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篩選常用、經(jīng)濟(jì)且可抑制低階煤煤塵的表面活性劑（一）
來(lái)源：西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版） 瀏覽 223 次 發(fā)布時(shí)間:2024-11-26
摘要：為篩選出經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)的表面活性劑，以表面張力及煤塵沉降時(shí)間為潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究表面活性劑種類、性質(zhì)及濃度對(duì)潤(rùn)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(duì)潤(rùn)濕煤塵的作用機(jī)理進(jìn)行分析。結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)用煤塵的可吸入塵含量較高，不易被水潤(rùn)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(rùn)濕性，其臨界膠束濃度和對(duì)應(yīng)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(rùn)濕煤塵的能力與其降低表面張力能力排序基本一致，由強(qiáng)到弱為APG>AOT>JFC>SDBS>OA-12>BS-12>1631>CTAB，非離子>陰離子>兩性型>陽(yáng)離子。0.02 g/L的APG溶液表面張力為25.87 mN/m，煤塵潤(rùn)濕時(shí)間為0.57 min，是一種高效經(jīng)濟(jì)的噴霧抑塵法添加劑。煤塵與APG吸附后表面親水官能團(tuán)數(shù)量的增加和分子間氫鍵的形成是APG潤(rùn)濕煤塵作用強(qiáng)的主要原因。
低階煤在中國(guó)儲(chǔ)量豐富且富含高附加值油氣資源，可以高效分質(zhì)利用，為緩解我國(guó)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(guān)注點(diǎn)。近年來(lái)隨著低階煤開采量的增大，采煤機(jī)械化程度的提高，全機(jī)械化工作面上的煤塵濃度可達(dá)3 000 mg/m3，遠(yuǎn)超國(guó)家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中的要求。長(zhǎng)時(shí)間暴露于超標(biāo)的煤塵環(huán)境是礦工患?jí)m肺病的重要誘因之一。塵肺病發(fā)病率高且無(wú)法治愈，2018年，全國(guó)報(bào)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(shì)。此外，井下煤塵濃度聚集到一定程度還會(huì)引發(fā)爆炸，造成更大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。因此，有效抑制礦塵對(duì)煤礦安全生產(chǎn)和礦工的職業(yè)健康安全都至關(guān)重要。目前常用的措施包括通風(fēng)除塵、煤層注水、噴霧灑水等，這些技術(shù)對(duì)降低作業(yè)點(diǎn)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(jié)構(gòu)豐富，與其他煤種相比通常更易被潤(rùn)濕，因此適用噴霧抑塵。噴灑自來(lái)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(rùn)濕性和滲透性，提高除塵效率?；瘜W(xué)表面活性劑的選擇受自身性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、煤塵表面官能團(tuán)、煤塵帶電性質(zhì)等多種因素的影響，其選擇具有特異性和專一性，目前關(guān)于抑制低階煤煤塵添加劑的研究還較少。篩選出常用且經(jīng)濟(jì)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(guò)工業(yè)分析、元素分析、粒徑分析等手段，研究低階煤煤塵結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，分析其潤(rùn)濕性。通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，研究不同表面活性劑溶液的表面性能，對(duì)煤塵的潤(rùn)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(jī)理，為低階煤抑塵劑的開發(fā)提供參考。
1、實(shí)驗(yàn)材料和方法
1.1實(shí)驗(yàn)材料
1.1.1原煤煤樣的制備
實(shí)驗(yàn)選取榆神府礦區(qū)紅柳林煤礦的煙煤作為研究對(duì)象，嚴(yán)格按中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB475—2008進(jìn)行采樣，將煤樣破碎后過(guò)200目標(biāo)準(zhǔn)篩，制備成樣品，放置于40℃的真空干燥箱內(nèi)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(jīng)0.02 g/L APG浸泡24 h后的煤樣用0.45μm濾紙過(guò)濾后放置于40℃的真空干燥箱內(nèi)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(xiàn)的基礎(chǔ)上初選了8種常用且經(jīng)濟(jì)的表面活性劑（表1）。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1溶液表面張力的測(cè)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(dòng)表面張力儀（芬蘭Kibron公司）對(duì)各樣品的表面張力測(cè)定3次，取平均值記為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。表面張力越小，溶液表面活性越高。
1.2.2煤塵沉降實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)采用MT506—1996《礦用降塵劑性能測(cè)定方法》中的沉降法測(cè)定表面活性劑的潤(rùn)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(shí)間，即為煤塵沉降時(shí)間，用煤塵重量除以沉降時(shí)間后得到煤塵的沉降速率。煤塵沉降時(shí)間越短，速率越大，表面活性劑濕潤(rùn)煤塵性能越好。
1.2.3紅外光譜儀測(cè)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(zhì)量比研磨混合均勻后通過(guò)壓片機(jī)（PMK-Y，上海盈諾儀器有限公司）壓制成透明薄片，通過(guò)紅外光譜儀（Nicolet iN10&iZ10型，美國(guó)賽默飛世爾公司）獲得皂苷的紅外光譜。在測(cè)試前獲取背景光譜，測(cè)試時(shí)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(cè)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(cè)定其在一定粒徑范圍內(nèi)的分布程度來(lái)反映顆粒群的粒度特征。