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篩選常用、經濟且可抑制低階煤煤塵的表面活性劑（一）
來源：西安科技大學學報（社會科學版） 瀏覽 1105 次 發(fā)布時間:2024-11-26
摘要：為篩選出經濟高效的低階煤用添加劑以提高噴霧抑塵法的除塵效率，選取8種常用且經濟的表面活性劑，以表面張力及煤塵沉降時間為潤濕性評價指標，研究表面活性劑種類、性質及濃度對潤濕低階煤煤塵作用的影響，篩選出適合低階煤用的添加劑，并對潤濕煤塵的作用機理進行分析。結果表明實驗用煤塵的可吸入塵含量較高，不易被水潤濕，需添加表面活性劑提高除塵效率。8種表面活性劑均可降低溶液表面張力，增加煤塵潤濕性，其臨界膠束濃度和對應的表面張力值分別在0.04～0.53 g/L和25.61～34.79 mN/m之間差異較大。8種表面活性劑潤濕煤塵的能力與其降低表面張力能力排序基本一致，由強到弱為APG>AOT>JFC>SDBS>OA-12>BS-12>1631>CTAB，非離子>陰離子>兩性型>陽離子。0.02 g/L的APG溶液表面張力為25.87 mN/m，煤塵潤濕時間為0.57 min，是一種高效經濟的噴霧抑塵法添加劑。煤塵與APG吸附后表面親水官能團數(shù)量的增加和分子間氫鍵的形成是APG潤濕煤塵作用強的主要原因。
低階煤在中國儲量豐富且富含高附加值油氣資源，可以高效分質利用，為緩解我國石油資源緊張和環(huán)境污染局面提供了新的可能，逐漸成為新的關注點。近年來隨著低階煤開采量的增大，采煤機械化程度的提高，全機械化工作面上的煤塵濃度可達3 000 mg/m3，遠超國家職業(yè)衛(wèi)生標準中的要求。長時間暴露于超標的煤塵環(huán)境是礦工患塵肺病的重要誘因之一。塵肺病發(fā)病率高且無法治愈，2018年，全國報告的職業(yè)性塵肺病19 468例，占到了各類職業(yè)病新病例總數(shù)的8285%，且發(fā)生率還有上升趨勢。此外，井下煤塵濃度聚集到一定程度還會引發(fā)爆炸，造成更大的人員傷亡和經濟損失。因此，有效抑制礦塵對煤礦安全生產和礦工的職業(yè)健康安全都至關重要。目前常用的措施包括通風除塵、煤層注水、噴霧灑水等，這些技術對降低作業(yè)點的粉塵濃度都起到了重要作用。低階煤的煤化程度較低、揮發(fā)分及灰分含量高、含水率高、含氧多、孔結構豐富，與其他煤種相比通常更易被潤濕，因此適用噴霧抑塵。噴灑自來水的除塵效率只有不到60%，向水中加入表面活性劑可以增加煤塵潤濕性和滲透性，提高除塵效率。化學表面活性劑的選擇受自身性質、結構、煤塵表面官能團、煤塵帶電性質等多種因素的影響，其選擇具有特異性和專一性，目前關于抑制低階煤煤塵添加劑的研究還較少。篩選出常用且經濟的表面活性劑作為添加劑提高低階煤煤塵的除塵效率具有積極意義。
筆者將選取鄂爾多斯礦區(qū)的煙煤為低階煤代表，通過工業(yè)分析、元素分析、粒徑分析等手段，研究低階煤煤塵結構及特點，分析其潤濕性。通過一系列實驗，研究不同表面活性劑溶液的表面性能，對煤塵的潤濕作用等，篩選出適用于抑制低階煤煤塵的表面活性劑，并分析其作用機理，為低階煤抑塵劑的開發(fā)提供參考。
1、實驗材料和方法
1.1實驗材料
1.1.1原煤煤樣的制備
實驗選取榆神府礦區(qū)紅柳林煤礦的煙煤作為研究對象，嚴格按中國國家標準GB475—2008進行采樣，將煤樣破碎后過200目標準篩，制備成樣品，放置于40℃的真空干燥箱內干燥24 h后取出，置于密封干燥袋中備用。
1.1.2浸泡后煤塵煤樣的制備
經0.02 g/L APG浸泡24 h后的煤樣用0.45μm濾紙過濾后放置于40℃的真空干燥箱內干燥24 h后取出，置于密封干燥袋中備用。
1.1.3表面活性劑
在查閱文獻的基礎上初選了8種常用且經濟的表面活性劑（表1）。
1.2實驗方法
1.2.1溶液表面張力的測定
將表1中的表面活性劑分別配制成濃度為0000 1～2.0 g/L的溶液樣品。采用鉑金板法，在25℃下用全自動表面張力儀（芬蘭Kibron公司）對各樣品的表面張力測定3次，取平均值記為實驗結果。表面張力越小，溶液表面活性越高。
1.2.2煤塵沉降實驗
實驗采用MT506—1996《礦用降塵劑性能測定方法》中的沉降法測定表面活性劑的潤濕性能。每次稱取0.1 g煤塵樣品，用秒表記錄煤塵從開始加入到全部沉入裝有50 mL表面活性劑溶液的燒杯底部所需要的時間，即為煤塵沉降時間，用煤塵重量除以沉降時間后得到煤塵的沉降速率。煤塵沉降時間越短，速率越大，表面活性劑濕潤煤塵性能越好。
1.2.3紅外光譜儀測試
將原煤煤樣與APG浸泡后的煤樣分別與溴化鉀以1∶100的質量比研磨混合均勻后通過壓片機（PMK-Y，上海盈諾儀器有限公司）壓制成透明薄片，通過紅外光譜儀（Nicolet iN10&iZ10型，美國賽默飛世爾公司）獲得皂苷的紅外光譜。在測試前獲取背景光譜，測試時的波數(shù)范圍是400～4 000 cm-1，掃描次數(shù)為64次。
1.2.4煤塵粒徑分布測試
原煤煤樣及添加劑浸泡后的煤樣在激光粒度分析儀（LS230/VSM+型）中采用激光法測定其在一定粒徑范圍內的分布程度來反映顆粒群的粒度特征。