环保型矿用浓缩液的研究与应用
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第 37卷第 6期 2009年 6月
煤炭科学技术
Coal Science and Technology
煤炭加工与环保
环保型矿用浓缩液的研究与应用
Vol137 No16 Jun. 2009
韩 勇, 杜 勇, 王玉超, 沈 栋, 赵玉玲
(煤炭科学研究总院 检测研究分院 矿用油品研究所, 北京 100013 )
从表 2可以看出: 4种液压液生物降解性能由 高到低的次序依次为: A > B> C> D。根据降解程 度判定标准可以看出, 浓缩液 A 的生物降解性能 良好, 浓缩液 B为可生物降解类, 它们都可以通 过生化的方法进行处理。而微乳 液 C和 乳化油 D 的生物降解性较差, 属于难生物降解类。 21314 总有机碳 ( TOC) 分析
样品分别选用本课题组研制的新型液压支架浓 缩液 A和国外品牌同类型的浓缩液 B, 以及国外品
韩 勇等: 环保型矿用浓缩液的研究与应用
牌的微乳液 C和常规乳化油 D, 共计 4种样品。 在测试过程中为了避免乳化油和微乳液体系中
油、皂的析出, 确保在试验周期内各个配液体系具 有较高的稳定性, 故 该试验中选择 蒸馏水进行配 液。由于 4种液压液化学需氧量存在较大差异, 为 了确保每组试验测定的准确性, 根据试验确定, A、 B、 C、 D 四种液压液适宜的试验质量浓度分别 为 012% , 0115% , 011% 和 0102% 。 21313 BOD5 /COD值测试结果
基金项目: 国家科技部科研院所技术开发专项基金资 助项目 ( NC2 STE- 2006 - JKZX- 182)
性、稳定性的要求要高于普通支架系统的要求。而 目前使用的传动介质多为乳化液 (含质量分数 5% 乳化油和 95% 的水 ), 且耗用量逐年增加。由于现 用乳化油以矿物油为主要原料调制, 矿物油所占比 例约 50% (其余为表面活性剂和添加剂 ), 因而乳 化液排放后遇到各种情况会不断自行破乳, 使矿物 油游离出来, 矿物油性能较为稳定, 不易降解, 成 为主要污染成分, 污染环境, 特别是严重污染矿井 水资源, 矿井水资源的污染又加大了净化处理的难 度。由于稳定性差, 析出物、油泥不断积累, 严重 污染系统及经常堵塞系统的过滤器组件、阀芯、先 导阀等, 影响电液控制, 造成液压支架动作失常, 严重时导致系统爆管, 影响安全生产; 经常拆卸、 清理过滤器、阀芯、先导阀, 会造成部件损坏。据
油 ) 作为载体, 配合乳化剂、防锈剂等添加剂, 调配为乳化油, 与水形成乳化液。由于乳化液稳定 性差, 易破乳析油析皂堵塞系统, 同时对井下水资 源产生矿物油污染。
为从根本上解决此难题, 新的配方体系选择以 水为载体的水基体系, 以避免矿物油析出, 堵塞系 统, 避免矿物油污染地下水资源; 选择易生物降解 的资源丰富的植物油合成亲水性润滑添加剂, 以保 证浓缩液的润滑性能和环保性能。
油的更新换代产品。
关键词: 浓缩液; 可生物降解; 电液控制系统; 液压支架
中图分类号: TQ3141255 文献标志码: A
文章编号: 0253- 2336 ( 2009) 06- 0119- 04
R esearch and App lication of E nvironm en ta lM ine C oncen tra ted L iqu id
K ey word s: concentrated liquid; b iologica l degradation; e lectr ic and hydrau lic control system; hydraulic powered support
1概 述
随着煤矿综采自动化程度的提高, 液压支架与 电液控制系统技术配套已成为发展趋势, 并逐渐成 为新建高产矿井工作 面的首选。目 前我国已在神 东、兖州等矿区率先使用, 仅神东公司就拥有十几 个电液控制系统综采工作面, 且每年以新增 3~ 4 个综采工作面的速度发展电液控制系统, 该系统的 控制阀结构复杂, 过滤精度要求达到 25 Lm, 明显 高于传统液压支架系统中常用的 100~ 125 Lm 过 滤精度。因此, 电液 控制系统对液 压介质的洁净
该试验依据煤炭行业标准 MT76- 2002 5液压 支架 (柱 ) 用乳化油、浓缩物及其高含水液压液 6 进行; 试液的表面张力用 JYW - 200 自动表、界面 张力仪测量; 消泡性 试验依据 GB /T 6144 - 1985 5合成切削液 6 进行, 在具塞量筒中注入 50 mL试 液进行振荡消泡试验。各项试验结果见表 1。
15号钢棒无锈蚀
15 号钢棒应无锈蚀
6461 8 N( 66kgf)
\ 392N ( 40kgf)
2133
[ 100
防腐蚀性
62号黄铜棒 无色变、无腐蚀
62 号黄铜棒应 无色变、无腐蚀
密封材料相容性 /% 体积膨胀率 21 16
体积膨胀率 [ 6% 且不允许收缩
表面张力 / ( mN# m - 1 )
摘 要: 传统乳化液易析油析皂堵塞系统, 已不适用于电液控制系统, 且其泄漏和排放造成地下水 资源的污染。针对电液控制系统的特点, 研究开发了一种稳定性优越、洁净度高的新型浓缩液产
品, 通过大量试验, 对其可生物降解性能及各项综合性能进行了深入研究, 并在神东公司榆家梁煤
矿 44214综采工作面和平朔煤炭工业公司安家岭一号地下矿 9002工作面进行了井下工业性试验。 结果表明, 该浓缩液的各项性能充分满足电液控制系统的要求, 其生物降解性能良好, 是传统乳化
1 19
2009年第 6期
煤炭科学技术
第 37卷
统计, 80% 的液压系统故障是由于油液清洁度不合 格造成的。因此, 研制稳定性优越、洁净度高、生 物降解性能良好的环保型液压支架用液, 既顺应了 液压支架电液控制系统的发展, 又符合国家环境和 资源保护的要求。
2试 验
211 配方组成 传统的乳化油其配方体系是以基础油 (矿物
Anjialing No11 M ine of P ingshuo Coal Industr ia l Com pany. The resu lts showed tha t each per form ance of the concen tra ted liqu id cou ld be fully tom eet the requ irements of the e lec tric and hydraulic con trol system. The b iological degrada tion perform ances of the liqu id were ex2 ce llent. The liquid could be the new genera tion product of the conventional emu ls ion oi.l
sion would cause the pollu tion to the underground water resources. Accord ing to the features of the e lec tric and hydraulic control system, a new concentrated liquid product w ith a stab ility exce llent and cleanness high was researched and developed. W ith great num bers of the tests, the b iological degradation performances and each com prehensive perform ance we re in detail stud ied. The industrial trials were con2 ducted in the No144214 fully m echanized coa lm in ing face of Yu jialiang M ine, Shendong Com pany and the No19002 coa lm in ing face of
HAN Yong, DU Yong, WANG Yu2chao, SH EN Dong, ZHAO Yu2ling
(R esearch Institu te of M ineO il Products, Inspection and M ea su rem en t B ran ch, Ch ina Coa l R esearch Institu te, Beijing 100013, Ch ina ) Abstr ac t: The conventiona l em ulsion was easy to sepa rate oil and soap and to jam the system. The leakage and d ischarging of the em ul2
透明均一流体
透明均一流体
无刺激性气味
应无刺激性气味
无
\ 110
- 8~ - 23
[ -5
恢复原状
5 个循环后应恢复原状
wk.baidu.com
均匀分散
应能均匀分散
910
71 5 ~ 91 0
析出物 < 01 1%
析出物 [ 01 1%
析出物 < 01 1%
析出物 [ 01 1%
无析出物
应无析出物
铸铁无锈迹、无色变 铸铁应无锈迹或色变
根据液压支架对液压液润滑、防锈、防腐蚀、 密封材料相容性等要求, 浓缩液在配方设计中引入 相关组分, 如: 复合润滑剂、分散剂、稳定剂、防 锈防腐蚀剂、消泡剂等。使用质量浓度为 5% 。由 于不含基础油, 合成的几种亲水性润滑剂与分散剂 互相增溶, 形成了热力学稳定体系, 因此稳定性大 幅提高; 加之使用高效的、具有协同作用的防锈防 腐蚀剂, 从而提高了整体性能。 212 浓缩液的各项性能试验结果
4种液压液 BOD5 /COD 值的测试结果见表 2。
样品
表 2 所选 4种液压液的 BOD5 /COD值
BOD5 /COD值 降解程度判定标准
结论
A
01 52
B
01 40
C
01 24
D
01 09
01 45~ 01 58 01 3~ 01 45
< 0130 < 0130
生物降解性能良好 可生物降解 难生物降解 难生物降解
原液 221 66, 5% 稀释液 261 51
JYW - 200 自动 表和界面张力仪
消泡性
2 mL /2m in (振荡 后静置 2 m in时, 残泡体积为 2 mL )
[ 2 mL /10m in, GB /T 6144 19855合成切削液 6
五日生化需氧量 ( BOD5 ) 是微生物在氧充足 的条件下, 在 5 d周期内, 进行生物降解有机物时 所消耗的水中溶解氧量, 用以表示污水中有机物量 的综合指标。因此, 可以把测得的 BOD5值, 当作 是可降解的有机物量, 而 COD 代表的则是全部有 机物, 所以 BOD5 /COD 比值可以反 映水基液压液 中有机物的可降解程度。 21312 试验样品的选择与配液
12 0
氧化有机物时所消耗氧的量, 用来间接表示污水中
有机物数量的一种综合性指标, 重铬酸钾与有机物
反应的方程式如下:
2C
r62+
O
27
+ 16H+ + 3C(代表有机物 )
SO24-
4C r3+ + 8H2 O + 3CO2 {
表 1 浓缩液的各项性能试验结果
项目
结果
标准要求
外观 气味 闪点 /e 凝点 /e 耐冻融性 水中分散性 pH 值 热稳定性 室温稳定性 振荡稳定性 防锈性 防腐蚀性 润滑性 ( PB值 ) 运动粘度 40e / (mm 2# s- 1 )
由表 1 可见, 浓缩液的 稳定性、防锈防腐蚀 性、润滑性优良, 各 项性能指标均 满足行业标准 5液压支架 (柱 ) 用乳化油、浓缩物及其高含水液 压液 6 的要求, 且消泡迅速。 213 生物降解性试验 21311 试验原理
水基液压液中的有机污染物有些可被微生物降 解, 有 些则 不 易被 微生 物 降解。化学 需 氧量 ( COD) 是以重 铬酸钾为氧化剂, 在 一定条件下,
煤炭科学技术
Coal Science and Technology
煤炭加工与环保
环保型矿用浓缩液的研究与应用
Vol137 No16 Jun. 2009
韩 勇, 杜 勇, 王玉超, 沈 栋, 赵玉玲
(煤炭科学研究总院 检测研究分院 矿用油品研究所, 北京 100013 )
从表 2可以看出: 4种液压液生物降解性能由 高到低的次序依次为: A > B> C> D。根据降解程 度判定标准可以看出, 浓缩液 A 的生物降解性能 良好, 浓缩液 B为可生物降解类, 它们都可以通 过生化的方法进行处理。而微乳 液 C和 乳化油 D 的生物降解性较差, 属于难生物降解类。 21314 总有机碳 ( TOC) 分析
样品分别选用本课题组研制的新型液压支架浓 缩液 A和国外品牌同类型的浓缩液 B, 以及国外品
韩 勇等: 环保型矿用浓缩液的研究与应用
牌的微乳液 C和常规乳化油 D, 共计 4种样品。 在测试过程中为了避免乳化油和微乳液体系中
油、皂的析出, 确保在试验周期内各个配液体系具 有较高的稳定性, 故 该试验中选择 蒸馏水进行配 液。由于 4种液压液化学需氧量存在较大差异, 为 了确保每组试验测定的准确性, 根据试验确定, A、 B、 C、 D 四种液压液适宜的试验质量浓度分别 为 012% , 0115% , 011% 和 0102% 。 21313 BOD5 /COD值测试结果
基金项目: 国家科技部科研院所技术开发专项基金资 助项目 ( NC2 STE- 2006 - JKZX- 182)
性、稳定性的要求要高于普通支架系统的要求。而 目前使用的传动介质多为乳化液 (含质量分数 5% 乳化油和 95% 的水 ), 且耗用量逐年增加。由于现 用乳化油以矿物油为主要原料调制, 矿物油所占比 例约 50% (其余为表面活性剂和添加剂 ), 因而乳 化液排放后遇到各种情况会不断自行破乳, 使矿物 油游离出来, 矿物油性能较为稳定, 不易降解, 成 为主要污染成分, 污染环境, 特别是严重污染矿井 水资源, 矿井水资源的污染又加大了净化处理的难 度。由于稳定性差, 析出物、油泥不断积累, 严重 污染系统及经常堵塞系统的过滤器组件、阀芯、先 导阀等, 影响电液控制, 造成液压支架动作失常, 严重时导致系统爆管, 影响安全生产; 经常拆卸、 清理过滤器、阀芯、先导阀, 会造成部件损坏。据
油 ) 作为载体, 配合乳化剂、防锈剂等添加剂, 调配为乳化油, 与水形成乳化液。由于乳化液稳定 性差, 易破乳析油析皂堵塞系统, 同时对井下水资 源产生矿物油污染。
为从根本上解决此难题, 新的配方体系选择以 水为载体的水基体系, 以避免矿物油析出, 堵塞系 统, 避免矿物油污染地下水资源; 选择易生物降解 的资源丰富的植物油合成亲水性润滑添加剂, 以保 证浓缩液的润滑性能和环保性能。
油的更新换代产品。
关键词: 浓缩液; 可生物降解; 电液控制系统; 液压支架
中图分类号: TQ3141255 文献标志码: A
文章编号: 0253- 2336 ( 2009) 06- 0119- 04
R esearch and App lication of E nvironm en ta lM ine C oncen tra ted L iqu id
K ey word s: concentrated liquid; b iologica l degradation; e lectr ic and hydrau lic control system; hydraulic powered support
1概 述
随着煤矿综采自动化程度的提高, 液压支架与 电液控制系统技术配套已成为发展趋势, 并逐渐成 为新建高产矿井工作 面的首选。目 前我国已在神 东、兖州等矿区率先使用, 仅神东公司就拥有十几 个电液控制系统综采工作面, 且每年以新增 3~ 4 个综采工作面的速度发展电液控制系统, 该系统的 控制阀结构复杂, 过滤精度要求达到 25 Lm, 明显 高于传统液压支架系统中常用的 100~ 125 Lm 过 滤精度。因此, 电液 控制系统对液 压介质的洁净
该试验依据煤炭行业标准 MT76- 2002 5液压 支架 (柱 ) 用乳化油、浓缩物及其高含水液压液 6 进行; 试液的表面张力用 JYW - 200 自动表、界面 张力仪测量; 消泡性 试验依据 GB /T 6144 - 1985 5合成切削液 6 进行, 在具塞量筒中注入 50 mL试 液进行振荡消泡试验。各项试验结果见表 1。
15号钢棒无锈蚀
15 号钢棒应无锈蚀
6461 8 N( 66kgf)
\ 392N ( 40kgf)
2133
[ 100
防腐蚀性
62号黄铜棒 无色变、无腐蚀
62 号黄铜棒应 无色变、无腐蚀
密封材料相容性 /% 体积膨胀率 21 16
体积膨胀率 [ 6% 且不允许收缩
表面张力 / ( mN# m - 1 )
摘 要: 传统乳化液易析油析皂堵塞系统, 已不适用于电液控制系统, 且其泄漏和排放造成地下水 资源的污染。针对电液控制系统的特点, 研究开发了一种稳定性优越、洁净度高的新型浓缩液产
品, 通过大量试验, 对其可生物降解性能及各项综合性能进行了深入研究, 并在神东公司榆家梁煤
矿 44214综采工作面和平朔煤炭工业公司安家岭一号地下矿 9002工作面进行了井下工业性试验。 结果表明, 该浓缩液的各项性能充分满足电液控制系统的要求, 其生物降解性能良好, 是传统乳化
1 19
2009年第 6期
煤炭科学技术
第 37卷
统计, 80% 的液压系统故障是由于油液清洁度不合 格造成的。因此, 研制稳定性优越、洁净度高、生 物降解性能良好的环保型液压支架用液, 既顺应了 液压支架电液控制系统的发展, 又符合国家环境和 资源保护的要求。
2试 验
211 配方组成 传统的乳化油其配方体系是以基础油 (矿物
Anjialing No11 M ine of P ingshuo Coal Industr ia l Com pany. The resu lts showed tha t each per form ance of the concen tra ted liqu id cou ld be fully tom eet the requ irements of the e lec tric and hydraulic con trol system. The b iological degrada tion perform ances of the liqu id were ex2 ce llent. The liquid could be the new genera tion product of the conventional emu ls ion oi.l
sion would cause the pollu tion to the underground water resources. Accord ing to the features of the e lec tric and hydraulic control system, a new concentrated liquid product w ith a stab ility exce llent and cleanness high was researched and developed. W ith great num bers of the tests, the b iological degradation performances and each com prehensive perform ance we re in detail stud ied. The industrial trials were con2 ducted in the No144214 fully m echanized coa lm in ing face of Yu jialiang M ine, Shendong Com pany and the No19002 coa lm in ing face of
HAN Yong, DU Yong, WANG Yu2chao, SH EN Dong, ZHAO Yu2ling
(R esearch Institu te of M ineO il Products, Inspection and M ea su rem en t B ran ch, Ch ina Coa l R esearch Institu te, Beijing 100013, Ch ina ) Abstr ac t: The conventiona l em ulsion was easy to sepa rate oil and soap and to jam the system. The leakage and d ischarging of the em ul2
透明均一流体
透明均一流体
无刺激性气味
应无刺激性气味
无
\ 110
- 8~ - 23
[ -5
恢复原状
5 个循环后应恢复原状
wk.baidu.com
均匀分散
应能均匀分散
910
71 5 ~ 91 0
析出物 < 01 1%
析出物 [ 01 1%
析出物 < 01 1%
析出物 [ 01 1%
无析出物
应无析出物
铸铁无锈迹、无色变 铸铁应无锈迹或色变
根据液压支架对液压液润滑、防锈、防腐蚀、 密封材料相容性等要求, 浓缩液在配方设计中引入 相关组分, 如: 复合润滑剂、分散剂、稳定剂、防 锈防腐蚀剂、消泡剂等。使用质量浓度为 5% 。由 于不含基础油, 合成的几种亲水性润滑剂与分散剂 互相增溶, 形成了热力学稳定体系, 因此稳定性大 幅提高; 加之使用高效的、具有协同作用的防锈防 腐蚀剂, 从而提高了整体性能。 212 浓缩液的各项性能试验结果
4种液压液 BOD5 /COD 值的测试结果见表 2。
样品
表 2 所选 4种液压液的 BOD5 /COD值
BOD5 /COD值 降解程度判定标准
结论
A
01 52
B
01 40
C
01 24
D
01 09
01 45~ 01 58 01 3~ 01 45
< 0130 < 0130
生物降解性能良好 可生物降解 难生物降解 难生物降解
原液 221 66, 5% 稀释液 261 51
JYW - 200 自动 表和界面张力仪
消泡性
2 mL /2m in (振荡 后静置 2 m in时, 残泡体积为 2 mL )
[ 2 mL /10m in, GB /T 6144 19855合成切削液 6
五日生化需氧量 ( BOD5 ) 是微生物在氧充足 的条件下, 在 5 d周期内, 进行生物降解有机物时 所消耗的水中溶解氧量, 用以表示污水中有机物量 的综合指标。因此, 可以把测得的 BOD5值, 当作 是可降解的有机物量, 而 COD 代表的则是全部有 机物, 所以 BOD5 /COD 比值可以反 映水基液压液 中有机物的可降解程度。 21312 试验样品的选择与配液
12 0
氧化有机物时所消耗氧的量, 用来间接表示污水中
有机物数量的一种综合性指标, 重铬酸钾与有机物
反应的方程式如下:
2C
r62+
O
27
+ 16H+ + 3C(代表有机物 )
SO24-
4C r3+ + 8H2 O + 3CO2 {
表 1 浓缩液的各项性能试验结果
项目
结果
标准要求
外观 气味 闪点 /e 凝点 /e 耐冻融性 水中分散性 pH 值 热稳定性 室温稳定性 振荡稳定性 防锈性 防腐蚀性 润滑性 ( PB值 ) 运动粘度 40e / (mm 2# s- 1 )
由表 1 可见, 浓缩液的 稳定性、防锈防腐蚀 性、润滑性优良, 各 项性能指标均 满足行业标准 5液压支架 (柱 ) 用乳化油、浓缩物及其高含水液 压液 6 的要求, 且消泡迅速。 213 生物降解性试验 21311 试验原理
水基液压液中的有机污染物有些可被微生物降 解, 有 些则 不 易被 微生 物 降解。化学 需 氧量 ( COD) 是以重 铬酸钾为氧化剂, 在 一定条件下,