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生物可降解型复合抑尘剂对不同煤质粉尘润湿性的协同效应研究

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生物可降解型复合抑尘剂对不同煤质粉尘润湿性的协同效应研究

作者：张雨晨中国矿业大学

学位级别：硕士

矿井作业过程中易产生大量煤尘,具有极大的危险性。煤尘治理不当不仅会增加煤矿作业工人尘肺病致病率,还会引起粉尘爆炸危险事故造成大量人员伤亡。在已有喷雾除尘技术中所用的抑尘剂大部分使用化学材料或者是化学工艺合成,对环境会产... 详细信息

矿井作业过程中易产生大量煤尘,具有极大的危险性。煤尘治理不当不仅会增加煤矿作业工人尘肺病致病率,还会引起粉尘爆炸危险事故造成大量人员伤亡。在已有喷雾除尘技术中所用的抑尘剂大部分使用化学材料或者是化学工艺合成,对环境会产生不良影响。对此,国内外已有很多从环保角度出发,以提高煤尘润湿效率及润湿程度为目标开展了大量研究,但依然鲜有实验对抑尘剂从源头材料进行改进,难以兼顾环保、降尘效果及成本三者的平衡关系。因此,采用实验研究,模型构建及数据分析方法,使用生物型表面活性剂为主要试剂,配制绿色生物可降解型复合抑尘剂,研究了该抑尘剂对于不同煤质粉尘润湿性的协同效应及影响规律。具体研究内容及成果如下:通过对常见生物表面活性剂以及辅助性试剂进行单体表面张力测试,并用傅里叶红外光谱分析内部微观结构,综合考虑成本问题,选择出三种生物表面活性剂作为复合抑尘剂的主要成分,一种增稠剂及一种增效剂作为辅助性试剂,进行生物型阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂的复配实验。配制比例不同的新型生物复合抑尘剂,对煤尘进行润湿实验并记录润湿时间;以各试剂的不同浓度作为影响因素,润湿时间作为响应值,基于数学统计分析方法,建立最优化配比模型确定煤尘最优润湿效果的抑尘剂组分。根据模型得到使润湿性最优配比为:鼠李糖脂0.129%,内酯型槐糖脂0.044%,Surfactin0.029%。在此添加量配比下,模型预测的复配试剂作用于无烟煤煤尘的润湿时间为31.777s,而煤尘在纯净水中一分钟后依然无法完全润湿,抑尘剂有效提高了润湿效率。鉴于我国煤尘种类丰富且储量大,变质程度不同的特点,将配制好的新型生物可降解型复合抑尘剂作用于不同矿区所采集的四种煤样,对不同煤尘进行工业分析,傅里叶红外光谱测试,表面Zeta电位变化,接触角测定实验,润湿热测定。对比了不同煤尘经过处理后的理化指标,分析各变化量与煤尘润湿性能之间的关联性。实验结果表明:抑尘剂作用后低变质程度褐煤的润湿性能最佳,变质程度较高的气肥煤与无烟煤经处理后,虽然不是润湿性能最好的,却可以观察出它们理化参数出现明显变化,说明对于该抑尘剂较敏感。四种煤尘均出现不同程度的变化,使用SPSS建立皮尔逊矩阵散点图,观察出煤尘表面电位变化与其化学组分之间的线性关系,以及两两变量间的关联性。采用逐步回归分析法建立表面电位值变化量的回归模型,选定表面Zeta变化量为因变量,分析其与煤尘各化学组分之间关联性,得到公式:[ΔZeta(m V)]=9.864-0.12[FC(%)]。选定评估煤尘润湿效果的定量化参数,以润湿热值变化量表征煤尘润湿性能的增强幅度,揭示了该抑尘剂提升煤尘润湿性的机理,对比经抑尘剂处理前后不同煤尘的理化指标,主要表面含氧官能团含量的变化程度。通过建立多元回归模型分析可以得出经处理后的煤尘润湿热增量与煤尘理化性质间的量化关系,得到多元回归公式:[ΔH(J/g)]=-956.319+16.577[ΔZeta]+14.7865[-OH(%)]+2.4675[C=O(%)]。定量分析了实验配制生物可降解型复合抑尘剂对于不同煤尘的作用效果,多维度衡量了润湿热增强幅度不同的原因,量化了相关指标与润湿效果的关联性,为预先判断该生物可降解型复合抑尘剂对于不同煤尘的润湿效果提供理论依据。实际应用前可通过小剂量实验预判对现场煤尘的润湿效果,进而考虑是否大规模使用。

关键词：生物型表面活性剂润湿性能复合抑尘剂最优化定量化

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马兰矿掘进工作面复合抑尘剂的研制及应用

矿业装备 2023年第6期 47-49页

作者：苏斌西山煤电马兰矿山西古交030200

针对马兰煤矿掘进工作面粉尘浓度高的问题,通过沉降实验、黏度测试及正交实验确定出复合抑尘剂的关键成分及各成分的配比,且该配比下的复合抑尘剂沉降时间仅为4.1s,且黏度可达到26.4MPa.s,吸附湿润性能及絮凝性能均优于普通抑尘剂。现... 详细信息

针对马兰煤矿掘进工作面粉尘浓度高的问题,通过沉降实验、黏度测试及正交实验确定出复合抑尘剂的关键成分及各成分的配比,且该配比下的复合抑尘剂沉降时间仅为4.1s,且黏度可达到26.4MPa.s,吸附湿润性能及絮凝性能均优于普通抑尘剂。现场应用结果表明:在添加复合抑尘剂后,掘进面平均全尘浓度及呼尘浓度分别为28.8mg/m3、16mg/m3,全尘和呼尘的降尘率分别为95.1%、93%,降尘效果显著,保证了作业人员的安全施工。

关键词：掘进工作面复合抑尘剂粉尘防治

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矿用复合抑尘剂的研究及应用

中国矿业 2020年第4期29卷 56-60,88页

作者：廖奇樊煜熔徐乐华太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 原位改性采矿教育部重点实验室山西太原030024

为有效降低高浓度煤尘对井下工作人员健康造成的危害,针对矿用自来水湿润性和黏度的不足,通过沉降实验与黏度测试实验,并结合正交试验设计方法研发了一种由表面活性剂、增效离子和纤维素组成的复合抑尘剂。实验表明:添加该复合抑尘剂后... 详细信息

为有效降低高浓度煤尘对井下工作人员健康造成的危害,针对矿用自来水湿润性和黏度的不足,通过沉降实验与黏度测试实验,并结合正交试验设计方法研发了一种由表面活性剂、增效离子和纤维素组成的复合抑尘剂。实验表明:添加该复合抑尘剂后的溶液沉降煤尘仅需4.1 s,且其黏度为矿用自来水的24倍,湿润性与黏度显著高于常用抑尘剂。现场应用结果表明:掘进机内、外喷雾中添加复合抑尘剂后,工作面全尘和呼尘的平均降尘率分别达95.0%和92.8%,较采用复合抑尘剂前的全尘和呼尘的降尘率分别提高了25.0%和29.1%。

关键词：煤尘复合抑尘剂粉尘防治表面活性剂增效离子纤维素

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PAA吸湿型复合抑尘剂研究

PAA吸湿型复合抑尘剂研究

作者：唐丽萍中南林业科技大学

学位级别：硕士

粉尘污染是世界公害之一,对人类和环境都有很大危害,如人类吸入高浓度粉尘会导致肺病发病率提高,强烈的粉尘颗粒刺激可引起气管炎、鼻炎、咽喉炎等呼吸道炎症。另外,高浓度粉尘还会造成能见度降低,可引起酸雨,对植物以及机械设备都会有... 详细信息

粉尘污染是世界公害之一,对人类和环境都有很大危害,如人类吸入高浓度粉尘会导致肺病发病率提高,强烈的粉尘颗粒刺激可引起气管炎、鼻炎、咽喉炎等呼吸道炎症。另外,高浓度粉尘还会造成能见度降低,可引起酸雨,对植物以及机械设备都会有腐蚀,对环境卫生影响也十分突出。因此,粉尘防治技术研究和开发一直受到高度重视,其发展水平也在不断提高。目前,抑尘方法主要有洒水抑尘、挡风抑尘网抑尘、遮盖抑尘、园林绿化抑尘、化学抑尘,而化学抑尘剂是粉尘防治中最有效的方法之一,特别是吸湿型高分子类化学抑尘剂能对粉尘料堆和路面上的粉尘起到良好的抑制作用,它既能防止风力和雨水侵蚀、保持水分、使粉尘表面形成坚硬的固结外壳,又能针对环境湿度变化而表现出吸放湿功能,以达到控制或减少粉尘伤害人类和环境的目的。本文研制了一种成本低、操作简单、抑尘效率高、成膜性好、吸湿性好的吸湿型复合抑尘剂。在筛选抑尘剂原料基础上,应用正交实验设计,获得了实验范围内的优化配方,并对其综合使用性能进行了比较系统的研究。优化配方条件为高吸水树脂聚丙烯酸(PAA)质量分数为0.15%,10%聚乙烯醇溶液质量分数为5%,羧甲基纤维素钠质量分数为0.1%,表面活性剂OP-10质量分数为0.25%。测得优化配方pH值为7.25,粘度为15.5mPa.s,渗透时间为4.45min,8h失水率为8.43%,喷洒顺畅且成膜性良好,最适喷洒量为4kg/m2。从这些基本性能测试结果可知,该抑尘剂pH值接近中性,对植物以及机械设备基本没有腐蚀性;该抑尘剂粘度低、喷洒性良好,采用一般洒水车喷洒即可。该复合抑尘剂的综合应用性能实验结果表明:粘度随温度升高而逐渐降低;温度升高抗蒸发能力下降;自然条件下(温度:22～35℃,湿度:40%～70%)具有良好吸湿放湿性能,且喷洒第二次比第一次的效果好,喷洒一次可抑尘10天左右,喷洒两次可抑尘20天以上;凝固前、后的抗冻性良好,冷冻后表面完整无裂缝,且凝固前的尘样经冷冻后表面形成一层更为坚固的膜,使得成膜性更好,膜强度更高,因而抑尘效果越好;抗风吹性能良好,风吹2小时后抑尘剂对PM2.5的抑尘效率为91.30%,对PM10的抑尘效率为88.89%,分别比水提高了 53.65%和39.46%;不同配方复合抑尘剂的渗透性不同,该复合抑尘剂的渗透时间随温度升高而缩短,且渗透深度越深,渗透速度越慢,这与复合抑尘剂的粘度有很大关系。对该复合抑尘剂的经济和环境效益分析结果表明,对于1万m2面积公路,喷洒抑尘剂防尘比喷洒水防尘的成本要低得多,洒水防尘每年需要花费60.04万元,喷洒该复合抑尘剂第一年成本只需30.04万元,但分析长期效益可知喷洒抑尘剂每年相当于有74.82万元的直接经济收益,且喷洒抑尘剂能够有效防止扬尘,对环境污染有较大改善。该复合抑尘剂可推广应用性强,具有良好经济和环境效益。

关键词：复合抑尘剂 PAA 聚乙烯醇抑尘效率正交实验

一种新型高分子复合尾矿库抑尘剂配比及性能实验研究

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西部大开发（土地开发工程研究） 2017年第8期 55-60页

作者：李广龙陕西省土地工程建设集团有限责任公司延安分公司陕西延安716000

目前现有的抑尘技术研究中,对于金属矿尾矿库扬尘灾害的研究相对较少,针对该问题,本文以湖南省永州市东安新龙矿业尾矿库尾砂为研究对象,研制了一种以高倍吸水树脂材料聚丙烯酰胺为基料,丙三醇、海藻酸钠和水性乳化液三种成分为改性材... 详细信息

目前现有的抑尘技术研究中,对于金属矿尾矿库扬尘灾害的研究相对较少,针对该问题,本文以湖南省永州市东安新龙矿业尾矿库尾砂为研究对象,研制了一种以高倍吸水树脂材料聚丙烯酰胺为基料,丙三醇、海藻酸钠和水性乳化液三种成分为改性材料的新型高分子抑尘剂,并对其配比和性能进行了实验研究,确定了最优配比。实验证明,该新型复合抑尘剂黏度适中,保水性较好,抗水蚀及抗风蚀性能优异,具有较好的抑尘效果。

关键词：高吸水性树脂尾砂复合抑尘剂扬尘治理

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火烧岩露天矿采装过程抑尘技术研究

火烧岩露天矿采装过程抑尘技术研究

作者：赵雪莹辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

当前绿色矿山建设已成为生态文明建设国家战略背景下矿产资源开发的必然选择。新疆露天煤矿开采中粉尘污染普遍严重,尤其是火烧岩地区,严重危害从业人员职业健康及周边大气环境。本文以火烧岩露天矿采装过程这一重要产尘环节作为粉尘防... 详细信息

当前绿色矿山建设已成为生态文明建设国家战略背景下矿产资源开发的必然选择。新疆露天煤矿开采中粉尘污染普遍严重,尤其是火烧岩地区,严重危害从业人员职业健康及周边大气环境。本文以火烧岩露天矿采装过程这一重要产尘环节作为粉尘防控对象,从岩料本质上改善火烧岩微观理化性质为核心,开展抑尘技术研究,从根本上解决采装环节粉尘污染问题。首先采用微观手段对粉尘理化性质进行测试分析:火烧岩与水接触角为91.569°,属于疏水性岩料;红外光谱吸收峰主要由Si-O-Si反对称伸缩振动与Si-O的对称伸缩振动形成;可吸入颗粒物平均占比达85.93%。利用Fluent 15.0对采装粉尘产生及运移数值模拟的结果表明:提高粉尘粘度、空气湿度,能够从产尘源头有效抑制粉尘浓度及扩散范围,为确定采装产尘源头实施湿式喷雾抑尘的研究思路提供了理论依据。单因素实验联合正交实验确定了复合抑尘剂最佳配比为:十二烷基苯磺酸钠(SDBS)0.6%、羧甲基纤维素钠(CMC)0.03%、氯化镁(Mg Cl)5.0%及柠檬酸(CA)3.0%,并通过接触角测试方法确定了最佳稀释比为1:30。FT-IR、SEM表征结果显示喷洒复合抑尘剂后火烧岩粉尘内增加了分子间氢键、羟基等亲水基团,其表面短时间内形成了致密保护膜;含水率实验结果显示常温通风条件10 d,含水率仍可达25.62%。室内喷雾抑尘模拟试验结果表明全尘、呼吸性粉尘抑尘效率分别为87.06%、81.90%。火烧岩露天煤矿采装抑尘现场试验结果表明全尘、呼吸性粉尘平均抑尘效率分别为87.13%、86.10%,司机室内粉尘浓度已降低至满足工况环境质量要求,说明复合抑尘剂能够有效抑制火烧岩粉尘,有效改善露天煤矿采装工作面大气环境质量。该论文有图83幅,表10个,参考文献96篇

关键词：露天煤矿火烧岩粉尘 Fluent 复合抑尘剂正交实验 FT-IR