一种复合型抑尘剂的研制

一种复合型抑尘剂的研制

长期以来，作为我国能源生产和消费的主要能源，煤炭作为基本能源，在能源生产和消费结构中一直发挥着主导作用。据有关专家预测,到2050年,煤炭在我国一次能源中的比重仍将占据50%以上。在煤炭的储存和运输过程中,会产生大量煤尘,不仅造成煤炭损失和自然资源浪费,还将对环境造成严重污染。此外,对于煤堆来说,扬尘还可能引发安全事故。有些火力发电厂的露天贮煤厂,由于煤尘飞扬,可使供热管道、缆线等处因沉积粉尘自燃而造成火灾。目前采用的方法主要有加盖法和喷淋抑尘剂法。其中喷淋抑尘剂法由于施工简单、省时省工、容易实施而受到广泛关注。抑尘剂可分为湿润剂、黏结剂和凝聚剂三大类,但单一的抑尘剂抑尘效果并不理想,复合型抑尘剂的研究是今后发展的方向。某些高分子材料具有良好的水溶性、成膜性、粘结力和乳化性,因此利用一种水溶性高分子材料、丙三醇为原料进行反应,再加入吸湿性卤盐的方法来制备煤尘的抑尘剂,取得了良好的实验效果,并且在现场列车实验中表明,该抑尘剂的抑尘性能优良。同时,该抑尘剂配方对解决其他细粉矿料等散体物料在铁路运输中引起的扬尘问题,也有一定的参考价值。1国外的实验效果1.1实验原材料水溶性高分子,工业级;丙三醇,工业级;CaCl2,工业级。1.2实验设备分析天平,大气采样器,鼓风机,常规玻璃仪器。1.3室内扬尘测定在实验台上模拟未喷和喷有抑尘剂的煤样在风速为20m/s下扬尘浓度。测试配方中各个组分的抑尘性能,寻求最佳的配比。实验过程如下:将煤放置于半径为10cm的培养皿中,在煤样表面喷洒抑尘剂;喷淋量为1.5～2.5kg/m2;用鼓风机对煤堆表面吹风。在距培养皿的下风向距培养皿1.0m处安装TSP空气采样器,对室内的扬尘进行测定;采样仪器为KC-120H型带有切割头的中流量大气颗粒物采集装置,采集100μm以下的大气总悬浮颗粒物,流量控制在100L/min,采集过程为连续采样,采样时间为0.5h。1.4煤尘浓度的测定用抑尘效率来表征抑尘剂的性能。首先,对室内的空气进行测试,得到室内环境的背景浓度值ρ0;对未喷抑尘剂的煤样进行试验,测得其煤尘的浓度ρ1;然后对喷有配方中不同组分的煤样进行测试,测得各自的煤尘浓度值ρx,按照式(1)求得其抑尘效率R:R=ρ1−ρxρ1−ρ0×100%(1)R=ρ1-ρxρ1-ρ0×100%(1)2结果分析2.1构建水溶液高分子材料在烧杯中加入水溶性高分子,再加水搅拌至完全溶解,配成一定质量分数的溶液。按照上面的试验测试方法进行测试,寻求最佳的高分子材料用量。水溶性高分子质量分数与抑尘效率的关系见图1。水溶性高分子含有大量的羟基和部分羧基,随着水溶性高分子用量的增加,抑尘剂黏度迅速增大,抑尘效率迅速提高。当水溶性高分子的质量分数达到0.30%以上时,抑尘效率达到98%以上;随着水溶性高分子用量的增加,则其溶解过程所需的时间越长,抑尘剂的成本也越高。因此,水溶性高分子的适宜质量分数为0.15%～0.30%。2.2抑尘效率测试选用质量分数为0.30%的水溶性高分子分别与不同质量分数的丙三醇混合配制成溶液,测试的丙三醇的质量分数为0.05%～2.0%,测试结果见图2。丙三醇本身具有很好的吸湿保水性能,能够在较长时间内锁住水分,使喷淋过的煤尘有较高的含水率;丙三醇与水溶性高分子进行共混后,溶液黏度明显增加。在水溶性高分子质量分数为0.30%,丙三醇的质量分数为1.5%以上时,该配方的抑尘效率达到99.5%。由此可见,当水溶性高分子的质量分数为0.30%时,丙三醇的最佳质量分数为1.5%～2.0%。2.3防冻抑尘剂配方的筛选分别用含有水溶性高分子0.30%、丙三醇1.0%、CaCl22%(质量分数)的配方与未加CaCl2的同样组分配比来喷洒煤样,然后,将煤样放入冰箱内,在-15℃下冷冻24h,取出;待固化层融化后作抑尘效率的测试实验,其对比结果见图3。图3中a,a′分别表示含有2%CaCl2组分的配方未经冻融和经过冷冻、融化过程后测得的抑尘效率;b,b′分别表示不含有CaCl2组分的配方未经冻融和经过冷冻、融化过程后测得的抑尘效率。从图3中可以看出,含有2%CaCl2组分的配方的抑尘效率比不含CaCl2的配方高,经过冷冻、融化过程后,其抑尘效率均降低,但不含CaCl2组分的配方降低的幅度较大。这是由于CaCl2是具有吸湿性的卤化物,加入CaCl2可以增加抑尘剂的保水性能,故能提高抑尘剂的抑尘效率。在经过冷冻、融化过程后,不加CaCl2的煤样表面有细微的裂纹,抑尘效率降低较为明显,故CaCl2可以增加该配方固化层的防冻性能。但CaCl2的加入会降低抑尘剂的黏度,为了使该抑尘剂配方具有合适的黏度,CaCl2的加入量应在1%～3%内。3甲基—抑尘剂机理研究图4—5分别为水溶性高分子有机物以及其与丙三醇反应后产物的红外光谱图,通过比较可知,1419,1382处为甲基(—CH3)的吸收,1741处为羰基(C==O)(C=Ο)的吸收,3249,3214处为羟基(—OH)的吸收;从图中可以看出,羟基(—OH)含量增加,羰基(C==O)(C=Ο)的含量也明显增加,说明反应产物中存在大量的羧基,在一定条件下,其可以互相接枝脱水,形成网状结构,使抑尘剂的黏度明显提高,进而提高此配方的抑尘效率。4列车行驶温度2008年12月在陕西省榆林市进行了列车现场运行试验,每节车厢喷淋抑尘剂约80kg,即每平方米的喷淋量约为2.0kg。列车在整个运输途中通过5条隧道,行驶800多km,气温在-20～10℃变化。到达目的地时,未喷淋抑尘剂的车厢内较大颗粒的煤被风吹到车厢两边,整个煤层高度下降50cm左右;而喷洒抑尘剂的车辆到达目的地后煤炭表面固化层裂纹较少,固化层随煤体整体下降10～20cm,经过始末站测量每节车厢煤炭减损400kg左右,减少了煤炭在运输中的损失。5车坪水国外喷淋成本该抑尘剂的最佳配比:水溶性高分子质量分数0.30%,其价格为17000元/t;丙三醇1.0%,其价格为14000元/t;自来水96.7%,其价格为2元/t;CaCl22%,其价格为1500元/t。每吨溶液成本为223元。根据现场试验,每节列车的喷淋量按80kg(约2.5kg/m2)计算,则喷淋每节车厢成本仅为17.84元。按每节车厢煤炭减损400kg,煤炭价格按250元/t计,喷淋该抑尘剂后,每节车厢可减少损失100元。由此可见,该抑尘剂配方具有较好的经济效益。6抑尘剂的使用价值根据实验结果,抑尘剂生产的最佳工艺配方(按质量分数计):水溶性高分子0.20%～0.30%;丙三醇1.0%～2.0%;CaCl21%～3%。由此配方可制得稳定性好、黏度适中、固化强度好及耐雨淋的抑尘剂。抗吹风能力测定实验表明,喷洒该抑尘剂后形成的膜足以抵抗20m/s风速的吹拂,固化层无裂缝产生,可以保证煤粒不被扬起。通过现场试验可知,喷洒该抑尘剂后,每节车厢可减少煤炭损失400kg左右,而喷淋每节车厢的成本仅为