煤矿复合降尘剂及其吸附降尘性能研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jc422177405
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煤矿在生产过程中会产生大量的粉尘,使井下可见度变低,且对作业人员身心健康造成严重危害,同时还可能引发煤尘爆炸,因此高效防治井下粉尘已成为矿井安全健康生产的重要需求。喷雾降尘是目前煤矿井下最常用的降尘方式之一,但由于水表面张力大、湿润凝并粉尘能力差,造成现有水喷雾降尘效率偏低。为增强溶液湿润凝并煤尘的能力,本文从溶液表面张力、接触角、粉尘沉降时间及吸附性能方面系统研究了单体活性剂及新型复合降尘剂对水溶液湿润性能及粉尘吸附特性的影响,研发了一种适用于煤矿井下降尘用的强湿润-高吸附性的复合降尘剂,同时利用自主构建的喷雾降尘实验系统研究了新型复合降尘剂高效降尘性能,并取得了如下研究成果:通过表面活性剂对溶液湿润性能影响及其在煤尘表面动态吸附性能的实验研究,对阳离子活性剂A和D、阴离子活性剂L、T、K、S和非离子活性剂F、C、E、P进行优选,确定了用于复合降尘剂配制的单体活性剂。研究表明:相对于阳离子表面活性剂,阴离子与非离子活性剂能更好地改善溶液湿润性能。同类型活性剂之间进行对比,阳离子D、阴离子S、K和非离子E、P湿润煤尘的能力较低;此外,煤尘吸附表面活性剂后可使其表面的疏水性基团占比降低,亲水性基团占比增加,从而改善煤尘的亲水性;阴离子活性剂相对于非离子活性剂能更易于减小煤尘表面的电势,使煤尘间聚合性能增强,更易于发生聚合沉降,而阳离子活性剂因其亲水基带正电更易于靠近煤尘,使其疏水基朝向水溶液,导致溶液无法有效湿润沉降煤尘。基于以上测试结果,最终从初选的十种活性剂中确定了用于复合降尘剂配制的单体活性剂分别为阴离子活性剂L、T和非离子活性剂F、C。通过对不同质量比及质量浓度条件下复合降尘剂溶液表面张力、接触角和沉降实验测试,并结合复合降尘剂在煤尘表面的吸附性能研究,复配了具有强湿润-高吸附性的复合降尘剂F+T(1:4)。结果表明:0.03%复合降尘剂溶液具有较低的表面张力、较小的接触角以及较短的沉降时间,其表面张力、接触角和沉降时间分别为26.85m N/m,43.51°,17s。此外,基于紫外分光光度法、红外光谱分析法、电泳分析技术,进一步证实由溶液湿润性能实验所确定的复合降尘剂的吸附性能最好,平衡吸附量可达54.55mg/g,吸附速率常数为0.08508min-1,且其弱化煤尘疏水性的作用最强,减小煤尘表面电势的能力最高。采用自主构建的喷雾降尘实验系统,研究了新型复合降尘剂的降尘性能。结果表明:在相同质量浓度0.03%条件下,对比研发的新型复合降尘剂和其他不同降尘剂的降尘性能,新型复合降尘剂的降尘效率最高,为88.67%,有效验证了复合降尘剂配制的合理性及高效降尘性能;同时针对其他不同煤种的降尘效率,该复合降尘剂也展现了较好的降尘性能,降尘效率均超过88%。综上所述,新型复合降尘剂不仅可以提高煤尘的湿润性能还能增强与煤尘之间的吸附作用从而提升降尘效率,本论文研究成果可为提高煤矿井下表面活性剂溶液降尘的科学性及有效性提供一定的指导。
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