一种用于矿浆管道输送的药剂及其应用
阅读说明：本技术 一种用于矿浆管道输送的药剂及其应用 (Medicament for ore pulp pipeline transportation and application thereof ) 是由 董海楠 郭客 刘志斌 宋长春 吴震宇 刘太和 李宏 崔广建 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于矿浆管道输送的药剂,它是由如下重量配比的添加剂与稳定剂组成：添加剂为：聚氧化乙烯1～2份、十六烷基三甲基溴化铵2～4份和十八烷基三甲基氯化铵0.8～1.2份；稳定剂为水杨酸钠,添加剂与稳定剂按照重量配比为1:0.5～1.5。其应用是按照其重量配比加水制成2～3％的溶液,再按照100～300ppm的质量浓度加入到含有浮选尾矿的矿浆中。本发明所述的用于矿浆管道输送的药剂溶解性好、易制备,稳定性好、易于运输和储存；能够减低矿浆流体阻力、增加运输效率、降低浆体输送能耗及管道磨损,药剂用量小、节约成本。(The invention relates to a medicament for ore pulp pipeline transportation, which consists of the following additives and stabilizers in parts by weight: the additive is as follows: 1-2 parts of polyoxyethylene, 2-4 parts of hexadecyl trimethyl ammonium bromide and 0.8-1.2 parts of octadecyl trimethyl ammonium chloride; the stabilizer is sodium salicylate, and the weight ratio of the additive to the stabilizer is 1: 0.5-1.5. The flotation tailing slurry is applied by adding water according to the weight ratio to prepare a 2-3% solution, and then adding the solution into the ore slurry containing flotation tailings according to the mass concentration of 100-300 ppm. The medicament for ore pulp pipeline transportation has good solubility, easy preparation, good stability and easy transportation and storage; the slurry conveying device can reduce the resistance of slurry fluid, increase the conveying efficiency, reduce the energy consumption of slurry conveying and the abrasion of pipelines, has small dosage of medicament and saves the cost.)
技术领域
本发明属于矿浆管道输送技术领域，特别是涉及一种用于矿浆管道输送的药剂及其应用。
背景技术
管道输送以其低成本、无污染及安全可靠的优点，作为一种长距离输送固体物资的运输方式被广泛使用，与石油和天然气的管道输送为牛顿流体单相体系不同，铁矿及其它固体物料的浆体管道输送为非牛顿流体两相或多相体系。目前铁矿山选厂的精矿和尾矿浆体多数采用管道输送。由于铁矿密度高，固体颗粒容易在管道底部聚集，从而产生多种流动模式，因此不能将金属矿浆视为具有固定流变特性的亚稳态流体，其流动状态与矿浆浓度、固体颗粒大小及矿物密度等多种因素有关，而流动形态又影响压降的大小及其与流量的关系，还影响管道的冲蚀特征，十分复杂。
用于降低流体流动阻力的化学药剂。主要分为水溶性和油溶性两大类。备受关注的油溶性药剂有两类：一类是表面活性剂化合物，另一类是具有超高分子量的高柔性线型高分子，同样具有减阻作用，但这两类药剂用法、用量及优缺点大相径庭。表面活性剂减阻与抗剪切性能良好，但是经济性不好，同时添加浓度大，易对油品产生污染。高分子聚合物药剂通常用量小，减阻增输效果好，因而被广泛应用于管道输送，它是提高管道流通能力和降低能耗的重要手段。研究表明，长链高分子物质和表面活性剂均有一定的减阻效果。例如：
CN109456750A公开了一种环保型连续油管减阻剂，其在高速搅拌条件下，向水中依次加入吐温类表面活性剂或异构十三醇聚氧化乙烯醚等非离子表面活性剂和太古油，搅拌均匀后再加入小分子二元醇和粘土稳定剂即可得到环保型连续油管减阻剂。
CN108006438A公开了一种湍流减阻剂及其制备方法，将十二烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠充分分散于水中，再加入稳定剂并充分搅拌，制备出一种湍流减阻剂。三种表面活性剂复配在一起作为减阻剂能够扩大减阻范围，其混合减阻溶液所形成的胶束溶液表现出明显的抗剪切稀释的能力，所形成的减阻溶液比单一的表面活性剂减阻溶液的最大临界剪切应力增强45％，最大减阻率比单一表面活性剂作用时的最大减阻率提高20％的减阻效果。
上述的专利文献均利用表面活性剂的溶液在不同的剪切力作用下，其内部的单体分子会形成不同形状的微观胶束结构，不同的微观结构又能够影响表面活性剂溶液的流变性能，使其在不同剪切力下表现不同的流变特性；而流变特性又会影响流体内部的湍流结构，从而进一步影响表面活性剂溶液的减阻性能。
为了解决矿浆管道运输中增加运输效率问题，主要针对矿浆输送管道阻力大、能耗高、输送成本高的问题，基于表面活性剂降低表面张力、提高高分子聚合物的溶解能力，形成混合胶束液体，本发明经过试验采取高分子聚合物和表面活性剂复合、再加入稳定剂的手段，研制了一种用于矿浆管道输送的药剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于矿浆管道输送的药剂。
本发明的再一目的在于提供一种用于矿浆管道输送的药剂的应用。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
按照本发明所述的用于矿浆管道输送的药剂，其特征在于，它是由如下重量配比的添加剂和稳定剂组成：
添加剂为：聚氧化乙烯1～2份、十六烷基三甲基溴化铵2～4份和十八烷基三甲基氯化铵0.8～1.2份；
稳定剂为水杨酸钠，添加剂与稳定剂按照重量配比为1:0.5～1.5。
按照本发明所述的用于矿浆管道输送的药剂，其特征在于，它是由如下重量配比的添加剂和稳定剂组成：
其中，添加剂组分为：聚氧化乙烯1份、十六烷基三甲基溴化铵3.5份和十八烷基三甲基氯化铵0.8份；
稳定剂为水杨酸钠，添加剂与稳定剂按照重量配比为1:1。
一种本发明所述的用于矿浆管道输送的药剂的应用如下：
将上述重量份配比的添加剂和稳定剂原料搅拌溶解于水中，再按照重量百分比加水制成2～3％的水溶液，再按照100～300ppm的质量浓度加入到含有浮选尾矿的矿浆中，
其中添加剂和稳定剂组成与重量配比同上所述。
本发明所述的用于矿浆管道输送的药剂原料组分的作用：
本发明所述的添加剂为高分子聚合物：聚氧化乙烯与表面活性剂：十六烷基三甲基溴化铵和十八烷基三甲基氯化铵复合的药剂，其具有线性或者螺旋型结构的柔性大分子，当这些高聚物加入到溶剂中后，单个分子聚集在一起，形成胶粒，胶粒内部的分子链不断旋转，在范德瓦尔斯力作用下结合，使线团尺寸增大，最终形成链网状结构，这种链网状结构在溶液中运动时会产生弯曲或拉伸，减小各轴向间的联系，从而减小各个方向的相关矩，最终导致雷诺应力的减小。
本发明所述的稳定剂水杨酸钠可以促进表面活性剂胶束体系的生长，生成蠕虫状胶束，较容易在剪切力的作用下形成剪切诱导结构，可以减少流体中湍流的发生，从而减小湍流切应力，抑制添加剂胶束被剪切破坏，提高其稳定性；另外羟基连接链之间存在氢键作用，促进添加剂端基的亲水性，促进反离子解离，增大了胶束表面的电荷密度，加强了结合水杨酸根反离子键，减小了端基间的静电斥力，反过来增强了分子间氢键，导致添加剂抗剪切能力增强而提高其剪切能力。
本发明所述的用于矿浆管道输送的药剂的特点：
1、溶解性好、易制备，稳定性好、易于运输和储存。
2、减低矿浆流体阻力、增加运输效率、降低浆体输送能耗及管道磨损，药剂用量小、节约成本。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行进一步的阐述，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例与对比例所述的各种原料的来源：
聚氧化乙烯(PEO分子量为800w)来自上海影佳实业发展有限公司、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)来自天津市致远化学试剂有限公司、十八烷基三甲基氯化铵(1831)来自山东临沂市兰山区绿森化工有限公司、水杨酸钠来自天津市科密欧化学试剂有限公司。
实施例与对比例所述的用于矿浆管道输送的药剂溶液的制备与使用方法：用于矿浆管道输送的药剂的应用如下：
将上述重量份配比的添加剂和稳定剂原料搅拌溶解于水中，再按照重量百分比加水制成2的水溶液，再按照300ppm的质量浓度加入到含有浮选尾矿的矿浆中。
实施例1
添加剂为：聚氧化乙烯1份、十六烷基三甲基溴化铵2份和十八烷基三甲基氯化铵0.8份；添加剂与水杨酸钠配比为1:0.5。
检测结果：减阻率为29.52％。
实施例2
添加剂为：聚氧化乙烯1.5份、十六烷基三甲基溴化铵2.5份和十八烷基三甲基氯化铵0.8份；添加剂与水杨酸钠配比为1:0.5。
检测结果：减阻率为34.53％。
实施例3
添加剂为：聚氧化乙烯1.5份、十六烷基三甲基溴化铵2.5份和十八烷基三甲基氯化铵1份；添加剂与水杨酸钠配比为1:1。
检测结果：减阻率为38.84％。
对比例1
添加剂为：聚氧化乙烯1.9份和十六烷基三甲基溴化铵3.1份；添加剂与水杨酸钠配比为1:1。
检测结果：减阻率为21.04％。
对比例2
添加剂为：十六烷基三甲基溴化铵3.5份和十八烷基三甲基氯化铵1.5份；添加剂与水杨酸钠配比为1:1。
检测结果：减阻率为23.18％。
对比例3
添加剂为：聚氧化乙烯3.2份和十八烷基三甲基氯化铵1.8份；添加剂与水杨酸钠配比为1:1。
检测结果：减阻率为21.89％。
实施例4
添加剂为：聚氧化乙烯1份、十六烷基三甲基溴化铵3.5份和十八烷基三甲基氯化铵0.8份；添加剂与水杨酸钠配比为1:1。
检测结果：减阻率为58.86％。
添加剂为：聚氧化乙烯1份、十六烷基三甲基溴化铵2份和十八烷基三甲基氯化铵0.8份；添加剂与水杨酸钠配比为1:0.5。
对比例4
添加剂为：聚氧化乙烯1.4份和十六烷基三甲基溴化铵3.9份；添加剂与水杨酸钠配比为1:1。
检测结果：减阻率为32.04％。
对比例5
添加剂为：十六烷基三甲基溴化铵4份和十八烷基三甲基氯化铵1.3份；添加剂与水杨酸钠配比为1:1。
检测结果：减阻率为35.18％。
对比例6
添加剂为：聚氧化乙烯2.5份和十八烷基三甲基氯化铵1.8份；添加剂与水杨酸钠配比为1:1。
检测结果：减阻率为27.89％。
实施例5
添加剂为：聚氧化乙烯2份、十六烷基三甲基溴化铵2份和十八烷基三甲基氯化铵1份；添加剂与水杨酸钠配比为1:1.5。
检测结果：减阻率为38.49％。
实施例6
添加剂为：聚氧化乙烯2份、十六烷基三甲基溴化铵4份和十八烷基三甲基氯化铵1.2份；添加剂与水杨酸钠配比为1:1。
检测结果：减阻率为45.75％。
实施例7
添加剂为：聚氧化乙烯1.5份、十六烷基三甲基溴化铵3.5份和十八烷基三甲基氯化铵0.8份；添加剂与水杨酸钠配比为1:1。
检测结果：减阻率为51.36％。
实施例8
添加剂为：聚氧化乙烯1份、十六烷基三甲基溴化铵4份和十八烷基三甲基氯化铵1份；添加剂与水杨酸钠配比为1:1。
检测结果：减阻率为49.74％。
本发明实施例3与对比例3、实施例4与对比例4，再参考实施例5、6、7测定减阻率的结果，证明所用的十六烷基三甲基溴化铵在原料组分中起主要作用；
本发明实施例3与对比例3，实施例5与对比例6测定减阻率的结果，表明当缺少试验十六烷基三甲基溴化铵这一组分时，减阻效果明显降低；
本发明实施例3对比例1、对比例2，实施例4与对比例4、对比例5测定减阻率结果，可以看出聚氧化乙烯和十八烷基三甲基氯化铵复配使用的效果优于单独使用任一配方组分；
本发明实施例3对比例1、对比例2、对比例3，实施例4与对比例4、对比例5、对比例6测定减阻率结果，可以看出聚氧化乙烯、十六烷基三甲基溴化铵和十八烷基三甲基氯化铵三者复配使用的减阻效果优于两种组合的配方；
本发的实施例1-8的试验结果数据证明：当聚氧化乙烯1份、十六烷基三甲基溴化铵3.5份和十八烷基三甲基氯化铵0.8份，添加剂与水杨酸钠按照重量配比为1:1时，减阻效果最好，减阻率为58.86％。
本发明采用环道装置进行减阻试验，试验原理如下：
在流体中加入药剂后能够使流体摩阻阻力减小，具体表现为压力的降低以及流量的增加，在流体中加入药剂后能使流体摩阻阻力减小，具体表现为摩阻压降的减少，以及流量的增加，本发明使用减阻率(DR％)来评价药剂的减阻效果。
减阻率计算公式如下：
DR-减阻率，％
λ0-减阻剂加入前流体在管内流动摩阻系数
λDR-减阻剂加入后流体在管内流动摩阻系数
式中：λ-流体在管内流动摩阻系数；
d-管道直径，m；
△P-测试段两端差压值，Pa；
l-测试段长度，m；
ρ-矿浆密度，kg/m3；
Q-管道流量，m3/s。
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