磁化处理技术论文（共4篇）
磁化处理技术论文 篇1
摘要：近年来, 磁化技术作为一门科学技术发展起来, 并且在工业水处理中成功应用, 取得较好的效果。本文结合炼化企业的实际情况, 对磁化技术原理进行分析, 提出磁化技术在炼化企业水处理中的具体应用。
关键词：磁化技术,炼化企业,水处理,原理,应用
以炼化企业处理水垢问题的情况来看, 一方面采取机械除垢方法, 但是往往对设备造成损坏, 尤其对于形状较为复杂的设备来说, 存在一定难度;另一方面采用化学清洗剂除垢方法, 但是化学物品可能侵蚀设备, 造成设备腐蚀问题。当前, 磁化技术不断发展与完善, 已经在炼化企业水处理中广泛应用, 通过在车间水循环的管线出口位置安装强磁力流体调节器, 可有效清除水垢, 只需用清水将浮泥冲洗干净既可, 保持设备的光洁度、避免腐蚀问题[1]。
1 磁化技术原理与分类
由于元素或者组分磁具有敏感性的差异, 通过磁场的作用, 可起到强化分离操作的作用。近年来, 随着强磁场和高梯度磁分离技术的不断发展与完善, 磁分离技术的应用范围逐步扩大, 已经在乳浊液分离、矿物分选、磁性制氧和传质单元操作等广泛应用, 成为新兴的分离技术。在磁场中, 所有内部物质都会发生磁化作用, 而由此产生附加的磁场, 和原有磁场叠加之后, 在空间位置就会形成磁场变化, 而此处所指的磁场叠加, 实际上是磁感应强度的矢量叠加, 根据叠加的结果分类来看, 概括如下:
(1) 顺磁质, 也就是分子固有的磁矩不为零状态。对于每个分子来说, 电子运动的对外磁效应可以形成一个小的环形电流场, 而顺磁质对应的磁导率在1以上;
(2) 抗磁质, 也就是分子固有的磁矩是零的状态。对于每个分子来说, 电子运动相对总体磁效应来说, 状态为零, 而抗磁质对应的磁导率在1以下。
(3) 其他。根据装置原理划分, 磁化分离法可以分为磁盘分离、磁凝聚分离与高梯度磁分离三种形式;根据磁场发生的方法划分, 可以分为永磁磁分离与电磁分离两种形式;根据工作方法划分, 可以分为间断式磁分离与连续式磁分离两种形式;根据去除颗粒物的方法划分, 可以分为磁力吸着分离与磁凝聚沉降分离两种形式[2]。
2 磁化技术处理后的水质变化
当水经过磁化技术处理之后, 其中一部分物理性质就会发生变化, 也就是磁化处理可能影响水结构的改变;一般情况下, 认为水经过磁化处理之后就会发生结构变化, 原本比较大的缔合水分子集团转变为若干较小的缔合水分子集团;由于氢键作为一种分子间力, 牢固性不如化学键。那么在液态水中, 这种分子不断断开、不断结合, 处于动态平衡变化, 其公式为: (H2O) n⇔xH2O (H2O) n-x。在特定条件下, 通过水分子的热运动, 给动态平衡提供了所需能量。在磁场中, 由给水分子的热运动带来了能量, 更利于平衡向右方的移动, 如此必然产生氢键破坏问题[3];另外, 由于水分子属于极性分子, 在磁场的作用下受到洛仓磁力的影响, 趋向定向排列模式, 且偶极取向也出现变化;经过磁化处理的水分子, 其氢氧键角有所降低, 此时改变了原子间的磁距、增加了数值, 而且氢键也出现畸变现象;这种情况下, 水中含有的水合离子也将受到磁场作用, 呈螺旋式圆周运动, 此时正离子和负离子旋转的方向相反。
结合Burton及Daly离子溶剂化的氢键理论模型来看, 通过离子与极性溶剂分子之间的氢键作用形成离子的溶剂化;如果正负离子呈相反方向的旋转, 那么氢键就会发生扭断, 进而改变水的结构, 也对水的物化性质造成更改。当水经过磁化作用之后, 就会出现较为明显的物理变化与化学变化, 此时水的电导率至少提高了2%左右, 增加固体物质中的侵润角, 提高蒸发速度;同时盐类溶解度也会增加约30%-60%, 提高了水渗透压, 对水中生物和微生物的生长环境带来影响。
3 磁化技术在炼化企业水处理中的应用
3.1 除垢防垢中的应用
与原水相比较, 超强磁化水的密度、溶解度及表面张力等有所增加, 因此增强了垢体的侵透力和溶解度, 尤其经过磁化处理之后的水密度增加, 当退磁为原水之后, 密度又会相应变小, 以此保障除垢效果。对于原有的水垢来说, 可能贴附在炉壁或者管壁中, 产生一定的疏孔或裂缝, 当磁化水进入到垢体中, 就会逐渐深入到水垢的底部;约3d时间之后, 磁化水就会发生逆转, 此时密度降低、体积膨胀, 当新的磁化水浸入之后, 反复作用就会造成垢体的脱落[4]。
另外, 在强大的磁力线影响与作用下, 水中的离子受到磁化作用;同时阴阳离子根据磁场方向被推到N级和S级, 被大量的水分子分隔、吸引, 形成了团状结构, 那么阴离子和阳离子就不会接触或碰撞, 即使水温有所上升, 也不会由于溶积度的降低而形成垢体。
3.2 污水处理中的应用
采取磁化方法进行污水处理, 可从以下三方面进行分析:
(1) 保障初沉池运行效率。在炼化企业的污水磁化系统中, 由于污水中含有大量的悬浮物 (SS) , 其中大的SS会在初沉池中沉淀, 而小的SS则带有一些负电荷, 可在水中悬浮;如果污水经过了强力磁场, 那么出现磁场切割变化, 对带电荷微粒的等电位点造成破坏, 减少了SS的静电斥力, 进而凝聚起来, 产生较大颗粒。另外, 结合电磁学的理论来看, 如果发生磁能共振现象, 且Vh=2?PB, 其中?P是常数, 频率V将随着磁场强度 (B) 的增加而有所增强, 如果频率达到了一定数值, 那么由磁能共振产生的能量就会打断水中微粒的分子键, 如果微粒不断增加, 就会在初沉池中沉淀, 既可加快沉降的速度, 也可保障沉降量, 提高初沉池的运行效率[5]。
(2) 强化磁性过滤作用。当污水经过磁化技术处理之后, 一些较小的微粒不会沉淀到初沉池中, 由于磁化的作用, 此时电和磁的偶极性有所增加, 因此可以通过加压的方式, 当其通过磁性纤维球之后, 就会被吸附并滤除;而一些更小的微粒, 就会通过磁性精滤管, 随即被捕捉、过滤[6];
(3) 增强生物处理能力。污水经过磁化处理之后, 其中的溶解氧量有所增加, 微生物的活性被激活, 减少了废弃污泥的含量, 产生良好的效益。
当具体应用过程中, 磁化技术在污水处理中综合运用, 通过磁力线的切割作用, 改变了水生的性质, 进而破坏等电位点, 提高磁化的科技水平。
4 结论与思考
(1) 将磁化技术运用于炼化企业的设备中, 可取代传统的投药、离子交换或者硅酸盐被膜缓蚀剂形式, 经投入实践成果来看, 具有简单、实用、便捷等诸多优势;
(2) 通过磁化水技术, 并没有对水系中的化学成分造成影响, 但是可以有效瓦解结垢问题, 避免在设备的壁面发生结垢, 确保旧垢及时脱落;
(3) 该技术的成本低、显效快, 具有节约能源的优势, 应用价值较高。
参考文献
[1]许国凤, 舒福昌, 周双君, 李杨, 等.磁化水处理技术的研究现状及防垢机理[J].内蒙古石油化工, 2008 (9) [1]许国凤, 舒福昌, 周双君, 李杨, 等.磁化水处理技术的研究现状及防垢机理[J].内蒙古石油化工, 2008 (9)
[2]代静, 孙丽.磁化技术对污水深度处理有机物的研究[J].辽宁省环境科学学会2007年学术年会, 2007[2]代静, 孙丽.磁化技术对污水深度处理有机物的研究[J].辽宁省环境科学学会2007年学术年会, 2007
[3]张东升.磁化水阻垢技术的研究现状及进展[J].河北省科学院学报, 2006 (1) [3]张东升.磁化水阻垢技术的研究现状及进展[J].河北省科学院学报, 2006 (1)
[4]李言涛, 薛永金.水系统的磁化处理技术及其应用[J].工业水处理, 2007 (11) [4]李言涛, 薛永金.水系统的磁化处理技术及其应用[J].工业水处理, 2007 (11)
[5]陈秋芳, 农文贵, 崔巍.磁技术在污废水处理中的作用机理及应用[J].环境科学与管理, 2012 (8) [5]陈秋芳, 农文贵, 崔巍.磁技术在污废水处理中的作用机理及应用[J].环境科学与管理, 2012 (8)
[6]费继友, 李玉泉, 白鑫.水的电磁变频除垢防垢技术和实验研究[J].化工自动化及仪表, 2011 (2) [6]费继友, 李玉泉, 白鑫.水的电磁变频除垢防垢技术和实验研究[J].化工自动化及仪表, 2011 (2)
磁化处理的乳化液及其制备方法 篇2
乳化液是金属切削加工中通常使用的水基切削液，因其冷却润滑性能不佳，导致乳化液使用量大;为了提高乳化液冷却润滑性能，在切削难加工材料时需要使用极压乳化液，即往乳化液中加入极压添加剂，但极压添加剂中含有大量的硫、氯、磷等有害物质，即浪费资源，又污染环境。因此，我们提供一种磁化处理的乳化液及其制备方法。
制备磁化处理乳化液的方法按以下步骤实现：1、将乳化液置于磁化处理系统中;2、在磁场强度为2500～3000GS、磁化速度为0.8～1.2m/s、温度为20℃～40℃的条件下，磁化处理时间30至70min/L，即得磁化处理的乳化液。
乳化液磁化后，乳化液粒径变为1μm以下，粒径范围更加集中，同时磁场的作用使水合乳化液分子缔合团断开变成小分子团或单个水合乳化液分子，且运动变得更加有序，使乳化液更易于渗入切削区的毛细管，形成润滑性能更好的边界润滑层，提高了冷却润滑性能。磁化处理的乳化液用于金属切削加工中的冷却润滑，与未处理的乳化液相比，切削力和切削变形系数减小了7%～9%，即减少了能源消耗;乳化液及极压乳化液的用量减少，即节省了资源;减少了废液排放，减轻了极压添加剂对环境的污染;同时，金属切削加工表面质量得到了改善，切屑呈规则螺卷状且颜色变浅，使得切削过程更加平稳，切屑也易于处理。
联系人：韩荣第
地址：哈尔滨市南岗区西大直街92号
哈尔滨工业大学
磁化处理技术论文 篇3
1 煤泥性质对浮选的影响
1.1 煤岩成分
根据煤岩成分不同可以分为亮煤、镜煤、丝炭以及暗煤等四类。因为煤岩成分的不同导致煤泥的可浮性均产生不同。其中镜煤、亮煤的接触角为37°~40°, 暗煤和丝炭的接触角则在26°~33°之间, 故镜煤、亮煤的可浮性较暗煤和丝炭好。一般情况下, 如果在煤泥原料中由于暗淡型成分较高, 将会导致浮选难度增加。此外如果灰分较高, 精煤的结焦性将会受到影响。一旦在精煤中丝碳含量超过10%, 便会造成精煤结焦失败。
1.2 变质程度
通过大量的实践可以表明煤的变质程度可以影响煤的可浮性, 一般而言可浮性最好的为中等变质程度的。其他变质程度的浮选效果较差, 这是由于它们的疏水性较差, 使得其亲水性较强, 可浮性变差, 另外在中等变质程度时其空隙达到最小;变质程度较高的无烟煤则因侧链减少、变短而使疏水性降低。
1.3 煤的氧化程度
由于煤具有较大的孔隙度和表面积, 因此煤的表面会具备一定的吸附能力。煤通常情况是与外界相接触的, 空气当中由于氧分子具有较强的氧化性, 使得煤对氧分子均能产生吸附作用, 这样便会使得煤粒表面发生一定程度上的氧化反应。这样便会使得煤的表面亲水性得到增加, 直接导致其可浮性降低。分析煤的氧化其中有两种途径, 一种途径是在自然风化过程当中被氧化, 另一种被氧化方式是在水的长期浸泡中被氧化, 其中第二种的氧化反应更为剧烈, 因此必须要减少煤泥与水的接触和浸泡时间, 如可以采用直接浮选。
1.4 矿物杂质
矿物中的杂质对浮选效果影响也较为明显, 其中硫化物以黄铁矿、白铁矿为代表使得可浮性较高, 进入精煤使硫分增高;泥质矿物以高岭土、黏土为代表当其遇到水就会产生泥化, 便会严重影响到浮选的过程;碳质页岩以碳质页岩、泥板岩为代表含有与煤相似的成分, 疏水性较高。
2 浮选矿浆的磁化处理效应
煤泥浮选是一个复杂的过程, 影响其效果的工艺因素有很多, 主要有煤泥的性质、矿浆的特征、药剂制度、浮选机性能、浮选工艺流程以及操作技术。而对浮选矿浆进行磁化处理也会产生一定的影响。
2.1 磁化处理后矿浆含氧量以及对p H值的影响
我们在磁感强度为2.0k Gs, 室内温度达到20℃, 并且搅拌速度为200r/min的基本条件下, 经过测验煤泥浆、黄铁矿浆以及煤矸石矿浆的浓度可达到50g/L。其p H值达到了矿浆量在500ml时的范围。此外随着时间的加长, 含氧量也将会增加, 当磁化时间大于7分钟后煤矸石矿浆的p H值出现一定的周期性波动, 当磁化时间进一步加长时, 三种矿浆的p H值也均会得到全面上升。为此经过一定的磁化处理后矿浆的含氧量和p H值都会产生上升变化, 这样就会使得在浮选中能够充分利用氧的活化作用, 这对于矿浆的溶解氧增加以及煤泥的浮选都是十分有利的。
2.2 磁化处理后对矿物表面的影响
在磁感强度为2.0k Gs, 搅拌速度为200r/min, 室内温度达到20℃的基本条件下, 设定磁化时间为5分钟, 对三种矿物分别在不同的液体介质中的电位进行测量。通过实践证明经过磁化后的蒸馏水, 黄铁矿以及煤矸石的表面电位将会发生增高, 但是煤的表面电位却发生了降低, 在经过磁化后的轻柴油中, 煤的表面电位同样也会发生降低将会从-35m V降低到-37.23m V, 而此时另外两种矿物的表面电位却发生了增高, 其中黄铁矿的表面电位从-6.5m V上升到-5.7m V, 煤矸石的表面电位从-0.5m V升到+0.6m V。我们知道, 当矿物表面电位降低的时候, 捕收剂与矿物的作用就会越强, 这样一来我们可以通过磁化处理, 调节矿物的表面电位进而影响浮选的效果。
2.3 磁化处理后对矿物表面湿润性的影响
在磁感强度为2.0k Gs, 搅拌速度为200r/min, 磁化时间为5分钟并且室内温度达到20℃的基本条件下, 对矿物煤、黄铁矿以及煤矸石分别在磁化蒸馏水、普通蒸馏水、磁化轻柴油以及普通轻柴油中的表面湿润性进行测量。通过实践证明经过磁化后的蒸馏水, 煤、黄铁矿以及煤矸石的表面湿润性会发生降低, 然而经过磁化后的轻柴油煤的表面湿润性会增加, 黄铁矿以及煤矸石的表面湿润性却会发生降低。我们知道矿物表面的湿润性同样对浮选矿浆产生重要的影响, 湿润过程也是一个表面自由能减少的过程, 因此通过磁化处理调节矿物的表面湿润性同样会影响浮选效果。
2.4 磁化强度对浮选效果的影响
通过实践, 我们可以证明对三种单矿物煤、黄铁矿以及煤矸石其磁化的磁感应强度大于1.0k Gs时, 煤的上浮率会明显上升, 当磁感应强度大于2.0k Gs时, 煤的上浮率趋于平稳;当磁感应强度介于0和1.0k Gs时, 黄铁矿的上浮率基本不变, 当磁感应强度大于1.0k Gs时, 黄铁矿的上浮率会明显下降;当磁感应强度介于0和2.0k Gs时, 煤矸石的上浮率基本不变, 当磁感应强度介于2.0和2.5k Gs时, 煤矸石的上浮率会呈下降趋势。
3 结论
矿物的性质对浮选效果会产生决定性的影响, 在矿物经过磁化处理后其会对浮选矿浆的含氧量和p H值产生影响, 此外矿浆的表面电位和表面润湿性也同样会发生一定的变化这样便使得浮选效果产生变化。一般浮选矿浆在通过磁化处理后煤的可浮性会得到提高, 并且在一定的强度、时间和介质影响下煤与黄铁矿、煤矸石之间的表面电位和表面润湿性会产生较大的差异。
摘要：浮选矿浆对于矿业企业的生产十分重要。但是如何提高浮选效率却是每个矿业企业必须面对的问题。矿物的性质会对浮选的效率产生影响, 本文就对矿物的性质对浮选效果产生的影响, 以及通过对三种单矿物在不同介质当中含氧量、pH值、表面电位、表面湿润性的变化进行对比分析。并对磁化的磁感应强度带来的影响均作了对比分析, 可以得出磁化处理后的矿浆对于浮选的影响。通过这些分析可以对研究该领域的企业和技术人员提供帮助。
磁化处理技术论文 篇4
近几年来,某厂积极采取各种管理方法和技术措施,挖潜增效,单位产品能耗指标逐年下降。但2011年底,在一次例行检查中,发现由于操作人员的疏忽,行政区域锅炉水系统的钠离子交换器失效后未及时进行再生处理,导致能耗指标上升。针对这种管控比较困难的现象和无法停炉实施化学清洗的情况,为保证锅炉的安全运行和提升能源利用效率,综合比较了加药处理、化学清洗等几种除垢防垢的方法,最终选用磁化水处理器来对锅炉水系统进行处理。
1 磁化水处理器除垢防垢原理
磁化学技术在水处理中的应用可以上溯到20世纪40年代[1],1945年比利时的韦梅朗应用水的磁化来处理锅炉用水,并获得了专利,这一发明很快取得了显著的经济效益,但并未引起科学家的注意[2]。大量实验表明,磁化学对水的许多物理、化学性质都有影响,会使水的结构发生变化,使水系统显著活化并影响其化学反应的动力学过程[3]。研究还发现,磁场对水系统的作用具有明显的记忆效应[1],即当撤掉外磁场后,水系统的物理、化学性质仍能够保持数小时或数天。
基于以上特性,磁化器防垢除垢的原理主要与晶体水合状态的改变、水垢结晶形态的改变以及CO2在水中的溶解量增加有关。(1)晶体水合状态改变。水垢的主要成分CaCO3是由水中所含的Ca(HCO3)2受热分解而形成。由于水是一种极性分子,其单分子常因氢键作用而缔合成双分子或多分子的聚合物(H2O)n,而水分子与Ca(HCO3)2之间也存在氢键的作用缔合。未经磁化作用处理的水,Ca2+与离子碰撞机会少,形成的结晶中心少,因而容易形成大块水垢结晶并附于壁上。在水被磁化作用处理后,水中缔合的氢键及水与之间的氢键遭到破坏,使Ca2+与离子间的接触机会增加,结晶中心增加,易形成无定形态泥渣,便于排污除去。(2)水垢结晶形态改变。未经磁化处理的水在加热时,析出的CaCO3结晶主要为紧密的菱形方解石晶体,容易在受热的金属面上形成坚硬的水垢,而经过磁化作用处理,析出的CaCO3晶体主要为针状文石结晶,该结晶结构疏松,抗拉、抗压能力差,粘结性弱,不易结成坚硬水垢,它可以在水中任意形核结晶,并以泥渣状沉淀的形式排污除去。(3) CO2在水中的溶解量增加。磁化处理增加了CO2在水中的溶解,从而促进Ca(HCO)2和Mg(HCO3)2的生成,减少CaCO3和Mg(OH)2的形成。
2 磁化水处理器在锅炉水系统中的应用
2.1 锅炉水系统简介
该厂行政区域采用美国克雷登SEOG-254型锅炉,工作压力为1 MPa,蒸发量为3.9 t/h,供应工厂行政区域使用的饱和蒸汽,每天24 h连续运行。锅炉原水为自来水,自来水经过钠离子交换器进行软化处理后送至除氧器进行除氧,除氧器容量为6 t;除氧水经过加热后达到97～99℃,并由供水泵送至锅炉。此外,部分锅炉水使用了回收的蒸汽冷凝水,冷凝水需回流到除氧器中进行除氧处理,然后才能供给锅炉水系统。
2.2 锅炉水系统产生水垢的危害
锅炉水系统中如果产生水垢,其危害性很大,主要有:(1)水垢的导热系数比钢材小数十倍至数百倍,导致锅炉受热面的传热性能变差,使得燃料燃烧释放的热量不能有效传递到锅炉水中,而大量的热量被烟气带走,造成排烟温度升高,排烟热损失增加,锅炉的热效率降低;(2)锅炉水垢常常存在于热负荷很高的锅炉受热面上,因其导热性很差,易导致金属管壁局部温度过高,严重时会造成锅炉金属发生鼓包、穿孔和破裂,影响锅炉的安全运行;(3)锅炉受热面内有水垢附着时,锅炉水会从水垢的孔、缝隙渗入到水垢层下,导致此处锅炉水浓度很高,锅炉水中含有的部分物质在高温、高浓度的条件下会对锅炉受热面产生严重腐蚀,致使锅炉发生爆管事故;(4)采用人工、机械和化学药品进行除垢,都会影响锅炉的使用寿命。
2.3 磁化水处理器的安装
2012年5月,经过综合选择,实施了磁化水处理器的安装。该厂选用了稀土永磁磁化器(磁力保持约15年),将其安装在锅炉水系统的2个位置,即除氧器的出水管路和锅炉的进水管路,管路通径均为DN40。由于磁化水处理器直接附着在管外,故安装过程不会影响正常供汽,不必截管,且不影响锅炉、除氧器等压力容器的正常运行。依据温度条件,现场选择了100℃温度级别,磁力达到18 000 Gs,即使穿透4 mm管壁后磁力强度仍有7 000 Gs。
3 应用效果
3.1 节能效果
从2012年5月磁化器安装到位,至2013年3月,锅炉运行正常,期间没有采用化学清洗等方法进行除垢。由于磁化除垢防垢是一个渐进、渐变的过程,从磁化器初装的6个月的数据上,看不出明显的效果,但从2012年12月开始,锅炉蒸汽系统的综合能源利用效率有了提升。2013年1—3月的锅炉系统用能指标数据与2012年的数据的同比对比如表1所示。
2013年1—3月,行政锅炉气一汽比(天然气用量与产生的蒸汽量之比)同比下降11.42%,用电量同比下降13.89%,综合能源利用效率同比提高12.90%,尤其是汽—水比(锅炉产生的蒸汽量与锅炉用新水的量之比)下降27.18%,说明回收冷凝水量较同期明显减少,锅炉能效比得到了较大幅度的提升。
3.2 成本费用节约
在蒸汽量减少79 t的情况下,天然气同比减少2.44万m3,用电量同比减少0.25万kW·h,节约天然气费用约3.3元/m3×2.44万m3=80 520元,节约电费0.69元/kW·h×0.25万kW·h=1 725元,若蒸汽按照280元/t计算,则79 t×280元/t=22 120元,那么扣除减少79 t产汽量造成的损失后,总共节约成本费用60 125元。由于第一季度用能占全年用能的比例为30%,则年节约费用约为20万元。由于2个磁化器的安装费用为35万元,因此仅经过1.75年即可收回投资的成本。
3.3 与其他处理方式的特性比较
综合一年的使用情况,与以往采用的其他处理方式进行了特性比较,结果如表2所示。
4 结论
(1)磁化水处理器在锅炉水系统中的应用是成功的。从节能效果看,综合能源利用效率提高了12.90%,说明除垢防垢起了效果。(2)磁化水处理器安装简单,无需人员操作,对水环境、设备无影响。(3)磁化水处理器在行政锅炉水系统的应用中,年节约能源费用20万元,投入回收周期短。
本次磁化器的使用实践表明,此方法有望在该厂其他锅炉水系统中逐步推广使用。
参考文献
[1]克拉辛.磁化水[M].毛钜凡,等译.北京:计量出版社,1982
[2]赵明慧,周集体,邵冬海.磁化学技术在水处理中的应用[J].环境污染治理技术与设备,2003(4)