《磁化水对水煤浆流变性和流动性的影响》
汤永新，李虎，陆向阳，陈锐
安徽理工大学数理系，安徽理工大学矿物工程系，安徽理工大学化工系
摘要：
磁化水可改善水煤浆的性能，特别是明显改善水煤浆的流动性，但磁化水的磁化时间不宜过长，以5min为宜，磁场强度以0.2T左右为宜。随着科学技术的发展，英、美和前苏联等国相继开展了磁处理技术的工业应用研究。我国在20世纪80年代初就开始了这方面的研究工作。据国内外有关资料报道，磁力已广泛应用在节能、环保、制造、机械、农业、医学、生物等领域。近年来，关于磁场效应的研究已引起了人们的普遍重视，在工农业和医学上的应用也日趋广泛。磁化是把一定的物质以垂直于磁力线的方向放置于磁场中进行处理而使之发生物理、化学性质变化的过程，但其化学组成并不改变。不同物质的磁化条件和磁化机制不尽相同。实验发现应用物理场处理水泥浆，可以改变水泥浆的流变性和表观粘度，使其塑性粘度降低，流动度增大，减少水泥浆失水量，提高水泥浆的抗压强度。物理场处理与水泥浆减阻剂的协同效应，可以减少减阻剂的用量。水作为水煤浆的基本组分之一，水的用量对水煤浆的流动性、粘度等有很大影响。
目前，对影响水煤浆性能的某些因素的研究已达到相当高的程度，但对于水本身的性质对水煤浆性能影响的研究则很少。磁化水作为一种十分有效的水处理技术，年来得到了很大发展。磁场处理作用可使水的电离常数下降，pH值、含氧量和溶解度增高，水流动性增强，总硬度降低，结垢疏松等。国内外对磁场处理水的机理研究还处在探索阶段，对磁场处理水的有关物理参数的改变及机理尚无定论。因此，如何对水进行处理以得到高性能水煤浆的研究非常必要。
本文主要讨论强电磁式与永磁式磁场磁化水对水煤浆流变性能和流动性能的影响。
2实验：
2.1试验装置：磁化水系统。
2.2试验原料：水煤浆。
2.3水煤浆性能测定：水煤浆制备采用烧杯法，称取70g煤和一定量的添加剂，量取一定量的水（已磁化），开动搅拌器在1000r/m转速下将煤样、水、添加剂持续搅拌5min，搅拌结束后，由粘度仪测量表观粘度。流动性的测定则是在同一漏斗中加入一定量的水煤浆，通过水煤浆从开始流出到停止滴落的时间计算获得。
3结果与讨论：
3.1永磁式磁场磁化水对水煤浆性能的影响：随剪切速率增加，两种水煤浆的表观粘度逐渐减小。但对于淮南煤来说，用磁化水制浆，在相同的剪切速率下，水煤浆的粘度与空白样相比有一定的增加，且磁化时间愈长愈明显。对于华亭煤而言，当剪切速率较小时，采用磁化水制成的水煤浆的粘度随磁化时间增加而增加，而当剪切速率增大时，粘度增加的幅度变小。当剪切速率超过40s时，磁化水对水煤浆的粘度基本没有影响。这说明磁化水对淮南煤和华亭煤的水煤浆流变性有一定的影响，且对淮南煤的影响要比对华亭煤的大。
3.2强电磁场磁化：
3.2.1对淮南煤成浆性能的影响在磁场强度为0.2、0.3和0.4T的电磁场中对一定量的水进行磁化，磁化时间分别为5、10、15min，并立即用于淮南煤制浆，考察强磁场磁化水对淮南煤成浆性能的影响，制浆浓度为68%。在不同磁场强度下，不同磁化时间的磁化水对淮南煤水煤浆粘度的影响基本一致，在磁化时间为5rmin时，水煤浆表观粘度下降至最低，此后，随磁化时间增加，水煤浆粘度呈现上升趋势，由此可以看出，强磁场磁化水对水煤浆表观粘度影响较大。经不同磁场强度磁场处理的磁化水对水煤浆流动性影响的趋势基本一致，即随磁场强度的增加，水煤浆的流动时间表现为先下降，并在0.2T和0.3T时达到最低，然后缓慢上升。这说明在本实验条件下，磁化水的磁场强度不宜过大，适宜的磁场强度为0.2T。
3.2.2对华亭煤成浆性能的影响：在同样的磁场强度和磁化时间条件下对水进行磁化，并立即用于华亭煤制浆，考察强磁场磁化水对华亭煤成浆性能的影响，制浆浓度为62%。除个别情况外，不同磁场强度下，随磁化时间增加，磁化水对华亭煤水煤浆粘度的影响基本上呈下降趋势。强磁场磁化水对淮南煤和华亭煤水煤浆表观粘度的影响是不一样的，这可能与两种煤的煤质及矿物组成不同有关，详细的作用机理有待于进一步考查。除个别情况外，不同磁场强度下处理的磁化水对华亭煤水煤浆流动性影响的趋势基本一致，即随磁场强度增加，水煤浆的流动时间呈下降趋势，以0.2T时磁化水效果较好。比较不同磁场强度下磁化水对淮南煤与华亭煤水煤浆流动时间的影响，可以看出，不同磁场强度下处理的磁化水对淮南煤和华亭煤水煤浆流动性的影响是不一样的。
3.3磁化水影响水煤浆性能的机理：由于磁化水在水煤浆制浆工艺中应用较少，而且水的磁化机理并未完全弄清，所以对于磁化水改善水煤浆性能的机理并不明确。对于磁化水改善水煤浆性能的机理，由于水分子为极性分子，在普通水中水分子相互吸引形成大的分子团，未被大分子团吸引的单分子水分布在大的分子团之间，与大的分子团相比，单分子水的物理化学活性很强，当水经过磁化后，在磁场力的作用下，大的分子团破裂变成单个水分子，这些单个水分子重新排列整齐，增加了水分子间的电性吸引力。由于单分子水物理、化学活性和渗透力很强，可快速渗到煤粒表面，形成排列有序的胶团呈现规律性排布，液态水煤浆作整体运动，使得通过单位面积的水煤浆流量提高，改善了水煤浆的流动性。
4结论：（1）用环型磁铁磁化水，对淮南煤和华亭煤的水煤浆流变性有一定的影响，且对淮南煤的影响要比对华亭煤的影响大。（2）磁化水可改善水煤浆的性能，特别是明显改善水煤浆的流动性，但磁化时间均不宜过长，以5min为宜，磁场强度以0.2T左右为宜。（3）对于不同的煤种，由磁化水制得的水煤浆性能有一定的差异。这可能与煤质及矿物组成不同有关，详细的作用机理有待于进一步考查。（4）磁化水技术是一种能提高水煤浆性能的简单易行的技术，有很大的发展潜力。为了使这一技术尽快成熟并推广应用，需要在以下方面做进一步的研究：①磁化水与化学添加剂的适应性；②用磁化水制备水煤浆的稳定性；③不同水质的水经磁化处理后对水煤浆性能的影响以及磁化水对水煤浆性能影响的机理。
