井靜壓水的粘附功為75.23 mN/m,質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C溶液的粘附功為60.73 mN/m,質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水的粘附功為61.46 mN/m.礦井靜壓水沾濕低水分無煙煤顆粒的能力優(yōu)于質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水,而質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水沾濕低水分無煙煤顆粒的能力優(yōu)于質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水。添加塵克C&C試劑削弱了溶液沾濕低水分無煙煤顆粒的能力,而對溶液進行磁化,可提升溶液沾濕低水分無煙煤顆粒的能力。
礦井靜壓水,質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C溶液,質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水的鋪展功分別為~42.97,~5.67,~1.14 mN/m.由圖6(b)可以看出,添加塵克C&C試劑和對溶液磁化,均可以提升溶液的鋪展功。相較于礦井靜壓水,質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水的鋪展功最大,提升了97.35%,更趨近于0,更容易在低水分無煙煤顆粒表面鋪展。
礦井靜壓水的浸濕功為16.13 mN/m,質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C溶液的浸濕功為27.53 mN/m,質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水的浸濕功為30.16 mN/m.添加塵克C&C試劑,對溶液磁化可逐步提升溶液的浸濕功,增強溶液浸濕低水分無煙煤顆粒的能力。相較于礦井靜壓水,質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水的浸濕功最大,增大了87.01%,使溶液更容易捕集低水分無煙煤顆粒。
綜上所述,質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水的濕潤性能最好。其接觸角為15.5°.相較于礦井靜壓水,其接觸角減小了79.11%.表面張力為31.3 mN/m.相較于礦井靜壓水,其表面張力減小了47.04%.就其捕集低水分無煙煤顆粒的能力而言,盡管質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水使得溶液的粘附功降低了18.3%,降低了溶液的粘附能力,但極大程度地提升了溶液的鋪展能力和浸濕能力。表現(xiàn)為,鋪展功提升了97.35%,浸濕功提高了87.01%.而在溶液濕潤特性評價中,周群等更以溶液的鋪展功和浸濕功為基礎(chǔ)評價溶液的濕潤性能。因此,質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水可更好地捕集低水分無煙煤顆粒。
4現(xiàn)場應(yīng)用
根據(jù)實驗結(jié)果,最佳溶劑是塵克C&C,最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%,最佳磁化強度是300 mT,最佳磁化時間是50 s.基于以上參數(shù),將質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水應(yīng)用于山西晉城采煤工作面采煤機內(nèi)外噴霧、各轉(zhuǎn)載點以及防塵網(wǎng)等裝置的噴霧用水。此工作面走向長947 m,傾斜長178 m,煤層厚度為1.2——2.1 m,煤層傾角為4°——7°.工作面采高為1.6 m.主要除塵措施有:工作面進回風(fēng)巷安設(shè)凈化風(fēng)流水幕;采煤機、液壓支架及破碎機、轉(zhuǎn)載地點安裝防塵罩及噴霧裝置。
為了了解活性磁化水的現(xiàn)場降塵效果,在采煤司機處設(shè)置了粉塵監(jiān)測點,粉塵采樣儀器選用AKFC-92A型礦用粉塵采樣器,采樣時間為3 min,采樣時采煤機處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)。采用礦井靜壓水作為噴霧用水時,其全塵濃度為212.12 mg/m3,采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水后,其全塵濃度為132.52 mg/m3.降塵效率提高了37.53%.
5結(jié)論
①試劑及其濃度可降低溶液的表面張力,改善溶液的濕潤性。通過測試6種濃度的十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、十二烷基磺酸鈉和塵克C&C礦用除塵劑溶液,發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%的塵克C&C溶液其表面張力最小且環(huán)境友好,相較于礦井靜壓水,可使表面張力下降43.83%(至33.2 mN/m)。
②不同的磁化參數(shù)(磁化強度以及磁化時間)會影響水分子簇的破裂,氫鍵的斷裂以及溶液分子表面親水基團的密度,進而影響溶液的表面張力。通過改變質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C溶液的磁化強度及磁化時間,并測試其表面張力,獲得了質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C溶液最優(yōu)磁化參數(shù),最優(yōu)磁化強度為300 mT,最優(yōu)磁化時間為50 s.
③質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水生成的霧滴對低水分無煙煤顆粒具有更好的捕集作用。相較于礦井靜壓水,質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水接觸角減小了79.11%(至15.5°)。表面張力減小了47.04%(至31.3 mN/m)。溶液的粘附功降低了18.3%,降低了溶液的粘附能力,而鋪展功及浸濕功分別提升了97.35%,87.01%.極大提升了溶液的鋪展能力和浸濕能力。
④通過現(xiàn)場應(yīng)用試驗,使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%塵克C&C磁化水作為采煤工作面的噴霧降水,可提高采煤工作面噴霧降塵效率,相較于使用礦井靜壓水噴霧降塵,其降塵效率提高了37.53%.
表面張力儀應(yīng)用:研究活性磁化水對無煙煤塵的濕潤作用(一)