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改性MC尼龙管道的研制及其在铁矿的应用

文字:[大][中][小] 发布时间:2014-5-8  浏览次数:2094

    矿山使用的愉送各种浓度尾矿浆、梢矿粉、河边泥桨的管道,以及电厂输送粉煤灰等固液柑介质的管道.除要求耐腐蚀和力学性能优良外,尤其要求具有优异的耐磨性,而采用用通MC尼龙制备的管道达不到这一使用要求。因此.笔者采用喊催化聚合法.通过离心浇铸工艺使己内酰胺等单体在模具内聚合成型、并加人改性助剂,制备了改性MC尼龙管道。这种新型输送管道比普通MC尼龙制品具有更好的性能、特别是耐磨性能极高。经马鞍山钢铁公司南山铁矿两年的使用表明,改性MC尼龙管道用于尾矿矿浆、精矿粉及酸水中和液的输送.使用效果良好。

   1 改性MC尼龙管的成型
   1.1原材料
    聚合单体:己内限胺、岳阳石油化工总厂;
    催化剂:NaOH.市售;
    活化剂:异氰酸酯,其使用目的是控剐获合反应速度,同时引人各种官能团以达到对MC尼龙改性。市售。
   1.2成型工艺
    {1)聚合活性料的制备  在浇筑成型之前,要先将原科单体所含的微量水分以及与NaOH反应生成的水分或其它杂质去除于净。制取含有钠代己内酰胺阴离子的聚合活性料。我们采用真空蒸馏除水工艺,在制备过程中要控制好各控制点温度,防止温度过离产生“跑釜、温度过低产生活化不充分的现象,真空度要求达到-100KPa以上,温度控制在130一150℃之间。
    (2)改性MC尼龙管的成塑  将聚合活性料在一定温度条件下注人管道成型机中高速旋转的简形模具中,在离心力F的作用下使之迅速进行聚合反应。从而获得所要求规格的管材。离心力F的大小与模具的转速n、摸具半径R、活性料的密度p相关,
   即:
                   F ∝ n2 R2 p
    一般要求F为0.3一0.5 N,而转速n可按下式计算,即:
                 n=2000/√R-δ ̄

    式中:δ——管壁厚,cm,
    在成型过程中,要求模具旋转十分平稳并控制湿气侵人。
    在注人原料前,要先计算好所需活性料量,其与管道尺寸、密度、及聚合产率系数有关,计算公式为:

 

               
    式中:w-—所需活性料质量.g;
          D—管外径,cm ;
          d—管内径,cm;
          L—管长度,cm;
         p—活性料密度,g/cm3 ;
         K—聚合产率系数,约为0.920
    当生产厚壁管时,因模内温度常会因聚合放热的积累而超过模外的温度,因此成型机的温度应随管壁厚度不同而作相应调整。模具中聚合初始温度与管内外径比值(d/D)的关系如图1所示。

 

    图1模具中聚合初始温度与管内外径比值(d/D)的关系活性料在成型温度下保持20一40min后停止加热,待温度降至130一150℃时停止旋转,降至90一110℃时即脱模为坯管。
    (3)管材的后处理  为了消除坯管的内应力,增加尺寸稳定性,我们采用了特殊工艺及介质对管材进行热处理,改善了其结晶结构,提高了结晶度,增强了其憎水性能,降低了吸湿性,同时提高了管材的弹性模量、耐磨性等性能。

    2  改性MC尼龙管的特性
    2.1改性MC尼龙管的性能
    改性MC尼龙管的性能见表1.

 

   2.2改性MC尼龙管的特点
    (1)密度小,力学性能好  MC尼龙管的密度仅为钢管的1/7;山于其起始模量高和蠕变性相对低,因而表现出良好的负荷性能和较好的韧性,能耐反复冲击、震动。管道的承压能力强,最高使用压力可达4 MPa,如与玻璃钢复合,其承压能力更高。
    (2)耐磨性优异  该管材有很高的结晶度,比一般MC尼龙有更高的耐磨性和自润滑性,其特点是初期使用稍有磨损,而后磨损很少,而不像金属或其它材料那样随着使用时问的延长,其磨损也成比例增大。表2列出改性MC尼龙与其它几种材料的磨损试验结果比较。从表2可以看出,改性MC尼龙的耐磨性远高于其它材料。
    (3)水力特性优异  改性MC尼龙管的内表面十分光滑,它与儿种常用管材的绝对粗糙度见表3。从表3可知,MC尼龙管的表面粗糙度远小于其它材料。表4列出改性MC尼龙在不同润滑条件下的摩擦系数。从表4可知,改性MC尼龙具有较低的静、动摩擦系数。由于改性MC尼龙管的自润滑性好.又不易结垢,使其能够在整个运行期间始终保持光滑和低摩擦系数的状态,因而在管线运行一段时间后,其优良的水力特性表现得更为突出。

 

 

    (4)耐腐蚀,抗老化  改性MC尼龙对大部分介质有较强的抵抗性,在正常条件下能耐强碱、弱酸和大部分盐类溶液。对醇、醚、酮、碳氢化合物、润滑油、洗涤剂等介质有良好的化学稳定性。经化学改性提高了其耐老化性,尤其是耐光老化性能,大大延长了在户外的使用寿命。
    (5)使用温度范围广  改性MC尼龙的软化点达到230℃以上,正常使用温度拓宽到-40~120℃,在低温下改性MC尼龙管仍有较好的韧性。
    (6)安装、运输、维护便捷,费用低。

    3  改性MC尼龙管在铁矿的应用
    3. 1输送介质情况
    (1)精矿粉浓度为30% -40%;细度75 5μm(200目)占75%左右;介质密度2.5g/cm3; pH=5~6;输送压力0.6~0.8 MPa。
    (2)尾矿浆  浓度20% -25%;密度2.4-3.1g/ cm3;pH = 6~7;平均粒径0.21 mm,其中小于0.07 mm的占70%左右;输送压力0.5一0.6 MPa。

    3.2 经济效益对比分析
    (1)工程投资分析  过去采用钢管时,使用寿命为1 -2年;采用内衬铸石钢管时平均使用寿命3~4年;而采用改性MC尼龙管的平均使用寿命可达8~10年。现以目前已采用的一段?250 mm改性MC尼龙管线为例,进行投资费用对比分析,结果见表5。

 

    从表5可见,就投资初期来说,改性MC尼龙管的投资费用略高于钢管,低于内衬铸石钢管。但由于前者的使用寿命远高于后两种管道,且安装维护费用低,其长期综合经济效益(使用周期2年以后)即工程投资效益远大于其它管道。
    (2)运行费用比较   在正常运行输送液体状态下,按照伯努力方程,泵送介质所需功率随着摩擦系数的增加或下降也同步增加或下降。改性MC尼龙管的摩擦系数远小于钢管或铸石钢管,因而其运行费用明显降低。

    3.3使用情况
    马鞍山钢铁公司南山铁矿在输送精矿粉和尾矿浆中采用改性MC尼龙管取代部分钢管和内衬铸石钢管后,经2年多使用表明,各管线运行十分正常,管内表面磨损很少,仍十分光滑,无结垢现象,避免了过去经常出现的渗漏现象,无需频繁维修、保养,提高了工作效率。目前正在逐步取代其余的钢管和内衬铸石钢管。

    4.结论
    改性MC尼龙管道具有优异的耐磨性、耐腐蚀性及较好的物理力学性能。一在铁矿用于输送尾矿浆、精矿粉等物料,使用效果良好,且综合经济效益十分明显,其应用前景十分广阔。