Агент для смачивания угольной пыли
COAL DUST WETTING AGENT

Изобретение относится к горной промышленности и используется в качестве одного из важнейших компонентов профилактических средств против смерзания и пыления сыпучих грузов, а также средств для орошения источников пылеподавления при добыче, погрузке и транспортировке угля.
Известен состав для смачивания угольной пыли на основе поверхностно-активного вещества (ПАВ) и воды. В качестве ПАВ применяют диэтаноламиды синтетических жирных кислот при концентрации 0,05-0,20 мас.% в водном растворе. Недостатком этого способа является ограниченность его применения, а именно неодинаковая степень смачивания различных углей, особенно их тонкодисперсных пылей. Наиболее близким к изобретению является состав для смачивания угольной пыли, включающий ПАВ, электролит и воду. Однако известный состав недостаточно эффективно смачивает тонкодисперсную угольную пыль.
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.
Известен 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 известного технического решения 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.
Технический результат - повышение эффективности подавления тонкодисперсной угольной пыли за счет улучшения смачивающих свойств состава и снижение вероятности смерзания и комкования сыпучих материалов.
Улучшение смачивающих свойств достигается за счет слипания дисперсных частиц угольной пыли (любой пыли), за счет этого утяжеление и осаждения более крупных слипшихся частиц.
Поставленная цель достигается тем, что состав для смачивания угольной пыли, включающий ПАВ, электролит, связывающие вещества и воду.
Компонентный состав представлен в Таблице 1.
Таблица 1
№п/п
Наименование компонента
Содержание, %
1
Меласса свекловичная
5-25
2
Патока крахмальная
0,5-5
3
Лигносульфонат натрия
5-10
4
Этилен (пропилен) гликоль
15-35
5
Ноноксилат (нонилфениловый эфир этиленгликоля или полиэтиленгликоля)
10-30
6
Вода
до 100%
Компонент лигносульфат натрия используется в водном растворе, где концентрация NaOH составляет 0,05 г/л. Как исследовано в статье «Поверхностно-активные свойства лингосульфата натрия» (УДК 668.473:678.0:541.183, авторы Д.П. Савицкая, К.В. Макарова, А.С.Макаров) концентрация является оптимальной для поверхностного натяжения водного раствора. Лигносульфонат натрия снижает межфазное натяжение на границе раздела сред вода-воздух-твердое, тем самым происходит улавливание гидрофобных тонких частиц. Диапазон содержания от 5 до 10% является достаточным в смеси с остальными компанентами.
Меласса свекловичная используется как буферный раствор. Наличие в мелассе сильных оснований и слабых кислот придает ей буферные свойства. Смеси, состоящие из слабой кислоты и ее соли с сильным основанием или слабого основания с солью сильной кислоты, обладают способностью противодействовать изменениям pH раствора при внесении в него некоторого количества кислот или оснований. Меласса создает тонкий прочный гидратный слой, тем самым происходит меньшее пыление тонких частиц. Диапазон содержания от 5 до 25% является достаточным для проявления буферных свойств. Менее 5% теряется эффект от применения, более 25% является не рентабельным, т.к. увеличение концентрации мелассы снижает концентрацию других составляющих смеси, следовательно и снижается эффект от других составляющих.
Патока крахмальная придает вязкость смеси, что позволяет слипаться мелкодисперсным пылевым частицам в более крупные, а, следовательно, тяжелые и быстро осаждаемые. Признак позволяет повысить эффективность смачивания. Патока, как и меласса, создает тонкий прочный гидратный слой, тем самым происходит меньшее пыление тонких частиц. Диапазон от 0,5 до 5% является оптимальным. Применение концентрации ниже 0,5% делает раствор практически не вязким. А применение концентрации свыше 5% значительно увеличивает вязкость и затрудняет распыление, что практически снижает эффективность раствора.
Этиленгликоль представитель двухатомных спиртов, используется для изготовления антифризов и охлаждающих веществ. Спирты относят к веществам, обладающим поверхностно-активными свойствами. Концентрация от 15 до 35% является оптимальной. Концентрация ниже 15% в составе смеси не позволяет достичь нужного эффекта охлаждения, а свыше 35% эффет охлаждения не повышается, но при этом смесь не рентабельна.
Ноноксилат (нонилфениловые эфиры) - представляет собой смесь неионогенных поверхностно-активных веществ, также нужен для снижения межфазного натяжения. Оптимальный диапазон от 10 до 30%. В этих пределах содержания в смеси делает смесь легко распыляемой, помогает увеличивать дисперсность распыляемых капель.
Предлагаемый активный агент смачивания добавляется в воду и получают концентрацию водного раствора 0,1-5,0%.
Вода добавляется в зависимости от концентрации остальных элементов и содержания этиленглюколя для получения жидкого раствора, перемешивают в течение 10 минут для получения хорошо диспергированного состава. Времени перемешивания 10 минут достаточно для получения хорошо диспергированного состава, что в свою очередь улучшает смачивающие свойства всей смеси, в которой равномерно размешаны компоненты.
Свойства всех компонентов позволяют получить слабо вязкое, устойчивое к замерзанию вещество, которое при растворении воде позволяет орошать места запыления и эффективно осаждать пылевые частицы, укрупняя их. При этом не вызывая слипания, порчи и комкования грузов.
Кроме того, экспериментально подтверждено, что в заданных соотношениях все компоненты смеси удачно выполняют свои функции по достижению технического результата. Нарушение концентрации ниже заявленных диапазонов снижает эффект и делает смесь либо очень густой и трудно распыляемой, либо снижает свойства смеси к длительному слипанию частиц пыли. Повышение концентрации отдельных элементов нарушает концентрацию других элементов и делает смесь либо не эффективной в достижении заданных функций, либо не рентабельной и очень дорогой.
Пример.
Активный агент смачивания испытан при изготовлении профилактических средств против смерзания и пыления сыпучих грузов. Рабочая концентрация активирующего агента смачивания составляет 0,2-0,6 мас.%. Профилактическое средство с применением активного агента смачивания обладает свойствами обволакивания тонких частиц и удержания на поверхности этих частиц гидратного слоя профилактического средства. Проведенные испытания позволяют оценить эффективность смачивания в пределах 1-5 минут после введения профилактического средства, на основе активного агента смачивания, тонких гидрофобных частиц.