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表面活性劑復(fù)配對(duì)煤塵潤(rùn)濕性的協(xié)同效應(yīng)研究
來源：王曉楠 瀏覽 1672 次 發(fā)布時(shí)間:2022-10-17
煤礦生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量煤塵，它不僅會(huì)導(dǎo)致礦工患?jí)m肺病不能治愈而死亡，而且會(huì)導(dǎo)致礦井發(fā)生爆炸事故，造成重大人身傷亡和巨大經(jīng)濟(jì)損失?；瘜W(xué)劑抑塵是一種積極、有效的煤礦降塵方法，它是通過在降塵用水中添加表面活性劑，從而提高煤塵顆粒被水濕潤(rùn)的程度。本文為了研究表面活性劑復(fù)配對(duì)改善煤塵潤(rùn)濕性的協(xié)同效應(yīng)及降塵效果，從我國(guó)典型礦區(qū)選取了褐煤、長(zhǎng)焰煤、不粘煤、氣煤、焦煤、無煙煤6種煤樣和15種表面活性劑來進(jìn)行研究。
首先測(cè)定6種煤樣的工業(yè)成分、元素含量、化學(xué)結(jié)構(gòu)、微觀形貌、孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)及水在煤塵表面的接觸角來探究煤塵潤(rùn)濕性的主要影響因素。然后優(yōu)選出復(fù)配表面活性劑的單組分，以臨界膠束濃度(CMC)等體積兩兩混合配制出表面活性劑復(fù)配溶液，測(cè)定溶液的表面張力、溶液在煤樣粉塵試片表面的接觸角和煤塵在復(fù)配溶液中的潤(rùn)濕速度，將測(cè)定結(jié)果作為指標(biāo)研究表面活性劑復(fù)配對(duì)煤塵潤(rùn)濕性的影響，并從微觀角度研究單體和復(fù)配表面活性劑在煤塵表面的吸附潤(rùn)濕特性。在此基礎(chǔ)上用表面活性劑復(fù)配溶液作為添加劑，以不同變質(zhì)程度煤塵為對(duì)象，進(jìn)行噴霧降塵模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，對(duì)表面活性劑復(fù)配潤(rùn)濕煤塵的效果進(jìn)行研究。研究表明，在煤樣粉塵的物化特性中，平均孔徑是影響煤塵表面潤(rùn)濕性最重要的因素，接觸角隨平均孔徑的增大呈線性減小(R2=0.96)。
另外，六種煤樣粉塵的潤(rùn)濕性隨變質(zhì)程度的增加呈高—低—高的趨勢(shì)，褐煤的潤(rùn)濕性最強(qiáng)，所選煙煤中變質(zhì)程度最高的焦煤潤(rùn)濕性最弱，無煙煤比焦煤的潤(rùn)濕性又有所增強(qiáng)。陰離子-非離子表面活性劑復(fù)配體系對(duì)改善煤塵潤(rùn)濕性效果最顯著。陰離子-非離子復(fù)配溶液的表面張力比各單組分表面張力低，特別是FMES-CDEA復(fù)配溶液的表面張力為29.23mN/m，比單組分FMES和CDEA分別降低20.18%和13.42%。陰離子-非離子復(fù)配溶液在任一種煤樣粉塵試片上的接觸角均明顯小于單組分，比單組分的接觸角降低了14.04%～63.31%。6種煤塵在陰離子-非離子復(fù)配溶液中的潤(rùn)濕速度比在單組分中提高了0.27～28.16倍。表面活性劑在煤塵表面的吸附量和吸附形式?jīng)Q定煤塵表面的潤(rùn)濕性。
表面活性劑在煤塵表面的吸附量越大，煤塵越容易潤(rùn)濕；陰離子和非離子表面活性劑在煤塵表面的單層吸附形式更有利于增強(qiáng)煤塵的潤(rùn)濕性。陰離子-非離子表面活性劑復(fù)配溶液比陰離子-陰離子復(fù)配在煤塵表面達(dá)到吸附飽和時(shí)的濃度低，陰離子-非離子表面活性劑復(fù)配可以使煤塵表面的吸附量顯著增大；陰離子和非離子表面活性劑分子的疏水基以間隔環(huán)繞的形式吸附于煤塵表面，更易于潤(rùn)濕煤塵。在噴霧降塵模擬實(shí)驗(yàn)中，陰離子-非離子表面活性劑復(fù)配溶液作為噴霧降塵添加劑的降塵效率優(yōu)于陰離子-陰離子復(fù)配。氣煤在0.025wt%FMES和0.025wt%CDEA復(fù)配溶液中降塵效率最高，為78.4%。褐煤、長(zhǎng)焰煤、不粘煤、焦煤和無煙煤均在0.025wt%AES和0.025wt%CDEA復(fù)配溶液中降塵效率最高，分別為91.53%、88.24%、85.7%、73.25%和80.57%。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于不粘煤，噴霧降塵液體介質(zhì)為0.025wt%AES和0.025wt%CDEA復(fù)配溶液時(shí)降塵效率最高，總粉塵和呼吸性粉塵降塵率分別為88.32%和86.12%，分別比未處理水提高40.76%和46.06%，能有效地降低粉塵濃度，尤其是呼吸性粉塵。
同時(shí)，陰離子-非離子復(fù)配溶液作為噴霧降塵添加劑的降塵效率優(yōu)于陰離子-陰離子復(fù)配，這和噴霧降塵模擬實(shí)驗(yàn)中所得到的結(jié)論一致?？傊庪x子-非離子表面活性劑復(fù)配體系對(duì)提高煤塵潤(rùn)濕性表現(xiàn)出顯著的協(xié)同效應(yīng)。研究結(jié)果為煤礦提供了使用表面活性劑溶液降塵的理論依據(jù)，并提出不同變質(zhì)程度煤塵與表面活性劑溶液的適應(yīng)特征，為選擇及配制表面活性劑溶液作為噴霧降塵添加劑提高降塵效率提供參考。