陰離子表面活性劑與多煤階煤塵潤濕過程實(shí)驗(yàn)研究

王凱麗，馬有營，王宗陽，張書銘，王佳嘉

(濱州學(xué)院 化工與安全學(xué)院，山東 濱州 256600)

水霧作為礦內(nèi)的一種有效抑制煤塵的手段，在煤礦開采和作業(yè)現(xiàn)場得到廣泛應(yīng)用[1-2]。由于煤塵的疏水性，需要在水中使用表面活性劑來提高煤塵的潤濕能力[3-5]。為了提高煤塵的潤濕性，開發(fā)降塵潤濕劑，本文采用了不同的表面活性劑，研究其對于不同煤階潤濕效果，選擇最佳的表面活性劑。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 所需煤樣及分布

煤樣及分布見表1。

表1 煤樣及分布

1.1.2 所需試劑

試劑及規(guī)格見表2。

表2 試劑及規(guī)格

1.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器和器材

粉碎機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)分樣篩、干燥箱、電子天平、比色管、燒杯、玻璃棒、藥匙、膠頭滴管、容量瓶等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

現(xiàn)將煤塊粉碎煤粉，并將其裝入寫有標(biāo)簽的密封袋中，儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

分別將十二烷基苯磺酸鈉，十二烷基硫酸鈉，月桂酰胺丙基甜菜堿，月桂酰胺丙基氧化胺，α-烯基磺酸鈉，咪唑啉，改性烷基糖苷，椰油酰胺丙基氧化胺，椰油酰胺丙基甜菜堿，十二烷基氧化胺配置成濃度為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的所需溶液。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)過程

取粒徑為150目的煤樣，放于表面皿上。再將其放入干燥箱，設(shè)置溫度為50℃，干燥12h。

將配制好的溶液分別依次倒入50mL比色管中，將比色管標(biāo)號(hào)為1-8，用膠頭滴管分別將每個(gè)比色管里的氣泡去除。

用電子天平稱取0.1g煤粉，將煤粉通過漏斗迅速倒入1-8號(hào)比色管中，同時(shí)開始計(jì)時(shí)，記錄煤塵完全被浸潤的時(shí)間。

對煤塵潤濕時(shí)間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)潤濕時(shí)間的快慢，得出表面活性劑潤濕性能的優(yōu)劣和表面活性劑的最佳潤濕濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 多煤階在不同濃度十二烷基苯磺酸鈉潤濕結(jié)果

由圖1可知，大部分煤種的潤濕性隨著表面活性劑濃度的增加，潤濕性能逐漸變優(yōu)。在0.2%的濃度下，所有煤的潤濕性能最差，潤濕時(shí)間基本處于20～70min，當(dāng)濃度為1.0%時(shí)，煤塵的潤濕時(shí)間基本都在1min之內(nèi)。十二烷基苯磺酸鈉對肥煤、焦煤的潤濕效果最差，對無煙煤、不粘煤、氣肥煤效果較好。

圖1 十二烷基苯磺酸鈉潤濕結(jié)果

2.2 多煤階在不同濃度十二烷基硫酸鈉潤濕結(jié)果

由圖2可知，十二烷基硫酸鈉對不同煤種潤濕性能較好，潤濕時(shí)間較短。而對于褐煤來說，濃度位于0.2%時(shí)潤濕時(shí)間反而最短。十二烷基硫酸鈉對于各種煤的潤濕時(shí)間基本都在15s以內(nèi)，故潤濕性對八種煤的效果都很好。

圖2 十二烷基硫酸鈉潤濕結(jié)果

2.3 多煤階在不同濃度月桂酰胺丙基甜菜堿潤濕結(jié)果

由圖3可知，月桂酰胺丙基甜菜堿對不同煤種的潤濕性能一般，潤濕時(shí)間較長。大部分煤種的潤濕時(shí)間大多在2-8min，潤濕性能較差。而無煙煤、長焰煤、褐煤的潤濕時(shí)間大約在20s內(nèi)，可以考慮月桂酰胺丙基甜菜堿作為降塵劑。

圖3 月桂酰胺丙基甜菜堿潤濕結(jié)果

2.4 多煤階在不同濃度月桂酰胺丙基氧化胺潤濕結(jié)果

由圖4可知，月桂酰胺丙基氧化胺對不同煤種潤濕性能較好，潤濕時(shí)間較短。大部分煤種在1.0%濃度下的潤濕時(shí)間都在7s內(nèi)，月桂酰胺丙基氧化胺的潤濕性能很好。而月桂酰胺丙基氧化胺對于肥煤的潤濕性能較差，潤濕時(shí)間基本在15min左右。

圖4 月桂酰胺丙基氧化胺潤濕結(jié)果

2.5 多煤階在不同濃度α-烯基磺酸鈉的潤濕結(jié)果

由圖5可知，α-烯基磺酸鈉對不同煤種潤濕性能較好，潤濕時(shí)間較短。對于大部分煤種在不同濃度的潤濕性能都較好，在1.0%濃度下基本上潤濕時(shí)間都在10s下。但對于焦煤來說，α-烯基磺酸鈉的潤濕性能一般，相對潤濕時(shí)間較長。

圖5 α-烯基磺酸鈉的潤濕結(jié)果

2.6 多煤階在不同濃度咪唑啉的潤濕結(jié)果

由圖6可知，咪唑啉對不同煤種潤濕性能較好，潤濕時(shí)間較短。對大部分煤種在不同濃度下潤濕性能都較佳，基本時(shí)間都處于1min左右，隨著濃度增加，時(shí)間逐漸縮短在10s左右。但對于肥煤和焦煤的潤濕性能較差，潤濕時(shí)間較長。

圖6 咪唑啉的潤濕結(jié)果

2.7 多煤階在不同濃度改性烷基糖苷的潤濕結(jié)果

由圖7可知，改性烷基糖苷對所有煤種的潤濕性能都極佳，潤濕時(shí)間短，對所有煤種在不同濃度下的潤濕性能都極佳，基本都位于2-10s左右。在選擇降塵劑時(shí)可優(yōu)先選擇。

圖7 改性烷基糖苷的潤濕結(jié)果

2.8 多煤階在不同濃度椰油酰胺丙基氧化胺的潤濕結(jié)果

由圖8可知，椰油酰胺丙基氧化胺對不同煤種潤濕性能一般，在濃度為1.0%時(shí)達(dá)到最快，大部分潤濕時(shí)間在1min30s以內(nèi)。但對于焦煤，椰油酰胺丙基氧化胺的潤濕性能較差，對于肥煤，其潤濕性能一般。對于無煙煤，潤濕性能最好。

圖8 椰油酰胺丙基氧化胺的潤濕結(jié)果

2.9 多煤階在不同濃度椰油酰胺丙基甜菜堿的潤濕結(jié)果

由圖9可知，椰油酰胺丙基甜菜堿對不同煤種的潤濕性能較差，潤濕時(shí)間隨著表面活性劑濃度的增加逐漸變短，對于肥煤和焦煤的潤濕時(shí)間較長，幾乎不能完全被浸潤。

圖9 椰油酰胺丙基甜菜堿的潤濕結(jié)果

2.10 多煤階在不同濃度十二烷基氧化胺的潤濕結(jié)果

由圖10可知，十二烷基氧化胺對不同煤種潤濕性能一般，大部分潤濕時(shí)間在90s以內(nèi)。但對于肥煤和焦煤來說，十二烷基氧化胺的潤濕性能較差。

圖10 十二烷基氧化胺的潤濕結(jié)果

結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)煤塵在十種表面活性劑中實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析，可以看出改性烷基糖苷、α-烯基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉對大部分煤的潤濕性能較好，可以考慮做礦內(nèi)降塵劑。

3 結(jié)論

根據(jù)一系列的實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了橫向和縱向的對比，比較煤塵完全浸潤液體的時(shí)間，得出了每種煤最佳的潤濕試劑及試劑濃度。

(1)褐煤：改性烷基糖苷0.8%、 月桂酰胺丙基氧化胺1.0%、十二烷基硫酸鈉0.2%、α-烯基磺酸鈉1.0%、咪唑啉1.0%。

(2)長焰煤：月桂酰胺丙基氧化胺1.0%、改性烷基糖苷1.0%、十二烷基硫酸鈉1.0%、咪唑啉1.0%、α-烯基磺酸鈉1.0%、月桂酰胺丙基甜菜堿0.8%。

(3)不粘煤：改性烷基糖苷0.8%、十二烷基硫酸鈉1.0%、α-烯基磺酸鈉1.0%、月桂酰胺丙基氧化胺1.0%、咪唑啉1.0%。

(4)氣煤：月桂酰胺丙基氧化胺1.0%、改性烷基糖苷0.8%、 十二烷基硫酸鈉1.0%、α-烯基磺酸鈉1.0%、咪唑啉1.0%。

(5)肥煤：改性烷基糖苷0.8%、十二烷基硫酸鈉1.0%、α-烯基磺酸鈉1.0%、十二烷基苯磺酸鈉1.0%。

(6)氣肥煤：改性烷基糖苷1.0%、α-烯基磺酸鈉1.0%、十二烷基硫酸鈉1.0%、月桂酰胺丙基氧化胺1.0%、咪唑啉1.0%。

(7)焦煤：改性烷基糖苷1.0%、月桂酰胺丙基氧化胺1.0%、 十二烷基硫酸鈉1.0%。

(8)無煙煤：α-烯基磺酸鈉1.0%、改性烷基糖苷0.8%、十二烷基硫酸鈉1.0%、月桂酰胺丙基氧化胺1.0%、咪唑啉1.0%、月桂酰胺丙基甜菜堿1.0%。

煤的潤濕性取決于煤階，在低煤階狀態(tài)，煤表面極性官能團(tuán)較多，對溶劑潤濕性較好，隨著煤階的增高，官能團(tuán)數(shù)量下降，潤濕性也逐漸降低。