CN117309926B - 一种利用活性微纳米气泡水提高煤矸石识别准确率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用活性微纳米气泡水提高煤矸石识别准确率的方法，属于煤矸石分离技术领域。本发明首先将表面活性剂溶液制成活性微纳米气泡水；再将活性微纳米气泡水喷洒到煤的表面，之后测定温度即可识别煤矸石；其中表面活性剂溶液中的表面活性剂包含十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵和曲拉通‑100中的一种或几种。本发明中煤和煤矸石在接触到活性微纳米气泡水后会发生不同的反应，对于二者的润湿性影响不同，导致反应后的温度出现差异，使用红外测温仪进行扫描能够迅速识别，显示出不同颜色的图像，达到高效、迅速识别煤和煤矸石的目的。
Description
技术领域
本发明涉及煤矸石分离技术领域，尤其涉及一种利用活性微纳米气泡水提高煤矸石识别准确率的方法。
背景技术
煤矸石自动识别是综放开采实现智能化的关键核心技术。目前煤矸石识别存在的主要问题是识别精度和效率低。普通的红外煤矸石识别方法在煤和煤矸石的温度差异方面表现得不够明显，202210992996.3公开了一种基于化学喷雾和智能图像识别的井下煤矸分离装置，该方法采用低浓度氢氧化钠溶液通过化学喷雾装置在煤矸石表面喷洒，由于其与煤矸石反应产生热，而与煤反应微弱，可以在摄像装置和红外相机的作用下将煤矸石区分开。这种方法存在三方面的缺陷，一是由于低浓度氢氧化钠溶液与煤矸石反应较轻微，对煤矸石的温度变化不大，在红外相机上显示不够明显，识别不精确。二是反应时间较长，导致温度变化较慢，在红外测温相机下变化较慢，容易造成识别的滞后性，对煤矸石识别效率提高比较有限；三是在与煤和煤矸石反应时，氢氧化钠溶液会产生热量，容易造成井下生产危险，在井下并不适用。
因此，研究一种利用活性微纳米气泡水提高煤矸石识别准确率的方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用活性微纳米气泡水提高煤矸石识别准确率的方法，以解决现有技术中煤矸石识别准确率低的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种利用活性微纳米气泡水提高煤矸石识别准确率的方法，包括如下步骤：
（1）将表面活性剂溶液制成活性微纳米气泡水；
（2）将活性微纳米气泡水喷洒到煤的表面，之后测定温度即可识别煤矸石；
所述表面活性剂溶液中的表面活性剂包含十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵和曲拉通-100中的一种或几种。
作为优选，所述步骤（1）中，表面活性剂溶液的体积百分比浓度为0.1~0.6%。
作为优选，所述步骤（1）中，将表面活性剂溶液制成活性微纳米气泡水采用的装置为旋回式气液混合型微纳米气泡发生器。
作为优选，所述旋回式气液混合型微纳米气泡发生器的流量为15~25L/min，水压为0.2~0.5MPa，空气的进气量为200~400mL/min。
作为优选，所述煤包含无烟煤、烟煤或褐煤。
作为优选，所述步骤（2）中，煤和活性微纳米气泡水的质量体积比为1kg:4~8mL。
本发明的有益效果：
本发明通过将表面活性剂溶液制成活性微纳米气泡水，再将活性微纳米气泡水喷洒到煤的表面，煤和煤矸石在接触到活性微纳米气泡水后会发生不同的反应，对于二者的润湿性影响不同，导致反应后的温度出现差异，使用红外测温仪进行扫描能够迅速识别，显示出不同颜色的图像，达到高效、迅速识别煤和煤矸石的目的。
附图说明
图1为实施例1~5制成的活性微纳米气泡水分别喷洒到无烟煤的表面后表面张力的对比图；
图2为实施例6和实施例7制成的活性微纳米气泡水分别喷洒到无烟煤的表面接触角的对比图；
图3为实施例8制成的活性微纳米气泡水分别喷洒在无烟煤、烟煤和褐煤的表面接触角的对比图；
图4为对比实验的温差对比图。
具体实施方式
本发明提供了一种利用活性微纳米气泡水提高煤矸石识别准确率的方法，包括如下步骤：
（1）将表面活性剂溶液制成活性微纳米气泡水；
（2）将活性微纳米气泡水喷洒到煤的表面，之后测定温度即可识别煤矸石；
所述表面活性剂溶液中的表面活性剂包含十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵和曲拉通-100中的一种或几种。
在本发明中，所述表面活性剂优选为十二烷基苯磺酸钠和曲拉通-100、十二烷基三甲基溴化铵和曲拉通-100，进一步优选为十二烷基三甲基溴化铵和曲拉通-100。
在本发明中，所述步骤（1）中，表面活性剂溶液的体积百分比浓度为0.1~0.6%，优选为0.2~0.5%，进一步优选为0.3~0.4%。
在本发明中，所述步骤（1）中，将表面活性剂溶液制成活性微纳米气泡水采用的装置为旋回式气液混合型微纳米气泡发生器。
本发明采用旋回式气液混合型微纳米气泡发生器，旋回式气液混合型微纳米气泡发生技术是按照流体力学计算为依据进行结构设计的发生器，进入发生器的气液混合流体在压力作用下高速旋转，并在发生器的中部形成负压轴，利用负压轴的吸力可将液体中混合的气体或者外部接入的气体集中到负压轴上，当高速旋转的液体和气体在适当的压力下从特别设计的喷射口喷出时，由于喷口处混合气液的超高的旋转速度与气液密度比（1:1000）的力学上的相乘效果，在气液接触界面间产生高速强力的剪切及高频率的压力变动，形成极端条件，在这种条件下生成大量微米、纳米级气泡的同时具有打碎聚合分子团，形成小分子团活性水的效果，并能够将小部分水分子电离分解，可以在微纳米气泡空间中产生活性氧、氧离子、氢离子和氢氧离子等自由基离子，形成微纳米气泡，其中气泡的直径在10μm~500nm之间，这种气泡具有常规气泡所不具备的物理和化学性质。
在本发明中，所述旋回式气液混合型微纳米气泡发生器的流量为15~25L/min，优选为17~22L/min，进一步优选为20L/min；水压为0.2~0.5MPa，优选为0.3~0.4MPa，进一步优选为0.4MPa；空气的进气量为200~400mL/min，优选为250~350L/min，进一步优选为300L/min。
在本发明中，所述煤包含无烟煤、烟煤或褐煤。
在本发明中，所述步骤（2）中，煤和活性微纳米气泡水的质量体积比为1kg:4~8mL，优选为1kg:5~7mL，进一步优选为1kg:6mL。
由于煤中含氧官能团中氢原子可以与非离子表面活性剂中醚基的氧原子形成氢键，其作用力强度远大于煤矸石与表面活性剂分子之间的范德华力，使表面活性剂在煤表面形成优势吸附，在煤表面上的吸附量约为煤矸石表面吸附量的2.08倍，故增强煤润湿性程度比煤矸石高。本发明通过将表面活性剂溶液制成活性微纳米气泡水，与煤接触后，在煤的表面形成更多气泡薄膜，在原有的表面活性剂溶液的基础上扩大了对煤的润湿效果。将活性微纳米气泡水喷洒在煤的表面，能够与煤和煤矸石的表面发生接触附着，在蒸发的作用下，由于煤的润湿性得到了更大的提高，表面存在更多水的汇集现象，水珠的滞留导致挥发的时间延长，即降温的时间会变长，因此极大的扩大了煤和煤矸石之间的温差，在红外测温仪的作用下能更加轻易的区分出煤与煤矸石，达到精准放煤的效果。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将十二烷基苯磺酸钠和水配制成体积百分比浓度为0.4%的十二烷基苯磺酸钠溶液，然后将十二烷基苯磺酸钠溶液采用旋回式气液混合型微纳米气泡发生器，在流量为20L/min，水压为0.4MPa，空气的进气量为300L/min的条件下制成活性微纳米气泡水，记为R1，最后将活性微纳米气泡水喷洒到无烟煤的表面，其中煤和活性微纳气泡水的质量体积比为1kg:6mL，采用红外测温仪测定即可将煤矸石识别出来。
实施例2
将十二烷基三甲基溴化铵和水配制成体积百分比浓度为0.4%的十二烷基三甲基溴化铵溶液，然后将十二烷基三甲基溴化铵溶液采用旋回式气液混合型微纳米气泡发生器，在流量为20L/min，水压为0.4MPa，空气的进气量为300mL/min的条件下制成活性微纳米气泡水，记为R2，最后将活性微纳米气泡水喷洒到无烟煤的表面，其中煤和活性微纳气泡水的质量体积比为1kg:6mL，采用红外测温仪测定即可将煤矸石识别出来。
实施例3
将曲拉通-100和水配制成体积百分比浓度为0.4%的曲拉通-100溶液，然后将曲拉通-100溶液采用旋回式气液混合型微纳米气泡发生器，在流量为20L/min，水压为0.4MPa，空气的进气量为300mL/min的条件下制成活性微纳米气泡水，记为R3，最后将活性微纳米气泡水喷洒到无烟煤的表面，其中煤和活性微纳气泡水的质量体积比为1kg:6mL，采用红外测温仪测定即可将煤矸石识别出来。
实施例4
将十二烷基苯磺酸钠、曲拉通-100（十二烷基苯磺酸钠和曲拉通-100的体积比为1:1）和水配制成表面活性剂溶液（十二烷基苯磺酸钠和曲拉通-100的总体积百分比浓度为0.4%），然后将表面活性剂溶液采用旋回式气液混合型微纳米气泡发生器，在流量为20L/min，水压为0.4MPa，空气的进气量为300mL/min的条件下制成活性微纳米气泡水，记为R4，最后将活性微纳米气泡水喷洒到无烟煤的表面，其中煤和活性微纳气泡水的质量体积比为1kg:6mL，采用红外测温仪测定即可将煤矸石识别出来。
实施例5
将十二烷基三甲基溴化铵、曲拉通-100（十二烷基三甲基溴化铵和曲拉通-100的体积比为1:1）和水配制表面活性剂溶液（十二烷基三甲基溴化铵和曲拉通-100的总体积百分比浓度为0.4%），然后将表面活性剂溶液采用旋回式气液混合型微纳米气泡发生器，在流量为20L/min，水压为0.4MPa，空气的进气量为300mL/min的条件下制成活性微纳米气泡水，记为R5，最后将活性微纳米气泡水喷洒到无烟煤的表面，其中煤和活性微纳米气泡水的质量体积比为1kg:6mL，采用红外测温仪测定即可将煤矸石识别出来。
将实施例1~5制成的活性微纳米气泡水分别喷洒到无烟煤的表面，测定喷洒后的无烟煤的表面张力，结果如图1所示。从图1可以看出，R5相比于R1、R2和R3，对无烟煤的表面张力都有着巨大的提升，而R4相较于R1和R3却有着微微下降的趋势。这说明，选择合适种类的表面活性剂进行复配，可以极大增强对于煤的润湿效果，表面活性剂复配制成活性微纳米气泡水能够产生协同增效作用。
实施例6
将十二烷基三甲基溴化铵、曲拉通-100（十二烷基三甲基溴化铵和曲拉通-100的体积比为1:1）配制成表面活性剂溶液（十二烷基三甲基溴化铵和曲拉通-100的总体积百分比浓度分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%），然后分别将配好的表面活性剂溶液采用旋回式气液混合型微纳米气泡发生器，在流量为20L/min，水压为0.5MPa，空气的进气量为400mL/min的条件下制成活性微纳米气泡水，最后将活性微纳米气泡水分别喷洒到无烟煤的表面，其中煤和活性微纳气泡水的质量体积比为1kg:6mL，采用红外测温仪测定即可将煤矸石识别出来。
对实施例6喷洒后的无烟煤进行接触角测试，结果如图2所示。
实施例7
将十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵（十二烷基苯磺酸钠和十二烷基三甲基溴化铵的体积比为1:1）和水配制成表面活性剂溶液（其中十二烷基苯磺酸钠和十二烷基三甲基溴化铵的总体积百分比浓度分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%），然后分别将配好的表面活性剂溶液采用旋回式气液混合型微纳米气泡发生器，在流量为20L/min，水压为0.5MPa，空气的进气量为400mL/min的条件下制成活性微纳米气泡水，最后将活性微纳米气泡水分别喷洒到无烟煤的表面，其中煤和活性微纳气泡水的质量体积比为1kg:6mL，采用红外测温仪测定即可将煤矸石识别出来。
对实施例7喷洒后的无烟煤进行接触角测试，结果如图2所示。
从图2可以看出，在实施例6中，随着表面活性剂浓度的上升，无烟煤的表面接触角逐渐降低，在浓度为0.4%之前接触角下降速率快，但达到0.4%之后，随着浓度的增加，接触角下降速率持续变缓；在实施例7中，随着表面活性剂浓度上升，无烟煤的表面接触角逐渐降低，在浓度为0.2%之前接触角下降速率快，但达到0.2%之后，随着浓度的增加，接触角下降速率持续变缓。这个现象表明，随着浓度的增加，无烟煤接触角会逐渐降低，但是随着浓度到达一定程度，对接触角的影响程度会逐渐变缓。
实施例8
分别按照十二烷基苯磺酸钠和曲拉通-100的体积比为1:1、十二烷基三甲基溴化铵和曲拉通-100的体积比为1:1、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基三甲基溴化铵的体积比1:1和水配制成表面活性剂溶液，三种表面活性剂溶液中表面活性剂总的体积百分比浓度为0.4%，然后将三种表面活性剂溶液采用旋回式气液混合型微纳米气泡发生器，在流量为20L/min，水压为0.2MPa，空气的进气量为200mL/min的条件下制成活性微纳米气泡水，分别记为T1、T2、T3，最后将T1、T2、T3分别喷洒在无烟煤、烟煤和褐煤的表面，其中煤和活性微纳气泡水的质量体积比为1kg:6mL，进行接触角测试，结果如图3所示。
从图3可以看出，不同的表面活性剂制得的活性微纳米气泡水对于不同种类的煤的润湿效果不同，对于褐煤来说，其接触角大小为T1>T2>T3。对于烟煤来说，其接触角大小为T3>T2>T1。对于无烟煤来说，其接触角大小排名为T1>T2>T3。这表明了不同的煤样品对复配表面活性剂的敏感度不一样，针对不同煤样选取不同的表面活性剂进行复配，可以最大程度的提高煤样的湿润性。
对比实验：
将浓度为1mol/L的盐酸溶液（图4中的强酸）、1mol/L的氢氧化钠溶液（图4中的强碱）、去离子水（图4中的清水）、浓度为0.1%的十二烷基三甲基溴化铵溶液（图4中的表面活性剂）、浓度为0.1%的十二烷基三甲基溴化铵溶液制成的活性微纳米气泡水（图4中的活性微纳米气泡水），分别喷洒在无烟煤的表面，其中煤和各种溶液的质量体积比均为1kg:6mL，之后测定煤和煤矸石的温差，结果如图4所示，图4中的空白指未喷洒任何溶液。从图4可以看出，活性微纳米气泡水能进一步提高煤和煤矸石的温差。
由以上实施例可知，本发明提供了一种利用活性微纳米气泡水提高煤矸石识别准确率的方法，首先将表面活性剂溶液制成活性微纳米气泡水；再将活性微纳米气泡水喷洒到煤的表面，之后测定温度即可识别煤矸石；其中表面活性剂溶液中的表面活性剂包含十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵和曲拉通-100中的一种或几种。本发明中煤和煤矸石在接触到活性微纳米气泡水后会发生不同的反应，对于二者的润湿性影响不同，导致反应后的温度出现差异，使用红外测温仪进行扫描能够迅速识别，显示出不同颜色的图像，达到高效、迅速识别煤和煤矸石的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种利用活性微纳米气泡水提高煤矸石识别准确率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将表面活性剂溶液制成活性微纳米气泡水；
(2)将活性微纳米气泡水喷洒到煤的表面，之后测定温度即可识别煤矸石；
所述表面活性剂溶液中的表面活性剂包含十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵和曲拉通-100中的一种或几种；
所述步骤(1)中，表面活性剂溶液的体积百分比浓度为0.1～0.6％；
所述步骤(1)中，将表面活性剂溶液制成活性微纳米气泡水采用的装置为旋回式气液混合型微纳米气泡发生器；
所述旋回式气液混合型微纳米气泡发生器的流量为15～25L/min，水压为0.2～0.5MPa，空气的进气量为200～400mL/min。
2.根据权利要求1所述的利用活性微纳米气泡水提高煤矸石识别准确率的方法，其特征在于，所述煤包含无烟煤、烟煤或褐煤。
3.根据权利要求2所述的利用活性微纳米气泡水提高煤矸石识别准确率的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，煤和活性微纳米气泡水的质量体积比为1kg:4～8mL。
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