РАЗДЕЛ 2.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
2.1. Объекты исследования
Исходные угли. Для установления общих закономерностей пластифицирования ВВУС в качестве твердой фазы были выбраны угли Донецкого бассейна с различным характером поверхности: тощий (с практически полностью гидрофобной) и газовый (с "мозаичной" поверхностью)(шахта Степная). Удельная поверхность порошков угля по БЭТ: газовый уголь 14 м2/г, тощий уголь 8 м2/г. Пробы углей отбирались согласно ГОСТ 9815-75 во свежераскрытых выработках, вне зон разрушения.
В качестве исходного сырья для получения нативных и сульфированных гуминовых кислот, а также их натриевых солей использовали одну пробу бурого угля Александрийского месторождения. Элементный и технический анализ образцов углей проводился согласно [140]. Данные анализа приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1.
Технический и элементный анализ углей (%).
УгольWaAdVdafSdCdafHdafБурый уголь9.934.165.75.7369.465.41Марка "Т"0.7313.027.161.3687.863.94Марка "Г"0.857.510.375.7386.054.47
Исходные угли размером 0-3 мм хранились в запаянных полиэтиленовых пакетах, а рабочая фракция содержалась в герметично закрытых ёмкостях.
Реактивы. В работе использовали KCl (х.ч.), NaCl (х.ч.), NaOH (ч.д.а), Na2SO3 (х.ч.), HCl (х.ч.). Вода была дистиллированной.
Раствор NaOH свободный от карбонатов готовили следующим образом. В фарфоровом стакане растворяли при постепенном добавлении и перемешивании 250 г NaOH в 250 мл дистиллированной воды. После охлаждения раствор переливали в полиэтиленовый сосуд, центрифугировали и разбавляли необходимым количеством дистиллированной воды, освобожденной кипячением от CO2. Точную концентрацию устанавливали титриметрически с помощью стандартного раствора соляной кислоты.
Растворы HCl готовили разведением фиксаналов.
2.2. Исследования свойств дисперсных систем
В лаборатории пробы каменных углей высушивали до Wa=0.9-1.5%, измельчали до аналитических размеров r =0-3 мм и хранили в герметичных емкостях. Для получения фракции размером r =0-50 мкм уголь обрабатывали на вибрационном измельчителе типа 75Т-ДрМ в течение 3 минут.
2.2.1. Определение распределения частиц по размерам в угольных дисперсиях.
Для определения размеров частиц угольных проводился седиментационный анализ в этиловом спирте с использованием торсионных весов Waga Torsyina [141].
По полученным экспериментальным данным строили седиментационную кривую - зависимость массы седиментационного осадка (Р, мг) от времени (?, мин). Затем эту кривую обрабатывали графическим способом (путем построения касательных в точках кривой, соответствующих различным значениям ?). Были построены интегральные (суммарные) кривые распределения частиц внутри каждой из этих фракций - рис. 2.1. Далее обрабатывали интегральную кривую методом графического дифференцирования и получали дифференциальные кривые распределения частиц по размерам - рис. 2.2. Таким образом,
Рис. 2.1. Интегральная кривая распределения частиц по размерам в порошке угля марки "Т" (а) и марки "Г" (b).
Рис. 2.2. Дифференциальная кривая распределения частиц по размерам в порошке угля марки "Т" (а) и марки "Г" (b).
с помощью дифференциальных кривых распределения частиц в дисперсной системе нами была определена относительная доля частиц различных размеров в этих системах.
2.2.2. Методики приготовления водоугольных суспензий.
Для приготовления водоугольных суспензий использовали угольные дисперсии с мономодальным распределением частиц по размерам и дистиллированную воду. Расчет компонентов составляющих суспензию, производили по формулам (2.1) [142]:
; ; Рн2о= Рс - Ру -; (2.1)
где Ру - вес угля влажностью W (г); Рс - вес суспензии (г); P0y - вес угля с нулевой влажностью (г); Pyi - вес i-той добавки (г); Pн2о - вес воды (г); С - концентрация суспензии, мас.%; Wа - влажность угля (%); ni - содержание i-той добавки к углю.
Количество i-той добавки рассчитывали по формуле (2.2):
Vyi = , мл;(2.2)
где Сyi,% - концентрация добавки в водном растворе.
Точность взвешивания компонентов суспензии (технические весы) - 0.01 г, добавки (аналитические весы) - 0.001 г.
2.2.3. Измерение реологических параметров водоугольных суспензий
Реологические параметры водоугольных суспензий (эффективная вязкость, пластическая вязкость, напряжение сдвига) измеряли на ротационном вискозиметре с коаксиальными гладкими цилиндрами РЕОТЕСТ-2.
Использовали систему цилиндров S2 (радиальный зазор 1.13 мм, соотношение радиусов цилиндров 1.06). Наружный, неподвижный цилиндр радиусом rH является измерительной емкостью. В него помещалась проба суспензии объемом 30±1.5 мл. Внутренний цилиндр радиусом rB и высотой l, вращающийся с постоянной скоростью щ, соединен через измерительный вал с цилиндрической пружиной, отклонение которой является мерой вращающего момента М, действующего на внутренний цилиндр. Отклонение пружинного элемента пропорционально вращающему моменту
Перед началом измерения реологических параметров водоугольных суспензий проводили калибровку прибора по касторовому маслу (ГОСТ 6757-73). Динамическая вязкость касторового масла при t=25 0C з= 621 мПа•с; при t=20 0C з= 950 мПа•с.
Измерительную систему вместе с пробой ВВУС помещали в термостатирующую баню, подключаемую к жидкостному циркуляционному термостату и термостатировали в течение 30 минут при минимальной скорости деформации ( = 1 с-1). Колебания температуры составляли не более 0.1 0С. Специальными опытами было показано, что 30 минут достаточно для прогревания системы. При этом предусматривались меры по предотвращению испарения воды в процессе термостатирования (на место сочленения термостатирующей рубашки с н