化学团聚剂对煤尘团聚性能的影响.pdf

第 卷 第 期 年 月 黑 龙 江 科 技 大 学 学 报 .化学团聚剂对煤尘团聚性能的影响张迎新 唐 露 王佳伟 杨 康(黑龙江科技大学 安全工程学院 哈尔滨)摘 要:为研究化学团聚剂对细微粒径煤尘除尘效果的影响将化学团聚技术应用到喷雾除尘中考察团聚剂添加前后煤尘粒度分布的变化探究了团聚剂类型、浓度、团聚液温度等因素对煤尘团聚效果的影响 结果表明:化学团聚剂的加入可使煤尘累计粒度分布粒径提高约 倍其中黄单胞多糖的团聚效果最佳与纯水相比经黄单胞多糖团聚后煤尘 与 的增长率分别为 和 在一定浓度范围内团聚剂促进煤尘团聚效果随着团聚剂溶液浓度增加而提高低温环境不利于团聚剂作用适当升高团聚剂溶液温度有助于提升团聚效率关键词:煤尘 化学团聚 团聚剂 团聚性能:./.中图分类号:文章编号:()文献标志码:():.:收稿日期:第一作者简介:张迎新()男 黑龙江省海伦人 教授 博士 研究方向:矿山安全:.引 言随着煤炭开采机械化率的提高井下各个生产环节的产尘量大幅增加 井下煤尘浓度过高易导致煤尘发生爆炸且煤尘漂浮在空气中人体长期吸入会对健康造成损害 添加化学抑尘剂的喷雾降尘是目前各个矿井采用较多的降尘方法 按照化学抑尘剂的抑尘机理分类化学抑尘剂可以分为粉尘湿润剂、粘结剂和凝聚剂三大类 湿润剂用于提高水对粉尘的湿润能力和抑尘效果它特别适合于疏水性的呼吸性粉尘 郭王勇等研究发现抑尘剂的润湿性与煤尘的灰分液固之间的表面张力以及抑尘剂的电动电位有关 李仲文等利用悬滴法和座滴法分别测定了多种湿润剂溶液的表面张力以及与无烟煤的接触角优选出了一种抑尘效果较好的润湿剂溶液以上这些研究可以有效降低大粒径煤尘浓度但对 及以下粒径煤尘作用效果有限 及以下粒径煤尘是煤尘爆炸的主要参与成分这部分煤尘不易沉降长期漂浮在空气中团聚技术是提高细颗粒物清除效率的有效方法团聚技术主要有声团聚、电团聚、磁团聚、化学团聚 等几种方式 其中化学团聚技术是通过化学团聚剂将细微颗粒团聚化学团聚剂是粉尘粘结剂它不同于湿润剂通过改变水和粉尘表面的极性从而加速润湿粉尘也不同于凝聚剂通过吸收大量水分使粉尘保持较高的含湿量从而防止扬尘 化学团聚剂是通过高分子链的吸附搭桥作用使粉尘团聚长大增大粒径 化学团聚技术在电厂降低燃煤飞灰浓度中应用广泛能有效团聚常规除尘器难以捕捉的细微粒径飞灰传统的纯水喷雾降尘对 及以下粒径煤尘除尘率较低化学团聚技术可将这部分煤尘团聚长大加速沉降 煤矿使用化学团聚技术无需改变正常生产条件及现有除尘设备通过在喷雾降尘的水中添加适量团聚剂可以有效降低井下煤尘浓度笔者根据团聚剂合成方法及分子链所带电荷性质不同选取了 种化学团聚剂通过对团聚前后煤尘粒径变化的分析研究团聚剂种类浓度以及温度对团聚效果的影响探究煤尘的团聚行为 实 验.实验样品与试剂实验煤样取自七台河矿业集团公司建设煤矿在参考国内外有关降尘用团聚剂配方、专利及相关学术论文的基础上本着无毒无害、保存时间长且理化性质不变、不可燃、对金属和橡胶无腐蚀、成本低且运输方便的原则从现有的团聚剂中优选了用途较广的阴离子、非离子、阳离子 类团聚剂 种试剂进行实验 其中羧甲基纤维素钠(简称)为阴离子分子式为()黄单胞多糖(简 称)为 阴 离 子 分 子 式 为 离子聚丙烯酰胺(简称)为非离子分子式为 阳离子聚丙烯酰胺(简称)为阳离子结构式为()()()阴离子聚丙烯酰胺(简称)为阴离子结构式为()()试剂均购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司.实验设备实验所需设备主要包括水浴锅、粒径分析仪、场发射扫描电子显微镜、恒温加热箱、电子天平、烧杯其中溶液温度控制与搅拌转速控制采用 型数显搅拌水浴锅转速可控范围 /温度可控范围 煤尘粒径分布使用马尔文 激光粒度分析仪测量该仪器采用激光衍射技术测量粒度当激光束穿过分散的颗粒样品时通过测量散射光的强度来完成粒度测量数据用于分析计算形成该散射图谱的粒度可测量粒度范围为.实验方法煤样取自七台河矿业集团公司建设煤矿将其放入密封袋内保存送至实验室利用破碎机对其进行破碎处理使用 目标准分样筛筛选后保存实验时称取煤尘样品 将其加入不同温度的 团聚剂溶液(团聚剂与去离子水配制)中使用电磁搅拌仪(/)搅拌 使液面上产生紊流条件煤尘均匀分布于溶液中从而促进煤尘发生团聚 常温静置沉降 使用恒温加热箱保持与团聚剂溶液相同温度对其烘干后取团聚煤尘样品使用激光粒度分析仪测试团聚后煤尘粒径分布取累计粒度分布数达到 时所对应的粒径、累计粒度分布数达到 时所对应的粒径 等具有代表性的参数每个实验重复 次 结果与分析.团聚剂种类煤尘团聚是通过团聚剂的分子链将两个或更多第 期张迎新等:化学团聚剂对煤尘团聚性能的影响的煤尘吸附再通过分子链自身的“架桥”方式将其连接从而使得被吸附的煤尘之间相互接触团聚长大 不同团聚剂的分子量与分子结构存在差异故其对煤尘的团聚效果也不尽相同图 为团聚剂溶液温度 搅拌转速/团聚剂浓度./时不同种类团聚剂溶液对煤尘团聚作用的影响 主要表征为 及参数的变化图 不同种类团聚剂的团聚效果.从图 可以看出未添加任何团聚剂的去离子水中为.为.使用 团聚后与 分别增至.及.煤尘的粒径分布有明显增长表明煤尘与团聚剂分子链之间产生了吸附反应 因为不同的团聚剂所含分子量不同对煤尘的团聚促进作用有所差异其中 的分子量适中分子链为线性结构伸展度较好促进效果最好 团聚效果略优于 和 这是因为对于疏水性固体粒子在水中分散时使用阴离子高分子表面活性剂做分散剂最有效团聚剂分子在煤尘上定向吸附后煤尘带有电荷形成双电层使分散体趋于稳定 团聚效果不如 和 这与吴超的研究结果一致阳离子型团聚剂在水中能够电离出阳离子且 作为有机高分子化合物会电离出较多有机胺衍生物不易与煤尘吸附 非离子型团聚剂 不会在水中发生电离溶剂稳定性高.团聚剂浓度团聚剂溶液浓度也是影响煤尘团聚长大效果的重要因素文中选取 和 这 种团聚剂在温度 团聚剂溶液浓度分别为.、.、.、./时探究浓度对团聚效果的影响 图 为上述实验条件下煤尘的累计粒度分布粒径 结果图 团聚剂浓度对团聚效果的影响.由图 可知在 溶液浓度低于./时随着团聚剂溶液浓度增加煤尘累计粒度分布粒径显著增加 在溶液浓度由./增加至./时由.增长至.粒径分布增长 但当浓度超过./时随着浓度逐渐增大煤尘累计粒度分布粒径呈现减小的趋势 团聚剂溶液浓度由低增高煤尘累计粒度分布粒径也呈现先增大后减小的趋势 浓度为./时较浓度为./时粒径分布增长但当浓度超过./时逐渐减小 出现这种现象是由于溶液浓度逐渐增大过程中团聚剂分子数量增多分子链吸附煤尘能力加强可以团聚更多煤尘 但浓度过大时溶液中过量的团聚剂分子相互挤压分子链不易伸展对煤尘的吸附架桥作用难以实现并且煤尘比表面积较小煤尘表面被过量团聚剂分子饱和吸附没有足够多的空余吸附位置因此团聚效果较之前有所降低 综上团聚剂浓度存在一个最佳区间过高或过低均会影响团聚效果 与 最佳团聚浓度存在差别这是因为 的分子量比 高浓度相同时 的分子数量更多.团聚剂温度团聚剂溶液温度对煤尘团聚效果也有较大影响不同团聚剂在不同温度下的物性表现不同 选用、种团聚剂保持浓度、给尘量等条件均相同的情况下改变溶液温度图 为溶液黑 龙 江 科 技 大 学 学 报 第 卷温度对团聚效果的影响图 溶液温度对团聚效果的影响.由图 可知团聚效果与团聚剂溶液温度呈正相关 在温度浓度相同的情况下 的团聚效果最好 次之 最差这与团聚剂的分子量有关 的分子量高于 与 随着团聚剂溶液温度的增加团聚效果均逐渐增强 温度由 上升至 时 与 团聚效果显著提升经 团聚后的煤尘累计粒度分布粒径由.升至.增长了 与此同时 增长了 增长 这是由于温度升高溶液中分子热运动加剧且升温导致团聚剂分子链进一步伸展煤尘与团聚剂分子链碰撞吸附概率增大因此能够团聚更多煤尘 但温度由 升至 时三种团聚剂溶液团聚效果增强趋势放缓 溶液煤尘累计粒度分布粒径 由.升至.仅增长 这可能是因为溶液中煤尘与团聚剂分子吸附已经较为完全无法发生更多团聚 煤尘团聚过程分析使用场发射扫描电子显微镜对团聚前后煤尘的微观形貌进行观察结果如图 所示 由图 可知未进行团聚的煤尘独立分散主要以不规则颗粒存在 图 是煤尘与团聚剂溶液团聚作用后的微观形貌从图 中可以看出煤尘经团聚剂后形成了稳定的链状结构团聚体化学团聚剂分子在黏性力作用下将单个煤尘吸附后又通过分子自身的长链继续吸附其他一个或多个煤尘这样煤尘之间通过分子链“架桥”方式连接在一起形成“煤尘 高分子链 煤尘”链状絮凝体 当煤尘表面有足够多的空余吸附位置并且有相对多的团聚剂分子链向外伸展时不同链状絮凝体之间可以互相吸附构成网状结构 溶液中不断发生的这种现象使得分子链更易于捕获并吸附煤尘进一步起到增大团聚体体积的作用图 煤尘团聚前 图.结 论()化学团聚技术可有效促进煤尘团聚长大加入团聚剂后煤尘累计粒度分布粒径 与 与纯水相比均提高约 倍其中经 团聚后煤尘提高了 倍()在一定浓度范围内团聚剂促进煤尘团聚的效果随着团聚剂溶液浓度增加而提高 浓度小于./时增大其浓度可以增强团聚效果当 浓度大于./时继续增大团聚剂浓度团聚效果有所减弱 考虑到环境适用性以及经济性使用 作为团聚剂时浓度以./为宜()低温环境不利于团聚剂作用 适当升高团聚剂溶液温度溶液中煤尘和团聚剂分子热运动加剧碰撞并吸附在一起的概率增大并且温度升高团聚剂分子链伸展度较好更易于吸附煤尘参考文献:耿晓伟 黄敬雅.煤尘中游离二氧化硅在人体呼吸系统中的剂量及影响因素分析.安全与环境学报 ():第 期张迎新等:化学团聚剂对煤尘团聚性能的影响.():.郭王勇 鞠振福 靳昕 等.煤尘抑尘剂的润湿性能研究.矿业安全与环保 ():.李仲文 张志强 陈曦 等.表面活性剂对无烟煤煤尘的抑尘效果研究.煤矿安全 ():.:.:.:.施云芬 杨 锐 魏冬雪 等.化学团聚技术脱除燃煤细颗粒物的研究进展.化学通报 ():.朱洪堂 申贤坤 李润浩 等.化学团聚剂强化燃煤细颗粒物团聚脱除.环境工程 ():.王 勤.新型聚丙烯酰胺絮凝剂的合成与研究进展.化工管理():.吕 帅 彭伟军 苗毅恒 等.聚丙烯酰胺类絮凝剂在矿业领域的研究进展.矿产保护与利用 ():.赵永椿 张军营 魏 凤 等.燃煤超细颗粒物团聚促进机制的实验研究.化工学报():.吴 超.化学抑尘.长沙:中南大学出版社.阎 杰 刘兴隆 单豆豆 等.基于响应面法的无烟煤煤尘降尘剂配方优化.煤矿安全 ():.盘思伟 张 凯 郭沂权 等.燃煤飞灰化学团聚促进机制研究.热力发电 ():.杨晓媛 肖立春 张 萌 等.化学团聚对燃煤细颗粒物的脱除.环境工程 ():.杨开吉 姚春丽.阳离子高分子聚合物絮凝机理及应用研究进展.造纸科学与技术 ():.(编辑 张永彬)(上接第 页).:.():.石利红 李德宝 侯 博 等.有机改性二氧化硅及其负载钴催化剂的费托合成反应性能.催化学报 ():.():.():.().:.郭瑾玮 蔡静文 陈亚中 等.硬模板法制备中空 钙钛矿及其甲烷燃烧催化性能.无机盐工业 ():.鲍佳锋 陈皓 杨是赜 等.基于机械化学的高比表面积()催化剂合成及其 燃烧研究(英文).():.龙彩燕 刘成超 赵燕熹 等.高比表面积介孔 的制备及负载钴基催化剂费 托合成反应性能研究.分子科学学报 ():.付孟帆./低温选择催化还原 的实验研究.湖南:湖南大学.刘福东 贺 泓丁 云 等.用于 选择性催化还原 的铁钛复合氧化物催化剂低温活性改进研究.第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集 四川:中国化学会:.(编辑 张永彬)黑 龙 江 科 技 大 学 学 报 第 卷