Способ выбора жидкости для борьбы с угольной пылью Советский патент 1982 года по МПК E21F5/00 

() СПОСОБ ВЫБОРА ЖИДКОСТИ ДЛЯ БОРЬБЫ С УГОЛЬНОЙ

ПЫЛЬЮ

Изобретение относится к горной промышленности, и может быть использовано при выборе жидкостей для предварительного увлажнения пластов полез ного ископаемого и для борьбы с пылью, образующейся при выемке каменно го угля и антрацита. Известен способ выбора жидкостей для борьбы с пылью по величине краевого угля смачивания 11. Однако измерить краевой угол весь ма трудно, а наличие трещин и- пор на поверхности угольного образца не позволяет получить точных данных по измерению краевого угла смачивания. Поэтому известный способ неэффективен. .Наиболее близким к предлагаемому является способ выбора жидкостей для борьбы с пылью, основанный на измере нии поверхностного натяжения () с помощью метода счета капель, образующихся при вытекании определенного объема жидкости и отрывающихся от калиброванного капилляра 2. 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 cos9 ), который следукчцим образом зависит от поверхностного натяжения на границах раздела твердое тело-газ Готг) твердое тело-жидкость (От-лс ) и жидкость-газ (6.г) cose (бгг - Tif. )/С,: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(- , но и снизить поверхностную энергию угля От за счет адсорбции на нем мппекул ПАВ. 390 Таким образом, способ выбора жидкости, основанный на измерении 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, Органи 4еская масса угля также является сложной гетерогенной, непостоянного состава, смесью разного рода веществ, различающихся по свойствам и по молекулярной структуре соединений их составляющих. Уголь отличается выраженной гидрофобностью, дисперсностью и развитой пористостью. Наличие различных функциональных групп карIIбоксильных - С,-ОН , (гидроксильных -он и карбоксильных С 0) на поверхности угля обуславливает ее неоднородность и специфику адсорбционных свойств. Число указанных групп изменяется с увеличением стадии метаморфизма, так число кислородосодержащих групп в уг ле уменьшается, а число ароматических групп СН и содержание углерода возрастает от бурого угля к антроцитам. Зольность угля может быть самой различной (от 5 до 30%). Степень окисленности, а, следовательно, и ха рактер поверхности угля также может быть разной. Таким образом выбор жид костей по поверхностному натяжению . , измеренному на воздухе, не будет учитывать структурные особенност различных типов углей. Для угля, залегающего в данном конкретном пласте может существовать только определен ный оптимальный раствор, дающий иско мый эффект. Перечисленные известные способы выбора жидкостей для борьбы с угольной 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 целесообразность применения того или иного ПАВ. Цель изобретения - повышение эффективности борьбы с угольной пылью путем установления соответствия жидкости структуры особенностям различных углей различных марок. I4 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 жидкостью. Причем в качестве жидкости с химической структурой, аналогичной химической структуре угля, используют толуол. Угольное вещество можно представить как частицы ароматической 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 ndверхностного натяжения ЖИДКОСТЬЮ является толуол , рый является непредельным (ненасыщенным) углеводородом ароматического ряда (структурная формула СН и содержится в каменноугольной смоле (толуол получают путем ректификации из каменноугольной смолы и нефти). 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 из 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.

59092116

Пример. Были проведены опы- борьбы с угольной пылью на воздухе, ты по измерению числа капель, вытёка- в толуоле и экстрактах углей в толуоле, ющих из капилляра, и вычислению по- Результаты испытаний представлены .верхностного натяжения жидкостей для ffe табл. 1 и 2. Водный раствор дибутилфенола , 0,0 0,5 1,0 5,0 10,0, Жидкость для борьбы с пылью Чи на в 30(72,75) Дистиллированная вода 3(6i(,2) 0, Дибутилфенол (ДБ) 0, дибутилфенол (ДБ) + 0, изопропи- 63(3«,6) ловый спирт 0, дибутилфенол (ДБ) + 0,5%-ный пенообра70(31,1) зователь ПО-12

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 поaepxViocTHoro натяжения испытуемой жидкости в толуоле и в экстракте угля позволяет сделать выводы относИ тельно выбора эффективной концентрации данной жидкости.

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 N if (см. табл. 2) является наиболее эффективной, а для угля марки Ж - жидкость 3.

Использование предлагаемого способа выбора жидкости для борьбы с пылью Таблица 1 Число капель и поверхностное натяжение . на воздухев толуоле в экстракте угля марки Ж 30(72,75)6(25,0)16(9,Ю (,20)23(6,50)ЗТС.В) 65(33,60)29(5,17)32(,6) 7U30,)30(5,00)60(3,0) 70(31,20)76(2,97)76(1,97) Таблица 2 сло капель и поверхностное натяжение жидкостей, мН/м здухе в толуоле в экстракте угля марки ....L.l 6(25,0)16(9,) 6(25) 6(25) 23(6,50)ЗК.В)21(7,1М21(7,1Ю 21(7,1)35(+,3)22(6,8)26(5,76) +2(3,57)28(5,3),(3,75)

790921

обеспечивает большую чувствительность и точность измерения, что особенно важно при выборе жидкЬстей 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 опгимёльный раствор, дающий искомый to эффект для данного конкретного угольного пласта. Применение способа выбо ра жидкостей для борьбы с пылью значительно повысит эффективность борьбы

с пылью.15

Формула изобретения

18

чающийся 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 поп1, отличающийся тем, что в качестве жидкости с химической структурой, аналогичной химической структуре угля, используют толуол.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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