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细粒煤压滤滤饼的微观结构分析
作者:管理员    发布于:2016-01-29 09:28:06    文字:【】【】【

  细粒煤压滤滤饼的微观结构分析石常省谢广元2,张悦秋2(1.中国矿业大学环测学院,江苏徐州221008;2.中国矿业大学化工学院,江苏徐州221008)分析研究细粒煤压滤滤饼微观结构的新途径。研究了滤饼的内部空隙率、大空隙直径、平均空隙面积等因素对压滤滤饼脱水效果的影响。从量的角度分析了各种因素影响细粒煤滤饼终水分的原因。结果表明:当入料粒度由0.045mm逐渐增加到0.5mm过程中,滤饼的孔隙率由3.87逐渐增加到15. 46,同时孔隙平均面积则由2.14Mm2增加到8.24Mm2.基金项目:国家自然科学基金项目(50174053);国家“九五”科技攻关项目(95-215~01~04~01)随着采煤和选煤过程机械化程度的提高,原生和次生煤泥量都有所增加,加大了细粒煤脱水的难度。而细粒煤水分的高低是影响商品煤质量的重要因素。降低细粒煤的终水分是煤炭行业急待解决的主要问题之一,是关系到节能、节运、保护环境和充分利用国家资源的重大课题1.固液分离的同时会伴有工业滤饼的生成,工业滤饼多多少少都具有可压缩性,随着固液分离的进行,滤饼内部的结构也发生着动态变化,改变了滤饼内部的流体通道和滤饼的渗透性。如此看来,研究可压缩性滤饼的内部结构对优化过滤指标,改善过滤效果有着非常重要的意义和实用。但是大多数的研究工作,还只是处于面上的工作研究。针对各种影响因素与压滤脱水效果进行定性分析,这仅仅说明了各因素对压滤脱水的影响,不能真正从量的角度解释各种因素对压滤脱水效果的影响作用。由于压滤脱水是多因素交错影响的复杂过程,同时,在压滤过程中,精煤滤饼的内部结构也在表2压滤入料粒度组成对脱水效果的影响钮画发生着动态变化,传统的压缩渗透模拟装置也就不可能对滤饼的内部结构进行的分析,这就限制了滤饼内部结构分析的发展。

  随着科学技术的发展,计算机模拟和扫描电镜技术为研究滤饼的内部结构提供了强有力的工具。由于各种影响因素对过滤效果的影响实质是影响滤饼的内部结构,从而影响了各种过滤指标,只有对压滤滤饼的内部结构进行详细的分析和。

  物料细度/粒度组成与滤饼水分及滤液固含量之间关系结果表明,随着物料细度的增加,滤饼水分明显增加。由2Q 37增至23.8观。小于0.074mm含量占428左右时,所得滤液浓度较低。有利于压滤脱水。当小于Q074mm级含量大于60.3时,滤饼水分和滤液固含量明显增加。

  1.2不同粒度细粒煤压滤滤饼结构分析若通过分级压滤,把各粒级的滤饼进行微观电镜扫描,可以很清楚的比较出粒级对滤饼内部结构的影响作用。0. 5-0.25mm粒度级物料滤饼结构的扫描电镜图片见。

  粒饨,孔隙安以孔隙平均面积/孔隙大面积/由表3可以得到各粒级滤饼的孔隙率孔隙平均面积和孔隙大面积的柱状直观。

  可见,滤饼孔隙率、孔隙平均面积及大面积孔隙率孔隙平均面积口孔隙大面积粒级/nun由表4可以得出入料浓度与滤饼水分与滤液固含量之间的关系,图为入料浓度与压滤时间之间的关系曲线。

  各粒级物料滤饼孔隙尺寸分布与其粒度组成密切相关。滤饼物料粒度越细,滤饼孔隙率越小,粗粒度物料比细粒度物料具有更大的孔隙面积和孔隙率。正是因为不同粒级物料滤饼的孔隙率、孔隙面积孔隙尺寸分布等微观结构参数的不同,导致不同粒级物料的过滤性能存在差异,细粒含量高的滤饼水分难以脱除,滤饼终水分偏高。因此细粒含量高的煤泥滤饼水分较高。

  物料粒度对过滤速率的影响是多方面的,而主要的是影响滤饼的孔隙状态,或者说,滤饼的孔隙大小及孔隙率取决于滤饼的物料粒度及组成。

  组成滤饼的物料粒度越小,滤饼孔隙率越小。此外,物料越细,过滤介质被堵塞几率也越大,过滤速率就会降低。同时,物料越细,表面水化膜的相对厚度越大,和固相结合越牢固。由于水化膜的流动性极差,因而占据了流道部分空间,也使滤饼孔隙率减小,滤速降低,处理量下降,水分增高。

  采取分级脱水的方法均可从粒度上改善物料的过滤效果,但其成本高及工艺复杂,在生产实际中受到一定限制。

  2压滤入料浓度的影响认为低浓度时,一方面过滤速率快,对颗粒的曳力大,使颗粒紧密;另一方面颗粒沉降分层明显,粗颗粒沉于底层,孔隙大,阻力小;而随着浓度的增加,比阻增大,原因是此时滤速仍较快,钻隙及析离现象明显,致使滤饼密实,易堵塞介质孔隙。所以料浆浓度越大,成饼速度越快,滤饼的孔隙率越大,滤饼比阻越小,滤饼水分越低。

  21浓度对水分和固含量的影响对浮选精煤而言,其它条件相同时,进行了不同浓度下的压滤脱水试验,结果见表4.由实验可知,入料浓度的增加,可以显著减小细粒精煤在滤液中的损失,在相同的过滤时间内,滤饼水分也明显降低,处理能力增大。因此浮选精煤入料浓度的提高有利于改善压滤脱水效果。这主要是因为随着浓度的增加,滤饼形成速度加快,滤饼层结构得到改善。由于在滤饼刚形成时滤液带走的固体量大,降低了细小颗粒通过过滤介质的概率,从而降低了滤液的固体浓度,提高了滤液的澄清度。因而压滤入料浓度低时滤液中的固体含量高;压滤入料浓度高时,滤液中固体含量较低。

  22不同浓度下细粒煤过滤滤饼结构分析为了从微观角度观测浓度对滤饼结构的影响,在实验中我们对各浓度级物料滤饼结构的进行了扫描电镜图片分析,为300g/L滤饼微观结构电镜图像。

  入料浓度/(gL-I)滤饼水分滤液固含量/根据各浓度级别下滤饼的图像分析结果,我们得到各浓度级别下,滤饼的孔隙率、孔隙平均面积和孔隙大面积的柱状分布。

  图比较在3种不同加压方式下的滤饼微观扫描电镜图表明,单体静压力作用于精煤滤饼时,滤饼孔隙率减小,以至于排出孔隙水,但有一限度。此时滤饼形成了许多拱桥结构,使得流体静压力的增加对进一步降低滤饼水分不明显。当采用二维剪切压力时表明,此时的滤饼孔隙率分布有所改变,主要是因为二维剪切压力破坏了在流体静压力下滤kiting浓度□孔隙率孔隙平均面积□孔隙大面积7各浓度级物料滤饼孔隙尺寸分布图在低浓度时,细小颗粒极易随着流线直接进入滤布的孔眼中,或穿过或堵塞、或覆盖其上,使过滤介质孔眼很快被堵塞。随着料浆浓度的提高,将会有更多的颗粒接近或到达过滤介质的孔眼,由于相互干扰,绝大部分颗粒不能进入孔眼而在其上成拱架桥,使滤孔可在较长时间内不被严重堵塞。

  实验结果表明,随着入料浓度的增大,滤饼水分降低。由于颗粒沉降速度的不同,在过滤介质表面形成的滤饼由下往上平均粒度逐渐减小,滤饼阻力逐渐增大,使滤饼下层的脱水受到影响,这种作用随着入料浓度的减小逐渐增大,入料浓度越低,滤饼水分越高。可见料浆浓度对过滤效果影响十分明显,所以在工程应用中,对于同一种过滤设备、过滤介质,由于进料浓度不同,分离效果也不同。对于低浓度料浆的过滤,首先应考虑调整进料浓度,使之有理想的过滤效果,在过滤设备和介质确定之后,应在充分了解料浆物性基础上进行试验,寻求适宜的料浆浓度与操作条件。

  3不同加压方式下的滤饼微观结构分析饼所形成的拱桥结构,使得孔隙水进一步流动,改变了内部液体的流动性,同时也使得部分液体水被排挤出。高气压穿流脱水对滤饼结构的贡献是在二维剪切压榨后通过高气流的带动使得部分游离水和孔隙水被迫排出滤饼,3种脱水方式对降低滤饼水分所作出的贡献是不同的,其配合不同,将影响滤饼的终内部结构和水分。

  6MPa流体静压力作用后,对隔膜压榨脱水和强气压穿流脱水进行了对比实验。针对大屯选煤厂的浮选精煤进行了实验。结果见表5.表5不同加压方式脱水效果对比操作条件平均隔膜压榨强气压穿流脱水先压榨后穿流先穿流后压榨只采用单一隔膜压榨脱水,滤饼的平均水分为22.64,当只采用强气压穿流脱水时,滤饼的平均水分为21. 78;先隔膜压榨脱水,然后进行强气压穿流脱水,滤饼的平均水分为20. 63;先强气压穿流脱水,滤饼的平均水分为19.89.通过实验我们可以得出结论:强气压穿流脱水优于隔膜压榨脱水、先强气压穿流脱水后隔膜压榨脱水,效果优于先隔膜压榨后强气压穿流脱水。这点也从上面各微观结构的扫描电镜看得出结果。其原因是高压流体静压力在滤腔中形成了滤饼,滤饼中形成了自然流体活动通道。滤饼含有一定水分是因为固体颗粒表面被润湿流体液膜所覆盖。如果此时不破坏滤饼结构形状,则此时剩余水分沿滤饼内部的流体阻力较小,在有限的时间内能及时排出,有利于脱除水分。

  如果先压榨破坏滤饼的结构,使得原来的流体流动通道被堵塞,压缩空气驱逐液体时流动阻力大,不易及时排出,导致水分下降幅度小。

  4结论1)当入料粒度由0. 045mm逐渐增加到0. 5mm过程中,滤饼的孔隙率由3. 87逐渐增加到15.46,同时孔隙平均面积则由2.14Mm2增加到8.24Mm2.说明滤饼孔隙率孔隙平均面积及大面积与其粒度组成密切相关。滤饼物料粒度越细,滤饼孔隙率越小,粗粒度物料比细粒度物料具有更大的孔隙面积和孔隙率。

  描电镜和自云力图形夕上理技术用来分析微细粒煤滤饼的内部结构组成是一种行之有效的方法。物料的物理性质和处理工艺都明显地影响了滤饼的终水分,通过扫描电镜分析,进一步量化了过滤过程,为进一步研究过滤理论提供了基础。

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