Смачиватель для подавления угольной пыли
WETTING AGENT FOR COAL DUST SUPPRESSION

Изобретение относится к горной, металлургической, химической и другим отраслям промышленности, в частности, угледобывающей и может быть использовано для пылеподавления и снижения пылепереноса в угольном производстве.
В настоящее время с целью повышения безопасности шахт в системах принудительного пылеподавления применяют водные растворы реагентов, улучшающих смачивание угольной пыли. При этом в качестве смачивающих агентов используют поверхностно-активные вещества и их смеси.
Известен смачиватель для подавления угольной пыли, содержащий следующие компоненты, мас. %: алкилбензосульфокислота 11,3-14,3; гидроксид натрия 6,0-9,05; неонол 14,0-17,9; этиловый спирт 1,25-1,75; карбамид 1,3-1,7; хлорид кальция 1,25-1,75; бишофит 1,25-1,75; отдушка 0,2-0,5 и вода 50-53,5 (Патент РФ №2495250 С1, дата приоритета 23.04.2012, дата публикации 10.10.2013, автор Глебов А.Ф., RU).
К недостаткам известного смачивающего состава следует отнести его сложность и многокомпонентность, которые затрудняют процесс его приготовления, могут оказать негативное влияние на качество осаждаемой пыли в плане ее дальнейшего использования, а отдельные компоненты могут представлять вред для здоровья человека и негативно сказываться на окружающей среде.
Известна смесь для пылеподавления на открытых угольных складах, получаемая по известному способу, который заключается в нанесении на пылящие поверхности смеси, полученной соединением карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 3:1 и растворенной в воде до концентрации в водном растворе, равной 5% (Патент РФ №2532939 С1, дата приоритета 09.08.2013, дата публикации 20.11.2014, авторы: Ковшов С.В. и др., RU).
Недостатком известной смеси является низкая ее эффективность в отношении обеспечения необходимой безопасности при применении из-за активности взаимодействующих компонентов, так как карбид кальция при контакте с водой активно с ней взаимодействует, выделяя газообразный ацетилен, образующий с воздухом взрывоопасную смесь.
В качестве прототипа принят пенообразующий состав, используемый в известном способе пылеподавления, по которому связывание и коагуляция пыли осуществляется в воздушном потоке аэрозоля, включающего воздухонаполненные водные (98%) пены высокой кратности при следующем соотношении компонентов, мас. %: олеиновая кислота 0,8-1,2; сода каустическая 0,4-0,6; глицерин 0,2-0,4; вода - остальное (Патент РФ №2332572 С1, дата приоритета 26.02.2007, дата публикации 27.08.2008, авторы: Шувалов Ю.В. и др., RU, прототип).
Недостатками прототипа являются малая продолжительность временного интервала, при котором сохраняется эффективность действия пенообразующего состава, а также низкая эффективность пылеподавления осевшей ранее пыли - пылевого аэрогеля, который при взметывании становится основным источников загрязнения воздуха пылью.
Приведенные аналоги, а также другие известные методы, в частности гидрообеспыливание, не обеспечивают осуществление эффективной и безопасной технологи пылеподавления и закрепления пылящих поверхностей в угледобывающей отрасли, для которой характерно то, что разработка каменноугольных месторождений, транспортировка угля, его переработка сопровождаются образованием и поступлением в воздушную среду значительных объемов твердых взвешенных частиц горных пород, в том числе, угольной пыли.
В связи с этим технической проблемой, решаемой изобретением, является разработка эффективного пенообразующего смачивающего состава с экологичными безопасными компонентами преимущественно природного происхождения, обладающими поверхностной активностью, увеличивающими смачиваемость поверхности частиц угольной пыли и продолжительность действия пенного состава, а также обеспечивающими прочность закрепления пылящих поверхностей и не влияющими на основные характеристики угольного сырья для дальнейшего использования,
Для решения технической проблемы предложен смачиватель для подавления угольной пыли, содержащий олеиновую кислоту, гидроксид натрия, льняное масло и воду при следующем соотношении компонентов, мас. %: олеиновая кислота 0,8-1,0; гидроксид натрия 0,4-0,6; льняное масло 0,3-0,6; вода - остальное.
Олеиновая кислота - одна из наиболее распространенных в природе непредельных кислот. Олеиновая кислота встречается в различных растительных маслах и животных жирах. В промышленности олеиновую кислоту получают путем гидролиза природных масел или синтетически.
Гидроксид натрия (сода каустическая) - реагент, взаимодействующий с олеиновой кислотой с образованием водорастворимого олеата натрия в ходе приготовления раствора, который является поверхностно-активным веществом (ПАВ) с высокой экологичностью по сравнению с другими ПАВ.
Льняное масло в заявляемом составе используется в качестве реагента, способного вызывать слипание посредством сродства полярности масла и частиц угля, кроме того, под действием кислорода воздуха и ультрафиолетового излучения способного полимеризоваться, образуя более прочную связь между частицами угля и создавая прочный закрепленный слой на поверхности.
Состав смачивателя для подавления угольной пыли приготавливают следующим образом.
1. Сначала готовят концентрат рабочего раствора:
- к 8-10 г олеиновой кислоты добавляют 30 мл воды и 4-6 г гидроксида натрия (сода каустическая);
- смесь нагревают до 60°С при постоянном перемешивании.
2. После остывания полученного концентрата его разбавляют водой до 1 л.
3. К полученному раствору при перемешивании добавляют 3-6 г льняного масла.
Полученным раствором обрабатывают пылящую поверхность и воздушное пространство над ней, распыляя раствор через сопла форсунки.
Преимущество заявляемого состава смачивателя для подавления угольной пыли по сравнению с аналогами и прототипом заключается в использовании экологичных безопасных компонентов преимущественно природного происхождения, увеличивающих продолжительность действия пенного состава и смачиваемость поверхности частиц угольной пыли, а также обеспечивающих склеивание частиц угля для прочного закрепления пылящих поверхностей за счет сродства полярности льняного масла и частиц угля и способности льняного масла полимеризоваться на свету.
Кроме того, предлагаемый состав не влияет на основные характеристики угольного сырья для дальнейшего использования, а также подходит с позиции возможной его модификации, в частности, система будет стабильной при добавлении неорганических солей (однозарядных катионов) и многоатомных спиртов как криогенных компонентов, понижающих температуру замерзания раствора.
Результаты эксперимента, подтверждающие указанные преимущества, представлены в приведенных таблицах 1, 2 и 3.
В качестве показателя эффективности состава использовалась оценка адгезии (смачиваемости) частиц угольной пыли под действием исследуемых составов. При этом максимальное водопоглощение определялось как отношение объема поглощенного раствора к массе смоченного угля. Интенсивность процесса определялась как логарифмический множитель функции при коэффициенте достоверности аппроксимации не менее 0,98.
В таблице 1 отражены результаты адгезии частиц угольной пыли исследуемых составов, включая воду и раствор олеата натрия.
Из таблицы видно, что наибольшая адгезия наблюдается при первом составе.
В таблице 2 отражены результаты адгезии частиц угольной пыли исследуемых составов, включая воду и раствор олеата натрия с добавками льняного масла.
Из таблицы 2 следует, что при контакте угольной пыли с водой происходит поглощение воды образцами угольной пыли за счет смачивания поверхности. Средняя влагоемкость пыли при этом составляет 53%.
Из таблицы 2 также следует, что влагоемкость угольной пыли различается в зависимости от используемого реагента.
Так эффективность действия воды немного повышается при использовании натриевой соли олеиновой кислоты (олеат натрия), которую получали омылением олеиновой кислоты раствором щелочи, в частности, 8 г/л олеиновой кислоты и 6 г/л гидроксида натрия. Средняя влагоемкость угольной пыли при использовании раствора олеата натрия составляет 56%.
Более существенное повышение эффективности состава смачивателя происходит при использовании раствора олеата натрия с добавкой льняного масла (составы 3, 4, 5, 6, 7 и 8). При этом наибольшая эффективность осаждения пыли наблюдалась при взаимодействии с раствором олеата натрия с добавлением льняного масла концентрацией 4 г/л, влагоемкость составила 60%.
В таблице 3 приведены значения объема поглощенной воды угольной пылью при обработке исследуемыми составами в зависимости от времени проведения эксперимента при сохранении эффективности действия состава.
На основании этой таблицы также можно сделать вывод о наиболее эффективном составе смачивателя №4: раствор олеата натрия с добавлением льняного масла концентрацией 4 г/л.
Кроме того, из таблицы следует, что продолжительность эффективного действия состава смачивателя угольной пыли по сравнению с прототипом увеличена в 6-10 раз.
Таким образом, достигаемый изобретением технический результат заключается в повышении эффективности смачивателя для подавления угольной пыли за счет увеличения продолжительности эффективного действия пенного состава, улучшения смачиваемости поверхности частиц угольной пыли, а также в связи с обеспечением возможности склеивания частиц угля для прочного закрепления пылящих поверхностей за счет сродства полярности льняного масла и частиц угля и способности льняного масла полимеризоваться на свету.
При этом предлагаемый состав достаточно прост, все его компоненты не приносят вреда окружающей среде, здоровью человека и не влияют на основные характеристики угольного сырья для дальнейшего использования, что свидетельствует о перспективности предлагаемого состава смачивателя для подавления угольной пыли, а также о расширении арсенала технических средств.