表面活性劑對白坪煤礦煤塵濕潤性的影響

王士棟 尚政杰

（鄭州煤炭工業(yè)集團有限責任公司，河南省鄭州市，450007）

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表面活性劑對白坪煤礦煤塵濕潤性的影響

王士棟 尚政杰

（鄭州煤炭工業(yè)集團有限責任公司，河南省鄭州市，450007）

為確定適合鄭州礦區(qū)白坪煤礦煤塵的表面活性劑水溶液配方，利用接觸角測量儀測量了丁二酸二異辛酯磺酸鈉（1292）等6種表面活性劑及其復(fù)配水溶液對白坪煤樣的接觸角，探討煤樣親水性與表面活性劑種類、用量、水質(zhì)和復(fù)配的關(guān)系，試驗數(shù)據(jù)表明：6種表面活性劑及其復(fù)配溶液均可改善白坪煤樣的濕潤性，其中丁二酸二異辛酯磺酸鈉（1292）、烷基酚聚氧乙烯醚（TX10）對白坪煤樣的親水性影響較大，0.05%的丁二酸二異辛酯磺酸鈉（1292）表面活性劑水溶液配方較優(yōu)。

煤塵 接觸角 表面活性劑 煤樣濕潤性 復(fù)配水溶液

采掘面機械化、自動化裝備使工作面采掘進度加快，采、掘、支、運環(huán)節(jié)產(chǎn)塵量增大，呼吸性粉塵占總粉塵濃度比例增大，煤層注水、噴霧灑水、凈化水幕、防塵網(wǎng)和濕式打眼等物理除塵方法對風流中呼吸性粉塵降除率較低，不能滿足安全高效生產(chǎn)要求，需要尋找新材料、新工藝解決機械化采掘過程中粉塵問題。表面活性劑可以有效地降低液體表面張力，改善煤塵親水性，提高水霧對煤塵的捕捉率，使漂浮在空氣中的呼吸性煤塵降低，改善職工作業(yè)環(huán)境。以鄭州礦區(qū)白坪煤礦煤樣為研究對象，選擇SAS、1292、JFC和TX10等6種表面活性劑，種類及結(jié)構(gòu)類型見表1，探討煤樣親水性與表面活性劑種類、用量、水質(zhì)和復(fù)配的關(guān)系，確定表面活性劑水溶液的最佳配方，為表面活性劑在白坪煤礦綜合防塵技術(shù)措施現(xiàn)場應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

表1　親水性試驗表面活性劑種類及結(jié)構(gòu)類型

1　試驗部分

1.1試驗試劑及儀器

（1）煤塵樣品。將白坪煤礦不同采區(qū)的采煤工作面采集的新鮮煤樣破碎、混合和縮分后作為試驗對象。

（2）試驗試劑。丁二酸二異辛酯硫酸鈉（1292）和烷基酚聚氧乙烯醚（TX10）等6種表面活性劑以及磷酸三丁酯消泡劑和水（礦井水、自來水和超純水）。

（3）試驗儀器。JC2000C1接觸角測量儀、電子天平、振篩機、磨煤機和壓片機等。

1.2試驗方法

煤樣親水性表現(xiàn)為試劑液滴在煤樣表面的鋪展程度，測試不同試劑在煤樣表面的接觸角，以接觸角判定表面活性劑水溶液的煤樣濕潤性指標，對比分析表面活性劑對煤樣親水性的影響。將試驗煤樣加壓成圓柱型煤片，采用JC2000C1接觸角測量儀測定煤樣表面水滴接觸角。

2　試驗結(jié)果與分析

2.1不同表面活性劑對煤樣親水性的影響

將6種表面活性劑配比成不同質(zhì)量濃度的水溶液（0.02%～0.1%），測試6種表面活性劑單體不同質(zhì)量濃度對白坪煤礦煤樣的接觸角，測試結(jié)果見表2。

表2　表面活性劑溶液—煤接觸角測定

從表2中可以看出，加入表面活性劑后，提高了煤樣的親水性，且隨著表面活性劑濃度的增加，煤樣的接觸角顯著降低；1292和TX10兩種表面活性劑可較好地提高煤樣表面的親水性，1292表面活性劑水溶液質(zhì)量濃度0.05%時，10 s后煤樣的接觸角可降低至10°，TX10表面活性劑水溶液質(zhì)量濃度0.06%時，10 s后煤樣的接觸角可降低至2°；SAS、JFC、1631和CAB235同樣能夠降低煤樣接觸角，其中，SAS、JFC和CAB235表面活性劑質(zhì)量濃度提高至0.15%時，10s后接觸角均大于20°，對煤樣親水性有一定影響。從表面活性劑添加劑用量角度分析，應(yīng)用1292和TX10優(yōu)于其他4種表面活性劑。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)在水中加入少量表面活性劑1292，穩(wěn)定性較好，沒有隨著時間的變化而失效。表面活性劑TX10為無色透明粘稠液體，較難溶于水，需攪拌10 min使其充分溶解，攪拌后溶液呈無色透明，但是在攪拌過程中會出現(xiàn)起泡的現(xiàn)象，在單獨使用和復(fù)配溶液時，需要加入消泡劑配合使用。

2.2表面活性劑復(fù)配對煤樣親水性的影響

表面活性劑可以降低水溶液表面張力，提高煤樣親水能力，增加煤樣的濕潤性，降低生產(chǎn)過程中的粉塵濃度。不同單一表面活性劑對改善同一類煤樣濕潤性的效果不一樣，煤樣濕潤效果與表面活性劑的離子類型、溶劑電解質(zhì)濃度和環(huán)境溫度等相關(guān)。相關(guān)研究表明，復(fù)合表面活性劑改善煤樣濕潤性能優(yōu)于單一表面活性劑，選擇適合煤樣種類的表面活性劑，濃度配比恰當可以有效提高煤樣親水性和濕潤性。針對白坪煤礦煤樣，選擇高效、安全、經(jīng)濟、無毒害和無腐蝕的4種表面活性劑混合復(fù)配，試驗不同表面活性劑混合復(fù)配后的使用效果，優(yōu)化減少表面活性劑的用量，降低成本，提高水霧降塵效果。

選擇對白坪煤礦煤樣的親水性效果較好的SAS、1292、TX10和16314表面活性劑進行復(fù)配試驗，數(shù)據(jù)見表3。每種表面活性劑選擇兩種濃度，與其他同質(zhì)量濃度表面活性劑均勻復(fù)配，表面活性劑溶液復(fù)配后，測試表面活性劑復(fù)配水溶液對煤樣的接觸角。

從表3中可以看出，表面活性劑復(fù)配質(zhì)量濃度為0.025%時，不同表面活性劑復(fù)配體系的接觸角相差較大，其中“1292+SAS”復(fù)配體系對煤樣的接觸角最大，“TX10+1292”復(fù)配體系對煤樣的接觸角最小，濕潤效果最好，10s后接觸角為22°，其余4個復(fù)配體系的接觸角相差不大。當表面活性劑復(fù)配水溶液質(zhì)量濃度提高至0.03%時，不同表面活性劑復(fù)配體系的接觸角均降低，且相互之間的差異變小，其中“TX10+1631”復(fù)配體系與“TX10+1292”復(fù)配體系的接觸角最小。根據(jù)4種表面活性劑復(fù)配水溶液的接觸角測試數(shù)據(jù)、表面活性劑價格和穩(wěn)定性等因素，“TX10+1292”復(fù)配體系可作為白坪煤礦綜合防塵措施的添加劑配方。

表3　復(fù)配溶液不同濃度對接觸角的影響

2.3PH值對煤樣親水性的影響

將質(zhì)量濃度為0.03%的3種表面活性劑復(fù)配水溶液滴加質(zhì)量濃度為0.15%的適量稀硫酸調(diào)整水溶液p H為5～6（弱酸性）；滴加質(zhì)量濃度為0.10%的適量氫氧化鈉調(diào)整水溶液p H為8～9（弱堿性），測試不同p H值表面活性劑復(fù)配水溶液的煤樣接觸角，測試結(jié)果見表4。

表4　酸堿性對表面活性劑溶液接觸角的影響

從4表中可看出，在弱酸性環(huán)境中，有利于提高“TX10+1631”復(fù)配體系對煤的親水性，在弱堿性環(huán)境中，則效果相反；“1292+1631”復(fù)配體系不論是在酸性還是堿性環(huán)境中，對煤樣的接觸角均增大；水溶液p H值對“TX10+1292”復(fù)配體系的影響不明顯。

2.4消泡劑對煤樣親水性的影響

試驗發(fā)現(xiàn)表面活性劑加入水中攪拌時，會產(chǎn)生泡沫，泡沫會影響水霧對煤塵浸濕的效果，減少煤塵對水分的吸收。因此，部分表面活性劑實際應(yīng)用中應(yīng)加入消泡劑提高煤塵對水分吸收量，抑制煤塵飛揚。在質(zhì)量濃度為0.03%的表面活性劑復(fù)配溶液中加入磷酸三丁酯消泡劑，測試不同表面活性劑復(fù)配溶液的煤樣接觸角，分析消泡劑對表面活性劑復(fù)配溶液的影響規(guī)律，測試數(shù)據(jù)見表5。

表5　消泡劑與表面活性劑溶液的接觸角

消泡劑是一種油狀試劑，滴加在表面活性劑復(fù)配溶液后漂浮在溶液上。經(jīng)過約2 min的攪拌，消泡劑均勻的懸浮在溶液中，起到消泡的效果。靜置一段時間，消泡劑又重新聚集形成液滴狀浮在溶液上。從表5中可以看出，6種表面活性劑復(fù)配溶液加入磷酸三丁酯消泡劑后，接觸角均有所減小，表面活性劑溶液的親煤效果均得到提高。

2.5水質(zhì)對煤樣親水性的影響

水介質(zhì)硬度對煤樣潤濕性影響試驗表明，水溶劑中的離子（鈣鎂離子）的含量不同，對煤樣的親水性產(chǎn)生不同影響。選擇白坪礦礦井水、自來水和蒸餾水，測試表面活性劑水溶液加入鈣離子和鎂離子后煤樣的接觸角，觀察加入離子前后接觸角是否會有變化，具體數(shù)據(jù)見表6。從表6中可以看出，蒸餾水和含鈣離子的水溶液對煤樣的接觸角較小，自來水和加入鎂離子的水溶液對煤樣的接觸角提高了4°～5°，試驗表明水溶劑中的鈣離子和鎂離子對煤樣的接觸角影響較小。

表6　水溶劑硬度對煤樣的接觸角影響

2.6表面活性劑配方的確定

表2和表3中的數(shù)據(jù)表明，自來水中分別加入1292、TX10和“TX10+1292”復(fù)配溶液后，煤樣的親水性顯著提高。為此，以1292、TX10和“TX10+1292”復(fù)配溶液為研究對象，配比質(zhì)量濃度分別為0.03%、0.04%、0.05%和0.06%的溶液，測試不同質(zhì)量濃度表面活性劑水溶液對白坪煤礦的煤樣接觸角，確定白坪煤礦的綜合防塵措施水溶液的表面活性劑較優(yōu)配方，測試結(jié)果見表7。

從表7中可看出，隨著表面活性劑濃度的增加，接觸角均下降。溶液濃度為0.05%時，10s后接觸角均在10°以下，3種溶液改善煤樣親水性的效果相當。由于TX10在攪拌過程起泡、價格較貴和操作復(fù)雜等因素，選擇濃度為0.05%的1292溶液作為白坪煤礦綜合防塵措施水溶液配方。

3　結(jié)論

（1）采用JC2000C1接觸角測量儀測試1292、TX10和SAS等6種表面活性劑水溶液對鄭州礦區(qū)白坪煤樣的接觸角，發(fā)現(xiàn)表面活性劑1292、TX10及二者復(fù)配溶液對白坪煤樣的親水性影響較大，可以有效提高白坪煤礦煤塵的濕潤性。

（2）以蒸餾水、礦井水和自來水為表面活性劑的試驗溶劑，發(fā)現(xiàn)水的硬度對煤樣的潤濕性影響不大，可選取礦井水和1292表面活性劑作為礦井綜合防塵措施的主要原材料。

（3）質(zhì)量分數(shù)為0.05%的1292表面活性劑水溶液可以有效提高白坪煤礦煤樣濕潤性，可作為白坪煤礦煤塵綜合防塵措施水溶液的表面活性劑配方。

［1］ 楊靜.煤塵表面特性及潤濕機理的研究 ［J］.煤炭學報，2007（7）

［2］ 楊靜.綜放工作面表面活性劑的噴霧降塵實驗及其應(yīng)用［J］.山東科技大學學報，2009（4）

［3］ 孫銀宇.煤塵潤濕性研究及降塵劑復(fù)配方案［D］.安徽理工大學，2014

［4］ 楊靜.煤塵的潤濕機理研究 ［D］.山東科技大學，2008

［5］ 趙振保.煤塵潤濕性的實驗研究 ［J］.煤炭學報，2011（3）

［6］ 唐曉燕.司班80表面活性劑預(yù)處理改善褐煤的浮選研究.中國煤炭，2014（1）

（責任編輯 孫英浩）

世界首個煤層氣國際標準正式發(fā)布

日前，由中石油煤層氣有限責任公司承擔制訂的世界首個煤層氣國際標準—— 《煤層氣含量測定方法》經(jīng)國際標準化組織（ISO）審查通過并正式予以發(fā)布。

《煤層氣含量測定方法》總結(jié)和整合了各國煤層氣含量測定技術(shù)要求，通過對測試儀器、樣本采集、試驗步驟、計算方法、資料處理及質(zhì)量評估等技術(shù)細節(jié)的規(guī)范，提供了準確測定煤層氣含量的科學方法和技術(shù)標準，提高了該項技術(shù)的普適性和應(yīng)用的安全、高效、穩(wěn)定性能，實現(xiàn)了技術(shù)上的國際統(tǒng)一。

ISO組織煤層氣技術(shù)委員會成立于2011年10月，主席國和秘書處承擔國均設(shè)在中國，目前已發(fā)展擁有中國、德國、波蘭等20個成員國。2012年，在北京召開第一屆年會，提出申報 《煤層氣含量測定方法》等4項新標準提案。

該標準的正式發(fā)布對于推動煤層氣領(lǐng)域整體技術(shù)進步，保障煤礦安全生產(chǎn)，促進國際能源交流與合作，增強中國在國際煤層氣領(lǐng)域的話語權(quán)和影響力均具有重要意義。

The surfactants influence on coal dust wettability in Baiping Coal Mine

Wang Shidong，Shang Zhengjie
（Zhengzhou Coal Industry Group Co.，Ltd.，Zhengzhou，Henan 450007，China）

In order to determine a suitable aqueous solution formulation of surfactants for coal dusts of Baiping Coal Mine，the authors used contact angle meter to measure angles of penetrating agent T（1292）and other six types of surfactants solutions’influences on coal samples of Baiping Coal Mine，and also discussed types，dosage，water quality and compound relationships between hydrophily and surfactants of coal samples.The data of tests showed that the six types of surfactant and combination solution can improve the wettability of the Baiping coal samples，particularly penetrating agent T（1292）and alkyl phenol polyoxyethylene（TX10）had great influence on hydrophily of Baiping coal samples，and the best aqueous solution formulation of surfactants was 0.05%concentration of penetrating agent T（1292）.

coal dust，contact angle，surfactant，wettability of coal samples，compound formulation

TD714

A

王士棟（1982-），男，河南寧陵縣人，工程師，國家注冊安全工程師、大學學歷，現(xiàn)在鄭煤集團總調(diào)度室工作，發(fā)表科技術(shù)論文10余篇。