CC BY
160
I. ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ГЕОМЕХАНИКА INDUSTRIAL SAFETY AND GEOMECHANICS
С. И. Голоскоков
канд. техн. наук, зав. лабораторией ОАО «НЦ ВостНИИ»
Н. М. Недосекина
старший научный сотрудник ОАО «НЦ ВостНИИ»
М. С. Сазонов
младший научный сотрудник ОАО «НЦ ВостНИИ»
Е. И. Голоскоков
младший научный сотрудник ОАО «НЦ ВостНИИ»
Н. А. Терентьева
инженер-химик ОАО «НЦ ВостНИИ»
УДК 622.514^622.807
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ПО ОТНОШЕНИЮ К ПЫЛИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ ДЛЯ БОРЬБЫ С ЗАПЫЛЕННОСТЬЮ
Представлена методика оценки эффективности смачивания угольной пыли по двум критериям: времени смачивания (с) и количеству (%) смоченной пыли. Показан принцип определения оптимальной (рабочей) концентрации поверхностно-активных веществ (ПАВ) для промышленной угольной пыли различных марок.
Ключевые слова: СМАЧИВАЕМОСТЬ, БОРЬБА С ПЫЛЬЮ, ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПАВ, ОПТИМАЛЬНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ
Работа производственных комплексов угольной промышленности характеризуется образованием большого количества пыли. Наиболее распространенным средством борьбы с пылью в угольных шахтах является гидрообеспыливание. Для повышения эффективности данного способа рекомендуется добавление поверхностно-активных веществ (ПАВ), уменьшающих поверхностное натяжение воды [1, 2].
В настоящее время существует несколько методик определения эффективности применения растворов ПАВ для борьбы с пылью и их оптимальных концентраций для различных марок углей [3-6]. В «Инструкции по локализации и предупреждению взрывов...» [7] представлен метод пленочной флотации в качестве одного из методов измерения смачиваемости угольной
пыли, где за критерий оценки эффективности смачивателя принимают время оседания в растворе определенной навески угольной пыли. Но возможны ситуации, при которых однопараметрический критерий эффективности (время оседания пыли в растворе) для различных смачивателей будет близким или одинаковым, что вызывает сложности при выборе более эффективного смачивателя.
В данной статье предложен двухпараметрический критерий оценки эффективности связывания угольной пыли, заключающийся в выборе оптимальной концентрации растворов ПАВ по отношению к пыли угольных шахт по времени смачивания навески угольной пыли менее 60 с и оценке смачивающей способности по массовой доле осевших в растворе частиц угольной пыли.
Определение эффективности смачивания угольной пыли в лабораторных условиях проводилось на примере смачивателя «Неофор» по следующей методике.
Путем растворения в дистиллированной воде готовили растворы ПАВ, объемная концентрация которых составляла 0,25; 0,20; 0,15;
0,10; 0,05 %. Для оценки смачивателя в лабораторных условиях использовали дистиллированную воду.
На первом этапе определяли оптимальную концентрацию растворов ПАВ из представленных концентраций по отношению к угольной пыли. Для этого подготавливали три навески пыли массой 0,1±0,0001 г (фракция меньше 63 мкм) в воздушно-сухом состоянии и помещали отдельно каждую навеску пыли на поверхность водного раствора смачивателя в стакане объемом 100 см3. Регистрировали время начала смачивания; за время окончания смачивания принимали момент, когда вся масса навески пыли осядет на дно стакана. Время смачивания Тсм, с, рассчитывали по формуле:
~^~см ~^~о ~^~н ’
где То- время окончания осаждения пыли, с;
Тн- время начала осаждения пыли, с.
Результаты определения оптимальной концентрации раствора ПАВ для угольной пыли различных марок представлены на рисунке 1.
Следует отметить, что коэффициент вариации измеренных величин не превышал 15 %.
Оптимальной концентрацией раствора ПАВ для угольной пыли считается такая концентрация, при которой время смачивания меньше 60 с. Например, для марки угля Д - 0,10 %, для марки ДГ - 0,25 %, ОС - 0,20 % и т. д. Из рисунка 1 следует, что, увеличивая концентрацию ПАВ в водном растворе, можно с определенной точностью указать оптимальную (рабочую) концентрацию ПАВ для всех марок углей.
На втором этапе определяли эффективность смачивания угольной пыли растворами ПАВ по массовой доле осевших в растворе частиц угольной пыли. За время, равное 120 с, навеска массой 1 г равномерно высыпалась на поверхность раствора смачивателя [7] оптимальной концентрации, определенной в первую очередь. Для этого в чашку Петри помещался раствор смачивателя объемом 70 см3 оптимальной концентрации. Чашку Петри с раствором устанавливали на вращающийся столик прибора (рисунок 2).
Подготавливали три навески пыли массой 1,0±0,0001 г. Навеску пыли помещали в бункер вибрационного питателя, который равномерно высыпал пыль на поверхность раствора смачивателя за 120 с. Затем останавливали устройство, фильтровали раствор смачивателя с оставшейся на поверхности пылью через фильтр «красная лента». На второй фильтр с помощью
Г
її
ОДО ОД!
Колцсшрлшш ПАБ, %
одо
0Д5
Рисунок 1 - Определение времени смачивания пыли для различных марок углей (показаны средние значения времени смачивания)
іНЕ I ПН ж
6
1 - бункер; 2 - вибропитатель; 3 - чашка Петри;
4 - электродвигатель; 5 - вращающийся столик
Рисунок 2 - Стенд для определения эффективности смачивания угольной пыли растворами ПАВ по массовой доле осевших в растворе частиц угольной пыли
промывалки с дистиллированной водой переносили осевшую на дно чашки пыль. Фильтры высушивали при температуре 105...110 °С до постоянной массы. Массовую долю затонувших частиц пыли тсм, %, рассчитывали по формуле:
(тс/ту100,
где тсм - масса осевших на дно частиц пыли, г;
т - масса навески пыли, взятой до испытания, г
Результаты определения эффективности смачивания растворами ПАВ для угольной пыли различных марок представлены на рисунке 3. Следует отметить, что коэффициент вариации измеренных величин не превышал 12 %.
Из рисунка 3 следует, что с увеличением концентрации ПАВ в водном растворе массовая доля осевших на дно частиц (эффективность смачивания) для каждой марки углей изменяется по уникальной закономерности. Используя данный двухпараметрический критерий оценки эффективности растворов ПАВ, можно не только выдавать оптимальные (рабочие) концентрации смачивателей для каждой марки угля отдельно, но и сравнивать по эффективности различные ПАВ с одинаковыми рабочими концентрациями, даже если они имеют время смачивания меньше 60 с и согласно инструкции [7] могут применяться для пылеулавливания, для выявления наилучших показателей смачиваемости по второму параметру эффективности смачивания (массовая доля осевших на дно частиц).
Проведенные лабораторные исследования смачивателя «Неофор» показали, что при объемных концентрациях 0,10.0,15 % ПАВ растворы хорошо осаждают до 72.92 % частиц угольной пыли. «Неофор» относится к группе хорошо смачивающих пыль ПАВ. Рекомендованные к использованию оптимальные (рабочие) концентрации смачивателя приведены в таблице 1.
Рисунок 3 - Определение эффективности оптимальной концентрации раствора ПАВ для различных углей (показаны средние значения массовой доли осевших на дно частиц)
Таблица 1 - Оптимальные концентрации смачивателя «Неофор»
Марка угля Оптимальная по объему концентрация смачивателя, %, не менее Массовая доля осевших на дно частиц (эффективность смачивания), % Гоуппа смачиваемости пыли
Д 0,10 74 Средняя
Т 0,15 87 Хорошая
А 0,10 92 Хорошая
КС 0,10 85 Хорошая
ГЖ 0,20 82 Хорошая
Ж 0,10 85 Хорошая
Г 0,10 72 Средняя
ДГ 0,25 79 Средняя
ОС 0,20 77 Средняя
КЖ 0,20 72 Средняя
В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Методика позволяет проводить более точную количественную оценку свойств смачивателей.
2. Проведенный анализ не требует большого количества времени.
3. Двухпараметрическая оценка эффективности смачивателей на основе ПАВ для связывания угольной пыли дает возможность сравнивать различные смачиватели с одинаковой рабочей концентрацией для определения наилучшего.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Балабас, Л. Х. Определение критериальных показателей режима распыления жидкостей в системе количественных характеристик пылевого потока для его эффективного осаждения / Л. Х. Балабас // European Researcher. - 2013. - Vol. (40). - № 2-1.
2. Кудряшов, В. В. Смачивание пыли и контроль запыленности воздуха в шахтах / В. В. Кудряшов, Л. Д. Воронина, М. К. Шуринова. - М.: Наука, 1979. -199 с.
3. Трубицына, Д. А. Экспресс-метод оценки эффективности применения смачивателей для борьбы с пылью // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - 2010. -№ 2. - С. 202-206.
4. Голоскоков, С. И. Лабораторные исследования эффективности связывания угольной пыли сма-чивающе-связывающим составом «Эльфор-С» // С. И. Голоскоков, Д. В. Ботвенко, М. С. Попов // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - 2008. - № 2. - С. 60-63.
5. Кудряшов, В. В. Методы оценки пылесмачивающего действия растворов поверхностно-активных веществ / В. В. Кудряшов, Е. А. Соловьева // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2009. - № 12. - С.157-169.
6. Коузов, П. А. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей / П. А. Коу-зов, Л. Я. Скрябина. - Л.: Химия, 1983. -142 с.
7. Инструкция по локализации и предупреждению взрывов пылегазовоздушных смесей в угольных шахтах // Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности. - Сер. 05. -Вып. 25. - М.: НТЦ исследований проблем промышленной безопасности, 2013. - 52 с.
CHOICE OF SURFACE-ACTIVE Голоскоков Сергей Иванович
SUBSTANCES SOLUTIONS CONCENTRATION e-mail: s.goloskokov@nc-vostnii.ru
IN RELATION TO COAL MINE DUST IN ORDER
TO SUPPRESS DUST CONTENT IN MINE AIR Недосекина Нина Михайловна
S. I. Goloskokov, N. M. Nedosekina, e-mail: jajabingsms@gmail.com
M. S. Sazonov, Ye. I. Goloskokov, N. A. Terentieva
Coal dust watering efficiency estimation Сазонов Михаил Сергеевич
method through two criteria is presented: period of e-mail: jajabingsms@gmail.com
watering (c) and quantity (%) of the dust watered.
Determination principle of optimum (working) Голоскоков Евгений Иванович
concentration of surface-active substances (PAV) e-mail: kem.tdu@mail.ru
for industrial coal dust of different marks is shown.
Key words: WATARING ABILITY, DUST Терентьева Наталья Анатольевна
SUPPRESSION, PAV EFFICIENCY ESTIMATION, e-mail: tna.nc-vostnii@yandex.ru
OPTIMUM CONSENTRATION
9
