1、新型煤塵抑塵劑的研制與性能測試楊靜 王琨 房孝敏（山東科技大學 化學與環境工程學院，山東 青島 266510）摘要：以聚乙烯醇(PVA)、脂肪醇聚氧乙烯醚（JFC）和少量成膜助劑為原料，利用單因素試驗和正交試驗方法研究了一種新型煤塵抑塵劑的配方，并對其性能進行了測試。試驗結果表明，該抑塵劑粘度為19.10mpa/s，表面張力為37.6mN/m，噴灑后在較短時間內可在煤炭表面形成一層柔韌、致密的連續高分子微膜，50天后抑塵率仍可達到95.3%，與灑水抑塵相比，其抑塵效果和抑塵時間都得到大幅提高。該抑塵劑同時具有較好的抗風、抗雨淋性能，特別適宜在煤炭儲運過程中使用。關鍵詞：煤塵；抑塵劑；制備；性能

2、中圖分類號: 文獻標志碼:The preparation and performance test of a new coal dust depressorYANG Jing ,WANG Kun ,FANG Xiaomin(College of Chemical and Environmental Engineering，SUST，Qingdao，Shandong 266510， China)Abstract: In this paper, a formula of a new type of coal dust depressor is studied by making with Poly

3、vinyl alcohol (PVA)、 fatty alcohol polyoxyethylene ether(JFC) and a small amount of film additives as raw materials. We apply the single factor test and the orthogonal test to studying the formula, and at the same time, its performance is tested. It turns out that this coal dust depressor viscosity

4、is 19.10 mpa/s, surface tension is 37.6mN/m, and it can form a layer of flexibility, compact and continuous polymer membrane by spraying it on coal surface in shorter time. 50 days later, dust suppression rate still can achieve 95.3%. Compared with sprinkling water, this coal dust depressor has long

5、-term efficiency. It also has good performance to resist wind and rain; especially it is suitable for using in coal transportation processes. Ketwords: coal dust; depressor; preparation; performance引言煤炭在港口煤碼頭、電廠、儲煤場等的儲存和鐵路、公路及輪船運輸的過程中，常常會產生大量的揚塵，不但直接威脅生產的安全，還會對周圍的環境產生極大的污染1。因此煤炭抑塵技術的研究一直是人們研究的熱點2-6。

6、抑制煤炭揚塵最常用的是灑水的方法。灑水抑塵的主要作用在于潤濕顆粒細小的干燥煤塵，使其相對密度增大，并粘結成較大的顆粒，使之在外力作用下不能飛揚。這種方法雖然簡便易行，但由于煤塵與水分之間的結合力很弱，水分很容易蒸發，滿足不了長期有效抑塵需求，必須定期灑水才能有效抑塵，水資源耗費量很大。因此開發新型廉價優質長效的煤炭抑塵劑是非常必要的。早在20世紀初，英國等國家就已經將一些潤濕劑應用于井下煤礦開采的抑塵中。近二十年來，抑塵劑的研究在國外發展迅速，幾乎每年都有新的專利發表，其中比較著名的有：美國Cohex粘塵劑41，南非的ANTI型疏水防塵劑，日本粉塵抑制劑，前蘇聯的己內胺型粘塵劑，前蘇聯CIT學

7、院的地表防塵劑，波蘭的抑塵煤塵危險藥劑。我國在抑塵劑方面的研究和應用起步比較晚，但發展迅速。在20世紀70年代末，我國一些科研院校的研究人員就已經開始了相關的研究，到20世紀末，不少成果已經申請專利，涉及的領域也不斷深入和拓寬。其中比較有代表性的有：孫三祥等人針對大秦線上運煤列車的粉塵飛揚研制的一種粘結型抑塵劑32，金龍哲等人研制的一種以氯化鈣、氯化鎂等為基料研制的潤濕型抑塵劑33，李偉等針對鐵路煤炭運輸研制的以木質磺酸鹽味用料，通過聚合物單體進行接枝改性得到的一種抑塵劑34。本文系統介紹了一種新型煤塵抑塵劑的制備方法，該抑塵劑具有較好的滲透性和粘附煤體的特性，通過噴淋的方式施加于煤炭表面，能

8、夠擴散、滲透到煤炭表面及縫隙中，并在表面形成一層柔韌、致密的連續高分子微膜，與灑水抑塵相比，不但抑塵效果大大改善，而且抑塵的有效時間大幅提高。該抑塵劑同時具有較好的抗風、抗雨淋性能，特別適宜在煤炭儲運過程中使用。1.實驗部分基金項目：山東省教育廳科技計劃項目（J08LC12）1.1煤塵樣品的制備實驗用煤樣取自山東南屯煤礦,研磨后過40目標準篩子作為實驗樣品。樣品按照國家標準( GB /T212 - 2001、GB /T476 - 2001、GB /T213 -2003、ISO /TS 12902: 2001)進行化驗,見表1。表1：試驗煤塵的工業分析和元素分析檢測結果Table 1 The i

9、ndustrial analysis result of coal sample樣品名稱Mad %Ad %Vdaf %Wd(FC) % Cdaf%Hdaf%Sdaf%Ndaf%Odaf%南屯煤樣3.126.8439.6056.2781.485.1080.851.5411.021.2主要試劑與儀器主要試劑:脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)，非離子表面活性劑,化學純；聚乙烯醇（PVA）,天津紅巖化學試劑廠，化學純；助劑A，天津紅巖化學試劑廠，化學純。主要儀器：NDJ-7旋轉粘度計;Krss-k12程序界面張力儀等。1.3抑塵劑的制備準確稱取一定量的PVA，加入10ml蒸餾水溶脹10分鐘，在恒溫水浴85-

10、90下不斷攪拌，使其完全溶解；控溫80，在繼續攪拌下依次加入一定量的體積分數0.2%的JFC和助劑A，繼續加熱10分鐘，既得本實驗的產品。1.4實驗方法粘度的測定取5ml制備好的試劑，在25下用NDJ-7型旋轉粘度計進行測定。成膜時間的測定按照GBT 13477.5-2002進行測試，并記錄成膜時間。表面張力的測定采用瑞士Krss公司生產的Krss-k12程序界面張力儀，用吊片法恒溫25測試各種溶液的表面張力。抑塵率的測定 先稱出玻璃板的重量m1，取4ml溶液均勻涂抹到玻璃板上，測定重量m2，待溶液完全成膜后，測定重量m3，按下式求出水分的含量M：稱取Ng的煤粉放入玻璃皿中，均勻噴灑一定量的抑

11、塵劑，測定重量n1，待完全成膜后，每隔一段時間測出重量n2，按下式求出抑塵效率：2.結果與分析2.1單因素分析分別控制PVA、JFC(質量分數0.2%)及助劑的加入量，采用單因素分析法，研究PVA的加入量對粘度的影響，JFC的加入量對表面張力的影響以及助劑A加入量對成膜時間的影響，實驗結果如下: 圖1 PVA加入量對粘度的影響 圖2 0.2%JFC加入量對表面張力的影響Fig1 The influence of PVA on the viscosity Fig2 The influence of 0.2%JFC on the surface tension圖3 成膜助劑A加入量對成膜時間的影響

12、Fig3 The influence of film additives A on the film timePVA的加入量是影響抑塵劑粘度的主要因素，同時對成膜后膜強度有著重要的影響，從圖1可以看出，隨著PVA用量的加大，粘度呈線性增加，在加入量達到3g時，粘度達到10mpa/s，基本符合實際需要，即PVA用量的加大有利于粘度和膜強度的提高。但從實際情況分析，粘度過大不利于噴灑，在不影響膜強度的情況下，選擇3-4g是較為合適的用量。由于煤的表面屬于低能表面，臨界表面張力c約為45mN/m。抑塵劑的表面張力需小于c，才能較好地潤濕煤塵。從圖2可以看出，隨著JFC用量的增加，表面張力呈線性減小，

13、10mlJFC加入量即可滿足實際需要，同時可以看出加入10ml與25ml0.2%JFC，溶液的表面張力并未有太大差距，考慮到成本問題，選擇0.2%JFC加入量在10-20ml之間較為合適。實際生產中常常需要抑塵劑能夠快速固化，在較短時間內成膜。而影響成膜時間的主要因素是水分的蒸發速率，助劑A具有蒸發速率快、價格低、無污染、無毒副等特點。從圖3可以看出，隨著助劑A用量的增加，成膜時間呈線性減小，即助劑加入量的增加有利于縮短成膜時間，但成膜過快不利于形成連續性較好的膜，故選擇10-20ml較為合適。2.2正交試驗結果及分析根據上文單因素分析的結果，本實驗選擇一定量的PVA、JFC和助劑A進行正交試

14、驗，篩選出最佳配方，試驗方案及結果如下：表2 正交試驗結果Table 2 The result of Orthogonal testPVA(g)助劑A(ml)0.2%JFC(ml)粘度（mN/m）成膜時間(min)表面張力(mPa/s)1310101311538.723151513.99135.4533202012.57831.8743.5102016.310330.7453.5151015.98134.6663.5201514.912236.8774101516.29534.9984152021.27331.0194201023.212335.62K113.13315.16717.400K2

15、15.70017.00015.000K320.23316.90016.667極差7.1001.8332.400K194.667104.333106.333K2102.00081.667102.667K397.000107.66784.667極差7.33326.00021.666K13.87334.71036.627K234.09033.70735.770K3335.34034.78731.207極差1.4671.0805.120正交試驗的粘度分析從表2對粘度的極差分析可以看出，對粘度的影響從大到小依次是PVAJFC助劑A，最佳試驗方案是A3B2C1,即PVA4g， 0.2%JFC10ml，助劑

16、A15ml。PVA的加入可以使溶液的粘度有較大的提高，同時使成膜后膜的強度有不同程度的提高，而膜的強度直接影響到抑塵劑的抗風、抗雨淋等的強度，故在不影響實際噴灑的前提下，可以選擇較大的PVA加入量。2.2.2正交試驗表面張力分析從表2對表面張力的分析可以看出，對表面張力的影響從大到小依次是JFCPVA助劑，最佳試驗方案是A3B3C1，即聚乙烯醇4g， 0.2%JFC10ml，助劑20ml。JFC的加入可以將抑塵劑的表面張力降低到40mN/m以下，同時JFC是很好的滲透劑，可以使抑塵劑滲透到煤層以下，使膜有較好的附著力7。正交試驗成膜時間分析從上表對成膜時間的分析可以看出，對成膜時間的影響從大到

17、小依次是助劑AJFCPVA，最佳試驗方案是A2B3C1，即PVA3.5g， 0.2%JFC10ml，助劑A20ml。抑塵劑成膜時間是評價抑塵劑性能的指標之一，在實際應用中快速固化可以更大程度上減少煤塵的飛揚，對于煤場堆放及火車運輸而言，2個小時的成膜時間已經可以滿足需要。助劑加入量的增大可以很好的提高水分的蒸發速率，從而加快成膜時間，根據實際情況的不同，也可以進行進一步調整。2.3抑塵率結果及分析將正交試驗制備的抑塵劑噴灑到煤樣上，放置于室外環境中，每隔一段時間測定抑塵率，并觀察膜的情況，實驗數據如下： 表3 抑塵率測定數據Table 3 The data of dust suppressio

18、n rate只噴灑水分正交試驗組123456789煤粉重量(g)26.5927.0726.58530.84829.45631.25628.26230.13331.37640.067玻璃皿重量（g）42.36349.56340.19235.48535.59830.46136.52337.26038.46947.084加入抑塵劑(g)013.03712.36911.5311.17113.17210.43312.36512.2212.541第1天64.20184.0479.14677.86376.22674.88975.21879.75882.06599.692第5天60.23277.31467.6

19、3967.11065.80462.64265.58268.21471.13388.403第15天52.25177.39967.60467.17665.82762.65865.57968.26870.86888.338第30天47.26576.50866.69866.08764.92661.77361.67867.39169.96987.464第50天43.78575.16165.34264.88363.58360.35763.29865.99268.56285.960抑塵率（%）5.3491.9291.7492.0293.0793.2691.2292.8792.0193.23從上表可以看出，置

20、于室外自然環境中，模擬煤場現場堆放的情況下，空白樣品只噴灑一定量的水分，從第五天開始抑塵率下降較快，第50天抑塵率僅為5.34%，煤樣損失嚴重；噴灑抑塵劑的樣品能在較短時間內成膜，且在15天內保持很高的抑塵率。經過50天的測試之后，仍能保持90%以上的抑塵率，基本滿足實際生產的需要。同時，50天內有4次陰雨天氣，經過雨水的沖刷和浸泡，50天后仍能保持較好的膜的連續性，僅部分樣品出現膜破裂現象。2.4最佳方案的選擇 從上述分析可以得出抑塵劑的最佳方案是A3B3C1，即PVA4g， 0.2%JFC10ml，助劑A20ml，按此工藝制備出的抑塵劑生產工藝簡單，可操作性強，經驗證，成膜時間83分鐘，成

21、膜后膜連續性較好，粘度19.10mpa/s，抑塵劑表面張力37.6mN/m,有較好的滲透性，50天后抑塵率95.3%。3.結語 通過對新型煤塵抑塵劑的粘度、成膜時間、表面張力、抑塵率及耐水性能的測試，篩選出了適宜生產和應用的最佳配方，該配方具有生產工藝簡單，原料來源廣泛且價格低廉，成膜時間短，強度大，成膜后膜的連續性好，有一定的耐水、抗風性能，適宜在煤場堆放及火車輪船運輸中應用。參考文獻:1趙星光, 譚卓英. 露天礦山運輸路面抑塵劑的研究與綜述J. 黃金, 2005, (9) : 48-50.Zhao Xing-guang,Tan Zhuo-ying. Overview of road dus

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