新型高效抑尘剂的研究与应用

综合表面张力、接触角及保水性实验测定结果， 得出 7 种抑尘剂的润湿性能从大到小依次为复配试 剂 B ＞ BS － 12 ＞ 快渗 T ＞ APG ＞ SAS ＞ OP － 10 ＞ 复 配试剂 A，润湿性能最好的为复配试剂 B，与防尘用 水相比，使用复配试剂 B 后，溶液的表面张力降低 了 61． 73% ，初始接触角减小了 53． 66% ，保水率为 不使用抑尘剂的 3 倍。因此，试验选定的抑尘剂溶 液为复配试剂 B。对比单体试剂与复配试剂 A 的润 湿性能可以发现，复配溶液的润湿性能并不一定强 于构成其单体试剂的润湿性能。
第 46 卷 第 4 期 2015 年 4 月
Safety in Coal Mines
Vol． 46 No． 4 Apr． ，就具有湿润和 渗透作用。因此，在井下防尘用水中加入抑尘剂后， 可以降低水的表面张力，改善其润湿性，从而使尘粒 更容易被液滴捕获，提高降尘效率。
3 现场工业性实验
为了有效了解掘进工作面使用抑尘剂后粉尘浓 度变化情况，在该煤矿 3105 掘进工作面各生产工序 布置粉尘采样点，对不采取任何降尘措施时的粉尘 浓度、仅使用清水喷雾及喷雾用水为浓度 0． 05% 的 复配试剂 B 时的工作面现场粉尘浓度进行了测定 分析。只进行清水喷雾时，掘进工作面呼尘平均降 尘率为 60． 4% ，全尘降尘率为 64． 2% ，粉尘浓度虽 有所降低，但降尘效果还远远达不到煤矿安全规程 的要求。向喷雾用水中添加复配试剂 B 后，工作面 各测点得 粉 尘 浓 度 明 显 降 低，呼 尘 平 均 降 尘 率 为 83． 8% ，全尘平均降尘率为 85． 7% ，相较清水喷雾 而言，呼尘降尘率提高了 23． 4% ，全尘降尘率提高 了 21． 5% 。
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DOI： 10． 13347 / j． cnki． mkaq． 2015． 04． 040
Vol． 46 No． 4 Apr． 2015
新型高效抑尘剂的研究与应用
潘海军
（ 神华乌海能源公司 职工培训中心，内蒙古 乌海 016000）
1 抑尘剂降尘机理分析
液体之所以能够润湿固体，是因为固体表面能 对液体产生 吸 引 力，在 喷 雾 降 尘 过 程 中，雾 滴 与 雾
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滴、雾滴与粉尘颗粒以及粉尘颗粒之间都会发生碰 撞，在这 3 种情况下，仅有雾滴与粉尘颗粒之间的碰 撞才可能有降尘效果。降尘效果的好坏，主要是由 雾滴与粉尘颗粒之间的作用力决定的，两者之间的 吸引力大于排斥力时，尘粒才能粘附在雾滴表面，起 到降尘效果。换言之，只有当液滴表面张力足够小 时，尘粒才能被吞没在液滴中。
1） 表面张力的测定实验与结果分析。通常认 为抑尘剂最重要的性质就是可以降低液体的表面张 力，如果抑尘剂溶液可以把液体的表面张力降至较 低程度，则该液体就可以在固体表面进行很好地铺 展，达到湿润固体的目的。利用铂金版法对上述 7 种溶液及矿井防尘水进行测定，每种溶液测定 6 次， 将所测结果取平均值，并根据测定结果做出表面张 力分布图，如图 1。
图 2 不同抑尘剂接触角的曲线图
由图 2 可知，复配试剂 B 的接触角小，润湿性 能好，防尘水接触角最大，润湿性能最差。各种抑尘 剂溶液润湿性能： OP － 10 ＞ 复配试剂 B ＞ BS － 12 ＞ 快速渗透剂 T ＞ APG ＞ 复配试剂 A ＞ SAS ＞ 防尘水。
3） 抑尘剂保水性实验与结果分析。增加粉尘 的含水量，能够增强粉尘的凝聚性，防止二次飞扬。 正常情况下，经纯水喷洒过的粉尘，干燥后含水量极 低，不能满足粉尘凝聚的需求。为了衡量使用抑尘 剂后煤尘 的 含 水 量，设 计 了 抑 尘 剂 的 保 水 性 试 验。 具体方法为： 称取一定质量的干燥粉尘，加入质量浓 度 0． 05% 的抑尘剂溶液后，混合均匀，然后放入真 空干燥箱内干燥 24 h，待粉尘冷却后，称量其质量， 并计算其质量增量，该增量即为粉尘内保有的水的 质量。此次实验中，未使用溶液喷洒前容器与粉尘 的质量为 30． 84 g，根据测试结果绘制不同抑尘剂溶 保水率如图 3。
图 3 不同溶液保水率分布曲线图
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不采取保水措施的情况下，粉尘干燥后保水率 仅有不到 2% ，极易产生二次扬尘； 粉尘经润湿剂溶 液润湿后再干燥，保水率提升明显，均超过 3% ，BS － 12 和复配溶液 B 的保水率甚至超过了 5% ，对于 增强粉尘凝聚性效果显著； 通过观察干燥后粉尘的 外观特征，使用防尘用水润湿的粉尘，干燥后附着于 容器底部，孔隙裂痕较多，易于分散，而使用抑尘剂 润湿的粉尘，干燥后孔隙裂痕则很少，表面较平整， 说明抑尘剂对粉尘有较强的粘结作用，对于防止粉 尘二次飞扬作用明显。 2． 3 抑尘剂优选
2 新型高效的抑尘剂配方研发
2． 1 抑尘剂优选实验方案制定 抑尘剂都存在最佳润湿浓度［6］，大部分抑尘剂
在浓度为 0． 05% 时润湿性能最佳［7 － 8］。为了对不 同抑尘剂的润湿性能进行研究，以某矿煤样为例，对 浓度为 0． 05% 的 BS － 12、快速渗透剂 T、APG、OP － 10、SAS、复配试剂 A（ 主料： 浓度为 0． 05% 的 SAS 与 浓度为 0． 01% 的 BS － 12； 增 效 剂： 浓 度 为 1% 的 Na2 SiO3 ） 以及复配试剂 B（ 主料： 浓度为 0． 05% 的快 速渗透剂 T 与浓度为 0． 01% 的 BS － 12； 增效剂： 浓 度为 1% 的 Na2 SiO3 ） ，利用 JK99C 型全自动表面张 力仪和 DSA100 型动态接触角测量仪对以上抑尘剂 溶液进行表面张力与接触角实验，并设计保水性试 验，优选润湿性能效果最好的抑尘剂。 2． 2 抑尘剂润湿实验与结果分析
由图 1 可知，表面张力最小的抑尘剂溶液为复 配试剂 B，最大的为防尘用水。从其测定结果看，抑 尘剂溶液的表面张力为： 防尘用水 ＞ 复配试剂 A ＞ SAS ＞ OP － 10 ＞ APG ＞ 快速渗透剂 T ＞ BS － 12 ＞ 复 配试剂 B。
2） 抑 尘 剂 接 触 角 实 验 与 结 果 分 析。 选 用 DSA100 型光学法液滴形态分析系统测定不同抑尘
在防尘用水中添加抑尘剂的作用是降低水的表 面张力，从 而 提 高 水 的 捕 尘 能 力，以 减 少 防 尘 用 水 量［4］。研究表 明，抑 尘 剂 是 一 种 表 面 活 性 剂，由 亲 水基与疏 水 基 组 成［5］，在 防 尘 用 水 中 添 加 润 湿 剂 后，抑尘剂分子被水分子包围，其亲水基一端被水分 子吸引，而疏水基一端由于受到水分子排斥力而朝 向空气，从而使抑尘剂分子在水溶液表面形成了一 层紧密的定向排列层，改变了水表层分子与空气的 接触状态，减小了其接触面积，达到降低水溶液表面
剂后，降尘率达 80% 以上，与清水喷雾相比，降尘率平均提高 20% 以上，且该抑尘剂对呼吸性粉
尘的降尘效果更为明显。
关键词： 抑尘剂； 降尘机理； 表面张力； 接触角； 保水性； 支护技术
中图分类号： TD714 + ． 4
文献标志码： B
文章编号： 1003 － 496X（ 2015） 04 － 0134 － 03
Ｒesearch and Application of a New Efficient Dust － depressor
PAN Haijun （ Staff Training Center of Shenhua Wuhai Energy Company，Wuhai 016000，China） Abstract： In order to solve the problems of high surface tension，poor wetting properties and low spray dust rate of dustproof water， based on the analysis of the dust reduction mechanism，combined with the surface tension，contact angle and water retention experiment of dust － depressor，the dust － depressor agent was developed that we call it complex reagent B with efficient and environmental characteristics． The research showed that after using the reagent B，the surface tension reduced by 61． 73% ，the contact angle reduced by 53． 66% ，and the water retaining rate was 3 times of the original state． The application results of a coal mine showed that the dust － laying rate was above 80% after adding dust － depressor，compared with the clear water spary，the dust － laying rate increased by more than 20% on average，and the effect of dust － depressor is more obvious on respirable dust． Key words： dust － depressor； dust reduction mechanism； surface tension； contact angle； water － retaining property； support technology