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鈉鉀離子濃度對礦井水和純水表面張力、噴霧霧化特性的影響(二)
來源:礦業(yè)研究與開發(fā) 瀏覽 80 次 發(fā)布時間:2025-11-04
2、礦井水表面張力及霧化特性測試試驗(yàn)
2.1試驗(yàn)材料
總結(jié)調(diào)研數(shù)據(jù)可知,中國華北區(qū)域礦井水水質(zhì)狀況如圖1所示。
根據(jù)調(diào)研結(jié)果配制9組溶液,包括8組Na+、K+離子濃度不同的礦井水和1組純水,溶液配比見表1。配制溶液時,取適量去離子水,向其中投加CaCl2、MgCl2、Ca(HCO3)2 控制礦井水硬度,向其中投加NaCl、HCl和NaOH控制礦井水的pH為7.5,向水溶液添加其他必需微量離子和雜質(zhì),靜置2 h待用。
表1礦井水水質(zhì)參數(shù)
2.2試驗(yàn)系統(tǒng)及設(shè)備
本文采用的表面張力測量儀和激光粒度測試系統(tǒng)如圖2、圖3所示。從圖2可知,表面張力測試系統(tǒng)主要由光源、樣品臺、注射單元、采集系統(tǒng)、分析軟件5部分組成。光源采用LED冷光設(shè)計(jì),發(fā)光均勻,圖像清晰;注射單元采用高精度微量注射泵進(jìn)液,由軟件定量定速控制,滴液穩(wěn)定;樣品臺采用三維手動精調(diào)平臺,操作靈活、定位精準(zhǔn);采樣系統(tǒng)采用黑白進(jìn)口CCD相機(jī),拍攝穩(wěn)定;分析軟件功能較全面,具備一鍵式全自動擬合能力,可滿足不同形態(tài)液滴的擬合。
從圖3可知,噴霧粒徑測試主要儀器及工具包括激光粒度分析儀、高壓噴霧水泵、計(jì)算機(jī)分析控制系統(tǒng)等。計(jì)算機(jī)分析控制系統(tǒng)使用PAQXOS 4.1測量軟件,該軟件可定義、控制整個測量過程,并在試驗(yàn)結(jié)束后處理測量的粒度分布數(shù)據(jù)。
2.3試驗(yàn)內(nèi)容
2.3.1表面張力測試試驗(yàn)
液體從噴嘴噴出初始階段,表面張力會對射流霧化產(chǎn)生阻礙作用,所以表面張力對噴霧場霧化性能有重要影響。測量表面張力時,調(diào)節(jié)樣品臺和光源在同一高度,在進(jìn)樣器中裝入1mL待測礦井水后滴至測量臺,待測溶液與測量臺接觸瞬間,開始捕捉液滴形態(tài)。測量完畢后,利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)與圖像。
2.3.2噴霧霧化特性測試試驗(yàn)
噴霧霧化效果直接影響降塵效率,因此了解各溶液霧化特性和差異對降塵效果有重要意義。測量噴霧粒徑時,依次調(diào)節(jié)噴嘴與激光粒度儀距離為5,10,15,20,25cm,將噴嘴固定于支架上,設(shè)置激光粒度儀參數(shù)后開啟高壓水泵,調(diào)節(jié)水泵壓力為4 MPa,測試每組樣品在5個測點(diǎn)的粒徑分布,測試時間為30s,每組測試3次取平均值,測試結(jié)束后對結(jié)果進(jìn)行處理。
3、試驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1表面張力測試結(jié)果與分析
各溶液表面張力測試結(jié)果如圖4所示。
由圖4可知,純水、礦井水1#至4#、礦井水5#至8#表面張力平均值分別為57.73 mN/m、74.41 mN/m、66.03mN/m,純水表面張力明顯小于礦井水,隨著礦井水中Na+、K+數(shù)目減少,其表面張力顯著減弱。這是由于礦井水中Na+、K+離子濃度減小,靜電力吸附有效范圍擴(kuò)大,吸附作用隨之增強(qiáng),直至界面對離子的吸附作用逐漸大于排斥作用,因此表面張力呈現(xiàn)減小趨勢。由此可知,低離子濃度條件下,礦井水表面張力與其Na+、K+離子濃度呈正相關(guān)。在相同壓力條件下,表面張力決定霧滴粒徑分布,因此,純水噴霧霧化特性略優(yōu)于礦井水。綜上,礦井水中Na+、K+等離子濃度通過改變其表面張力間接影響噴霧霧化特性。針對煤礦井下粉塵治理,可將降塵用水進(jìn)行軟化除鹽處理后應(yīng)用于噴霧降塵,以期降低其表面張力,優(yōu)化噴霧霧化特性。
3.2噴霧霧化特性試驗(yàn)結(jié)果及分析
3.2.1噴霧粒徑分布
噴霧降塵效果與霧化特性參數(shù)密切相關(guān),其中霧滴粒徑是影響霧化特性的關(guān)鍵因素。9組溶液在15cm測點(diǎn)處的粒徑分布如圖5所示。由圖5可知,各溶液霧滴粒徑主要分布為25~75μm,純水、礦井水1#至4#和礦井水5#至8#噴霧粒徑位于該區(qū)間的平均比例分別為80.10%、55.87%、69.73%,礦井水1至8#的粒徑累積分布曲線斜率逐漸增加,這說明礦井水霧化效果不斷提升。由此可知,礦井水中Na+、K+離子濃度越低,霧滴粒徑分布越集中,其霧場更有利于呼吸性粉塵捕集。這是由于礦井水表面張力減小,霧滴破碎程度逐漸提高,致使霧滴細(xì)化且粒徑集中分布于25~75μm區(qū)間,這說明噴霧霧化特性隨表面張力減小不斷優(yōu)化,霧滴粒徑趨向均勻分布。綜上,礦井水中Na+、K+離子濃度差異改變其表面張力,從而影響噴霧粒徑分布、霧化百分比等特性。





