超声波在煤炭领域里的影响

　　庞庄煤属于烟煤，其煤化程度中等偏低。由于庞庄煤内在水分较低，哈式可磨指数较高，挥发分大于28％，灰熔点高于1250℃，可以预测该煤种是比较理想的制浆用煤。对煤粉粒径分布的影响在超声发射强度为60W／cm2，频率为20kHz和辐照时间为5min的条件下。可以看出，浆体经超声作用后，160μm以下的煤粒含量提高，即煤粉中细级煤粒的比例增加。超声处理水煤浆时，不仅存在着强烈的超声振动，而且超声在煤浆中发生空化作用，空化泡发生不对称崩溃时，会产生瞬间高温和高压，形成高速射流以破碎煤浆中的煤粒，使其由大粒子向小粒子转变。同时，超声辐照还具有很强的分散作用，使煤浆中的煤粒团聚状态由大粒子簇向小粒子簇转变。

　　制浆时多采用“双峰”级配技术一般要求煤粉粒度的上限为300μm，其中小于74μm的含量不少于75％。庞庄煤在辐照前后74μm以下的煤粒含量分别为75％与80％，说明超声处理使煤粉粒度分布更趋合理，填充效率提高，有利于庞庄煤成浆。水煤浆未经超声处理时，萘油添加剂在300mg／L时即在煤粒上达到吸附平衡，大吸附量为0.63mg／g。浆体经超声作用后，萘油添加剂在煤表面上的饱和吸附浓度增加至350mg／L，大吸附量（0.77mg／g）比辐照前有较大幅度的增加。庞庄煤对萘油添加剂的吸附量与煤粉的比表面积休戚相关，煤粉的比表面积越大，对添加剂饱和吸附量越高。超声作用致使水煤浆中煤粉级配向细的方向转化，增加了煤粉的比表面积，导致煤粉对添加剂的吸附量增加。

　　吸附参数K的大小用来描述煤粉对添加剂吸附能力的强弱，K值越大，吸附能力越强，因此，辐照处理后的煤粉对萘油添加剂具有更大的亲合作用，超声波强化了萘油添加剂对煤粉的作用效果。保持超声发射强度为60W／cm2，煤浆浓度为68.7％，。可以看出，添加剂用量为1％时，煤浆在超声作用0￣3min内粘度下降，3min后煤浆粘度显著升高；而添加剂用量为2％时，浆体的粘度在超声5min内一直降低。由于超声空化对煤粒的作用，煤粉向细粒子转化，煤粒对添加剂的饱和吸附量增加，但在超声作用时间为0￣3min时，1％的添加剂用量仍能满足煤粒的饱和吸附，此时，煤粒与添加剂间的作用更加充分，使得浆体粘度降低。当作用时间超过3min，煤粉中细粒子含量进一步提高，煤粒饱和吸附量逐步增加，致使1％的添加剂用量达不到煤粒饱和吸附所需的量，因而煤浆粘度升高。2％的添加剂用量可以满足超声作用5min后煤粉对添加剂的饱和吸附量，所以煤浆的粘度在试验超声时间范围内逐渐降低。

　　强化水煤浆的稳定性超声作用能显著提高水煤浆的静态稳定性。超声强度越大，作用时间越长，浆体稳定性就越好。在煤浆浓度为67.9％，超声发射强度为120W／cm2，作用时间为5min时，煤浆的稳定性由原来的0.5d提高到9d。水煤浆煤粉粒度分布在0.375μm￣300μm之间，属于粗分散体系，由于粒子大于10μm，此时重力场是影响浆体稳定性的重要因素。超声作用的空化作用不仅使煤浆中的粒子簇变小，还使单煤粉粒径减小，重力的影响逐渐减弱，布朗运动逐渐增强，从而使静态稳定性得以提高。超声不仅使煤浆中的煤粉级配向细粒子方向转化，比表面积增加，导致煤粉对萘油添加剂的饱和吸附量增大，而且显著提高了浆体的静态稳定性，弥补了单独使用萘油添加剂对庞庄煤制浆稳定性偏差的缺憾。在一定超声作用时间范围内，庞庄煤浆粘度出现不同的变化趋势，这主要取决于萘油添加剂的加入量与煤粉对添加剂饱和吸附量的相对大小。可以看出，在一定条件下，超声和萘油添加剂组合对庞庄煤可制得稳定、廉价的优质煤浆，在实验室研究中是一种行之有效的制浆技术，但欲使超声波应用于水煤浆的大规模工业生产，仍需做大量的研究工作。