Способ выбора жидкости для борьбы с угольной пылью

 

Союз Советски к

Соцнапнстнческнк

Респубпнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<1и 9092 1 1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16. 04. 80 (2! ) 2912032/22-03 с присоединением заявки,%— (23 ) П риори тет —.

Опубликовано 28.02.82. Бюллетень № 8 (51)М. Кл.

Е 21 Г 5/00

9 еуаарствкилы6 квинтет

СССР вв аелан изебретеккв и открытия (53) УДК 622. 807..2(088.8) Дата опубликования описания 28.02.82

Г. Я. Воронков, С. Н. Подображин, И. Г. Ищук и Г. С. Забурдяев

/

Ордена Октябрьской Революции и ордена Т1тудс@оГо- Красного

Знамени институт горного дела им. А. А. Скочинского, Министерства угольной промышленности СССР (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВЫБОРА ЖИДКОСТИ ДЛЯ БОРЬБЫ С УГОЛЬНОЙ

ПЫЛЬЮ

Изобретение относится к горной промышленности, и может быть использовано при выборе жидкостей для предварительного увлажнения гластов полезного ископаемого и для борьбы с пыS лью, образующейся при выемке каменно"

ro угля и антрацита.

Известен способ выбора жидкостей для борьбы с пылью по величине краевого угля смачивания (11.

-1О

Однако измерить краевой угол весьма трудно, а наличие трещин и пор на поверхности угольного образца не позволяет получит ь точных данных по

1S измерению краевого угла смачивания.

Поэтому известный способ неэффективен. .Наиболее близким к предлагаемому является способ выбора жидкостей для борьбы с пылью, основанный на измерении поверхностного натяжения (5к.г ) с помощью метода счета капель, образующихся при вытекании .определенного объема жидкости и отрывающихся от калиброванного капилляра (21.

Однако этот способ позволяет получить только одну характеристику жидкости и не учитывать взаимодействие жидкости и угля. Процесс взаимодействия угля с жидкостью является примером контактного смачивания и характеризуется величиной краевого угла смачивания (cow 9 ), который следующим образом зависит от поверхностного натяжения на границах раздела твердое тело-газ (7yp ), твердое тело-жидкост ь (Ог ) и жидкость-газ (6 ) ° co тг 8тл. ) 6 г

Из этого уравнения видно, что для повышения эффективности взаимодействия жидкости и угля, а, следовательно, и снижения пылеобразования, необходимо снизить не только поверхностное натяжение жидкости 6,г, но и снизить

1 поверхностную энергию угля О за счет адсорбции на нем мопекул ПАВ.

3 90921

Таким образом, способ выбора жидкости, основанный на измерении з не может обеспечить максимальный эффект от ее применения ° Этот недостаток прототипа еще более становится очевидным, если учесть, что уголь представляет собой сложную и неоднородную смесь органических, минеральных и органоминеральных соединений.

Органическая масса угля также являет- О ся сложной гетерогенной, непостоянного состава, смесью разного рода веществв, различающихся по свойствам и по молекулярно" структуре соединений их составляющих. Уголь отличается выраженной гидрофобностью, дисперсно" стью и развитой пористост ью. Наличие различных функциональных групп кар0

Ц . боксильных — t» -0H, (гидроксилъных -ОН о и карбоксильных С = О) на поверхности угля обуславливает ее неоднородность и специфику адсорбционных свойств.

Число указанных групп изменяется с увеличением стадии метаморфизма, так р5 число кислородосодержащих групп в угле уменьшается, а число ароматических групп СН и содержание углерода возрастает от бурого угля к антроцитам, Зольность угля может быть самой зО различной (от 5 до 301). Степень окисленности, а, следовательно, и ха рактер поверхности угля также может быть разной. Таким образом выбор жидкостей по поверхностному натяжению

6 <, измеренному на воздухе, не будет учитывать структурные особенности различных типов углей. Для угля, залегающего в данном конкретном пласте, может существовать только определен- О ный оптимальный раствор, дающий искомый эффект.

Поставленная цель достигается тем, что перед определением поверхностного. натяжения жидкости производят экстракцию ингредиентов угля в жидкости с химической структурой, аналогичной химической структуре угля, и в полученный экстракт помещают калиброванный капилляр с испытуемой жидкост ью.

Причем в качестве жидкости с химической структурой, аналогичной химической структуре угля, используют толуол.

Угольное вещество можно представить как частицы ароматическо" природы (ароматические поликонденсированные углеводороды), причем с увеличением стадии метаморфизма число ароматических групп увеличивается. В связи с этим, измеряя поверхностное натяжение растворов, применяемых для борьбы с угольной пылью, методы сталагмометра, но не на воздухе, а в жидкости, близкой по своей химической структуре угля, можно качественно определить межфазную составляющую поверхностного натяжения Д . Такой жидкостью является толуол С НВ, который является непредельным (ненасыщенным) углеводородом ароматического ряда (структурная формула СН -

t и содержится в каменноугольной смоле (толуол получают путем ректификации из каменноугольной смолы и нефти), 55

Перечисленные известные способы выбора жидкостей для борьбы с уголь45 ной пылью не позволяют достаточно точно и быстро выбрать оптимальную добавку ПАВ и ее концентрацию, которая обеспечила бы наилучший эффект снижения пылеобразования и в то же время гарантировала бы экономическую

59 целесообразность применения того или иного ПАВ.

Цель изобретения - повышение эффективности борьбы с угольной пылью путем установления соответствия жидкости структуры особенностям различных углей различных марок.

Измерение поверхностного натяжения испытуемой жидкости в толуоле не обеспечивает возможность выбора оптимального состава для борьбы с пылью, так как угли отличаются как химическим составом органической части, так и различными неорганическими примесями. Исходя из того, что толуол достаточно хорошо растворяет органическую массу угля, растворимые продукты, попав в толуол, будут образовывать раствор, по химическому составу отражающий специфические свойства того или иного угля. Произведя подсчет капель жидкости, вытекающих иэ калиброванного капилляра в полученный экстракт, определяют поверхностное натяжение испытуемой жидкости. Затем по максимальному количеству капель (минимальному значению поверхностного натяжения) выбирают жидкость наиболее эффективную для данного типа угля.

5 9092« 6

fl р и м е р. Были проведены опы- борьбы с у ольной пылью на воздухе, ты по измерению числа капель, вытека- в толуоле и экстрактах углей в толуоле, ющих из капилляра, и вычислению по- Результаты испытаний представлены ,верхностного натяжения жидкостей для <в табл. 1 и 2.

Т а б л и ц а 1

Водный раствор дибутилфенола

Число капель и поверхностное натяжение жидкости, мН/м (ДБ), 4 в толуоле в экстракте уг. ля марки Ж т на воздухе

30(72,75)

34(64,20)

65(33,60)

71(30,45)

70(31,20) 0,0

0 5

5,0

10,0

Таблица 2

Число капель и поверхностное натяжение жидкостей, мН/м

Жидкость для борьбы с пылью на воздухе в толуоле в экстракте угля марки

30(72,75) 6(25,0) 16(9,4) 6(?5) 6(25) Дистиллированная вода

0,5Ж-ный дибутилфенол (ДБ) 34(64,2) 23(6,50) 31(4,8) 2 1(7,14) 2 1(7,14) 0,5ь-ный дибутилфенол (ДБ) + 0,54-ный изопропи" ловый спирт

63 (34,6) 21(7, 1) 35 (4, 3) 22 (6,8) 26 (5, 76) 0,54-ный дибутилфенол (ДБ) + 0,5 ь-ный пенообразователь ПО-12

70(31,1) 42(3,57) 28(5,3) 44(3,4) 40(3,75) Из табл. 2 видно, что измерение поверхностного натяжения в экстракте разных типов углей в толуоле позволяет выбрать жидкость для достижения максимального эффекта при пылеподавлении. Так для угля марки А и

Т жидкость У 4 (см. табл. 2) является наиболее эффективной, а для угля марки Ж - жидкость 3.

Использование предлагаемого способа выбора жидкости для борьбы с пылью

Из данных табл. 1 видно, что поверхностное натяжение жидкостей для борьбы с пылью, измеряемое на воздухе, не позволяет определить оптимальное значение концентрации дибутилфенола, в то время, как измерение поверхностного натяжения испытуемой жидкости в толуоле и в экстракте угля позволяет сделать выводы относительно выбора эффективной концентрации данной жидкости.

6(25,0)

23 (6,50)

29 (5, 17)

30 (5,00)

76 (2,97) 16(9,4)

31(4,8>

32 (4,6)

60(3,0)

76(1,97) формула изобретения

Составитель И. Федяева

Редактор А. Власенко Техред.Л.Пекарь Корректор В, Бутяга тираж 470 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 827/48

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 9092 обеспечивает большую чувствительность и точность измерения, что особенно важно при выборе жидкостей для борьбы с пылью; простоту определения и требует несложной аппаратуры; быстро выбирать конкретную жидкость для борьбы с пылью углей любой стадии метаморфизма, пористости и трещиноватости, что позволяет выбирать конкретный

Г оптимальный раствор, дающий искомый 1р эффект для данного конкретного у;ольного пласта. Применение способа выбо ра жидкостей для борьбы с пылью значительно повысит эффективность борьбы с пылью. 15

1. Способ выбора жидкости для борь- о бы с угольной пылью, включающий определение поверхностного натяжения жидкости методом подсчета капель, вытекающих под действием сил тяжести из калиброванного капилляра, о т л и - у

l1 8 чающи и с я тем, что, с целью повышения эффективности борьбы с угольной пылью путем установления соответствия жидкости структурным особенностям углей различных марок, перед определением поверхностного натяжения жидкости производят экстрак цию ингредиентов угля в жидкости с химической структурой, аналогичной химической структуре угля, и в полученный экстракт помещают калиброванный капилляр с испытуемой жидкостью.

2. Способ по и 1, о т л и ч а ю шийся тем, что в качестве жидкости с химической структурой, аналогичной химической структуре угля, используют толуол.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сумм Б. Д., Горюнов Ю. B. Физико-химические основы смачивания и растекания, М., "Химия", 1976, с. 232.

2. Кудряшов В, В. и др. Смачивание пыли и контроль запыленности в шахтах, И., "Недра", 1979, с. 63.