一种获得煤泥滤饼动态生长规律的方法与流程

本发明涉及一种煤泥滤饼结构的研究方法，具体的是一种获得煤泥滤饼动态生长规律的方法。

背景技术：

现如今，随着我国国民经济的高速发展，人民生活水平的不断提高，社会各界对煤炭产品的要求也越来越高，因此选煤事业的发展刻不容缓，以推动合理、高效、洁净地利用煤炭资源。煤炭要实现清洁利用主要通过洗选来达到，目前我国洗选比例已超过60%。但是由于所采煤质的降低、采煤机械化程度的提高、洗选过程中浮选药剂的残留等原因，使得细粒煤的脱水成为煤炭洗选过程亟待解决的一大难题，同时也对洁净煤技术的发展提出了一定的挑战。

随着选煤技术的发展，在大多数选煤厂中，湿法选煤占据主要地位，由此带来的问题便是最终煤炭产品中的水分需要脱除。目前，选煤厂中的精煤水分需要控制在10%才能达到客户要求，部分高寒地区或是需要出口的精煤则需要水分低于8%。据有关资料研究表明，精煤水分每上升1%，炼焦时长增加10-20min，焦炭产量减少3%-4%。

因此，细粒煤的脱水是选煤过程中不可忽视的一个环节，脱水对固液两相体系而言，就是固液分离的过程。在过滤过程中，一方面，煤泥特性、煤浆的性质、药剂制度等影响着滤饼的形成，另一方面，滤饼结构在很大程度上影响水分的排出，所以，从滤饼的结构出发，分析细粒煤脱水过程的机理对改善脱水效果也是非常必要的。而滤饼结构在整个过滤过程中呈现出动态变化的特点，随着过滤的进行，煤泥颗粒逐渐沉积形成滤饼，液体对颗粒的拖拽力、颗粒间的挤压力等均会导致滤饼的结构发生变化，进而影响过滤的进行。因而，研究过滤过程中，滤饼的动态生长规律就显得尤为重要，只有深化过滤过程中整体的滤饼结构的研究，才能优化过滤过程，获得理想的过滤效果。

熊汉桥等人在“钻井完井中动态外滤饼形成的数学模型研究（《天然气技术与经济》,2010,04(1):42-44）”中研究了钻井完井液中固相颗粒侵入地层造成地层损害的基础上，建立了固相颗粒在静、动态条件下形成外滤饼的数学模型，量化了滤饼质量与各相关参数之间的关系。黄冲等人在“过滤用离心机中浆料脱水和滤饼生成的模型（《现代矿业》,1994(24):9-15）”中开发了一个新的分析模型用于对筐式离心机的离心滤液流量数据进行分析，从而能够预测机筐中沉积的固体质量以及它的沉积速度。许莉等人在“动态过滤滤饼结构的研究（《流体机械》,2000,28(5):26-28）”中对过滤结束时的滤饼结构进行了分析，提出了以滤饼孔隙尺寸特征参数c表征滤饼孔隙结构，探讨了十字流微滤滤饼结构及性能的变化规律。朱辉等人在“滤饼生长模拟及其分形特性（《桂林航天工业学院学报》,2010,15(1):1-4）”中基于受限扩散凝聚模型(dla)，建立纤维过滤介质表面二维滤饼的生长模型。模拟中考虑了颗粒粒径分布对滤饼孔隙结构的影响。但是，众多学者对于滤饼的动态生长的研究主要集中在数值模拟阶段，本发明旨在提出一种利用试验的手段来获得煤泥滤饼动态生长规律的方法，该方法比数值模拟更具有真实性，更可靠。

技术实现要素：

本发明所要解决的具体问题是如何通过试验研究的手段获取不同过滤时刻下滤饼内部结构的信息，进而得到滤饼的动态生长规律，其目的在于提供一种获得煤泥滤饼动态生长规律的方法，用以弥补当前利用试验方法来获得滤饼生长规律方面的不足，进而从滤饼结构上优化过滤过程，得到理想的过滤效果。

为实现上述技术目的，本发明所采取的技术解决方案如下。

一种获得煤泥滤饼动态生长规律的方法，所述方法是按下列步骤进行的：

（1）将原煤烘干至空气干燥状态，破碎至小于0.5mm粒度备用；

（2）将原煤用去离子水配制成200g/l的悬浮液，打开真空泵，将煤泥搅拌均匀后一次性注入布氏漏斗中，并从液体计量管读取并记录等体积的滤液所间隔的时间，过滤一定时间后，停止过滤，将漏斗中未形成滤饼的煤泥移出，获取已形成的滤饼；重复上述操作，进行不同时长的过滤，获取不同时长的滤饼；

（3）取不同时长的滤饼，待滤饼部分干燥后，用小刀对其进行切片，将切好的滤饼置于空气中自然晾干，待滤饼的各个剖面干燥后，将滤饼置于电子显微镜下放大观察并拍照，获得滤饼各剖面照片后，利用图像处理软件求得滤饼各层的孔隙率和分形维数，进而从结构上获得滤饼的动态生长规律。

在上述技术方案中，所述打开真空泵的抽真空度是4±0.1×10⁴pa；所述进行不同时长的过滤是选择不同煤样的过滤时间，获取滤饼在整个过滤过程中的变化规律；所述用小刀对其进行切片是将滤饼切成上、中、下横剖面及纵剖面，且每个剖面均有平行样结构的切片；所述电子显微镜下放大是放大横剖面放大100倍，放大纵剖面30倍；所述获得滤饼各剖面照片后是应当对滤饼照片进行灰度处理；所述利用图像处理软件求得滤饼各层的孔隙率和分形维数是根据照片的实际情况而选择并用图像处理软件分析滤饼各剖面的孔隙率和分形维数。

本发明上述所提供的一种获得煤泥滤饼动态生长规律的方法，与现有技术相比，其优点与积极效果在于：一是本方法相对于现有的模拟手段，更能体现真实的滤饼的动态生长规律；二是对试验仪器要求较低，设备上易于实现；三是通过对不同过滤时间下滤饼结构的获取，更能反映过滤过程中滤饼的动态生长规律；四是对滤饼各层的结构分析，能够全面得到滤饼不同位置的结构在整个过滤过程中的变化规律。

附图说明

图1是本方法过滤1min时滤饼上表面的显微图像图。

图2是本方法过滤2min时滤饼上表面的显微图像图。

图3是本方法过滤3min时滤饼上表面的显微图像图。

图4是本方法过滤4min时滤饼上表面的显微图像图。

图5是本方法过滤5min时滤饼上表面的显微图像图。

图6是本方法过滤10min时滤饼上表面的显微图像图。

图7是本方法过滤1min时滤饼纵剖面显微镜图像图。

图8是本方法过滤2min时滤饼纵剖面显微镜图像图。

图9是本方法过滤3min时滤饼纵剖面显微镜图像图。

图10是本方法过滤4min时滤饼纵剖面显微镜图像图。

图11是本方法过滤5min时滤饼纵剖面显微镜图像图。

图12是本方法过滤10min时滤饼纵剖面显微镜图像图。

图13是本方法过滤1min时滤饼上表面的显微图像灰度处理图。

图14是本方法在不同脱水时间下滤饼上表面和纵剖面的分形维数表图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

实施例1

实施一种基于试验手段获得煤泥滤饼动态生长规律的方法，该方法的具体步骤如下：

步骤一：将贫煤破碎至-0.5mm并且烘干至空气干燥状态备用；

步骤二：称取-0.5mm的贫煤20g，用去离子水将其配制成200g/l的煤泥悬浮液，用玻璃棒搅拌均匀；

步骤三：打开真空泵，将真空度调节至4±0.1×10⁴pa，将煤泥悬浮液一次性注入布氏漏斗中，并且从液体计量管读取并记录等体积的滤液所间隔的时间，过滤开始1min后，停止过滤，将漏斗中未形成滤饼的煤泥从漏斗上端倒出，然后取出已形成的滤饼。之后重复上述操作，过滤2min后，停止过滤，以此类推，分别进行3min、4min、5min（表面水消失）和10min的过滤。

步骤四：取出不同过滤时间下形成的滤饼，待滤饼部分干燥后，用小刀对其进行切片，分别得到滤饼上、中、下层和纵剖面的切片，且每个剖面均有平行样结构的切片；

步骤五：将切好的滤饼放置在空气中自然晾干至完全干燥状态；

步骤六：待滤饼的各个剖面完全干燥后，将滤饼放置在电子显微镜下放大观察并拍照，其中横剖面放大100倍，纵剖面放大30倍。

步骤七：将滤饼各剖面照片进行灰度处理。

步骤八：利用图像处理软件根据灰度处理后的滤饼照片求得滤饼各层的孔隙率和分形维数，进而从结构上获得滤饼的动态生长规律。

下面以过滤过程中滤饼的上表面和纵剖面的生长规律为例进行说明：

过滤过程中滤饼的上表面的生长规律见附图1-附图7所述，过滤过程中滤饼的纵剖面的生长规律见附图8-附图13所述。不同脱水时间下滤饼上表面和纵剖面的分形维数变化间附表图14。

将统计结果进行拟合，得到滤饼上表面的孔隙率随过滤时间变化的数学模型为：

y=0.673x²–9.982x+40.37r²=0.796(1)

滤饼纵剖面的孔隙率随过滤时间变化的数学模型为：

y=0.291x²–4.223x+45.15r²=0.678(2)

依据上述数学模型，能够得出在过滤过程中某一时刻的滤饼上表面及纵剖面孔隙率，进而得到孔隙率在滤饼生长过程中的变化规律，根据孔隙率的大小判断脱水的难易程度，进而及时指导生产实践。

由附表图可知，滤饼在形成过程中上表面和纵剖面的分形维数的变化，由分形维数得知不同阶段的滤饼脱水的难易程度。

以上所述，只是本发明一个简单应用实例，并非对本发明的技术应用范围作任何限制，但凡依本发明的权利要求和权利说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。