煤矿企业管理论文煤矿企业论文基于新型煤矿降尘剂配方的研究

煤矿企业管理论文煤矿企业论文：基于新型煤矿降尘剂配方的研究[摘要]针对煤矿井下开采过程中的粉尘危害，在综合考虑了降尘剂的无毒害、无腐蚀性及原料成本等因素的基础上，采用多种表面活性剂与助剂复配的方法,开发研制了一种新型煤矿用降尘剂。以浸润性为实验指标，运用正交分析方法对降尘剂配方进行优化设计，得到降尘剂最优配比为AES︰OP︰AEO︰防腐剂︰助剂1︰助剂2=1︰10︰5︰1︰1︰5，最优总浓度为0.4%。小试实验表明该降尘剂除尘效率较水提高20%左右。[关键词]煤矿；降尘剂；配方随着煤矿机械化程度的提高，井下粉尘危害已经成为日益突出的老大难问题。煤矿的安全生产逐步深入人心。研究和实践都表明，清水的降尘效果比较差，原因是水的表面张力较大，阻止了水对粉尘微粒的湿润[1]。在水中加入一定比例的降尘剂[2]，能够增强水溶液对煤体及粉尘的湿润能力，从而大大提高降尘效果。使用降尘剂防尘做为新的手段之一[3]，近几年已经被愈来愈多的煤矿所应用，但目前所使用的降尘剂成本较高，且降尘效果不明显。针对以上特点，笔者研制开发了一种价廉高效的煤矿用降尘剂。从小试实验结果看，此降尘剂不仅可以减少煤矿开采用水量，降低煤矿开采成本，同时可以有效提高降尘效果。改善煤矿工人作业环境。1实验1.1试剂、仪器试剂：60目煤灰，AES(化学纯)，OP(化学纯)，AEO(化学纯)，CMC(化学纯)，尿素(化学纯，上海中秦化学试剂有限公司)，煤机用热轧异型钢，自来水。仪器：JZHY-180型表面张力仪；YP202N型电子天平；TG328B型电光分析天平；85-2型恒温磁力搅拌器；自制浸润性实验装置(图1)。1.2实验1.2.1实验方法1.2.1.1浸润性实验[4]将一定浓度降尘剂试液倒入水槽5中，高度15～20mm，将一张直径40～50mm快速定性滤纸放在金属环上，使玻璃漏斗口正对滤纸中心，然后从干燥器中取出试验煤粉，称量1g倒入玻璃漏斗中，使其自然落在滤纸上堆成圆锥体。移开定位环6，转动悬臂7，实验粉尘堆下落，当滤纸与降尘剂液面接触时开始用计时器计时，金属环与滤纸迅速沉入降尘剂试液中，实验粉尘也随之被浸润而沉降至试液中。试验粉尘全部沉降完所需时间即为浸润时间。取三次沉降时间平均值作为测定结果，每次测定值与平均值之间的偏差应小于或等于7%，否则需重新测定。1.2.1.2腐蚀性实验[5]选用规格为50mm×25mm×2mm(长×宽×高)的煤机用热轧异型钢[6]为腐蚀试样。将用分析天平精确称量的试样全部浸入配制好的降尘剂溶液中，尽量放置在溶液中间位置，不与容器壁接触。到达预定时间后取出试样，先用水冲洗，然后用毛刷和橡皮擦去腐蚀产物，用吹风机吹干。吹干后用分析天平称量，精确到万分之一千克。每组实验至少取三个平行试样。计算腐蚀率。腐蚀率R的计算公式：式中：M0-试验前的试样质量，g；M-试验后的试样质量，g。1.2.2配方实验1.2.2.1表面活性剂[7-8]的选择OP[9]具有较强的发泡性、去污性和渗透性，具有优良的抗硬水性和钙皂分散性，对皮肤的刺激性也很小。可与阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂等复配使用。常温，常压下，测得的表面张力曲线如图2。AEO是一种非离子表面活性剂，有良好的润湿性和乳化性，通常用润湿剂，可作油包水乳化剂。可与阴离子表面活性剂复配使用。常温，常压下，测得的表面张力曲线如图3。AES[10]是一种性能优良的合成阴离子表面活性剂，比肥皂更易溶于水，黄色油状液体。有很好的脱脂能力并有很好的降低水的表面张力和润湿、渗透和乳化的性能。化学性质稳定在酸性或碱性介质中以及加热条件下都不会分解。原料来源充足，成本低，制造工艺成熟，产品纯度高。AES特别容易与其他物质产生协同作用，因此本文选它与非离子表面活性剂复配使用。从表面活性剂与其浓度的关系来看，表面活性剂OP，AEO，AES在一定的浓度内较小，当浓度范围在0.1%～0.4%时，测定的表面张力值范围为：35～45mN/m。1.2.2.2金属防腐剂[11-12]及其它助剂的选择煤矿井下由于环境特殊，温度高，湿度大，设备腐蚀十分严重，降尘过程中的金属防腐剂十分必要。所以在本降尘剂中加入一定量金属缓蚀剂。此外，添加了微量的助剂1和助剂1，助剂1为粘结剂，可以提高水溶液对粉尘的粘附性。助剂2为发泡剂，利用泡沫庞大的总体积和总面积，增加泡沫液和尘粒的接触面和附着力，增加粉尘与捕尘泡沫接触的机会。通过参考相关文献资料并根据大量实验结果，确定的配方组成范围如下：AES：0.1%～0.4%，OP：0.1%～0.4%，AEO：0.1%～0.4%，金属缓蚀剂：0.01%～0.1%，助剂1：0.01%～0.1%，助剂2：0.01%～0.1%，总的质量浓度范围：0.1%～0.4%。1.2.2.3正交实验优化配方以降尘剂对粉尘的浸润速度为实验指标，选择7个因素，每个因素确定3个水平，并考虑表面活性剂间的交互作用，选择L27(313)正交表进行配方优化实验。对正交试验因素水平设计表中的二十七种配比，分别对其表面张力和浸润性进行测量。2结果与讨论2.1极差分析正交试验[13-15]结果见表1、表2。当正交实验以表面张力为实验指标时，根据直观分析结果表可知影响表面张力值的各因素的主次顺序为BGECDAB*CFA*CA*B。优组合为：B1G1E1C1D1A1F1。当以浸润性为实验指标时，本试验指标越小越好，由浸润性实验的直观分析结果表可看出影响降尘剂浸润性的各因素的主次顺序为：BECAA*BGA*CFB*CD。确定优组合为：B3E1C2A1G3F2D1或者B3E1C2A1G3F2D3。2.2优配方的最优化2.2.1几种优配方的比较对三种优配比的表面张力和浸润性实验进行比较，结果如表3。可见，浸润效果比较好的两组合的表面张力值也比较低，在30mN/m左右，而表面张力低的浸润效果并不好。所以综上，笔者通过正交试验的极差分析法初步分析了各实验指标所对应的水平的影响大小和最优水平取值，综合考虑各指标的影响因素的主次，各指标随影响因素的波动情况，从成本和性能两个方面综合考虑后得到最优化配方为：在总质量浓度为0.4%的情况下。配方的配比为AES︰OP︰AEO︰金属缓蚀剂︰助剂1︰助剂2=1︰10︰5︰1︰1︰5。2.2.2金属腐蚀性测定用选出的最优配方与水进行腐蚀性对比实验。结果见图5。从图5中不同时间的腐蚀率曲线可以看出，虽然开始时降尘剂的腐蚀率较自来水的略高，但随着时间的增长，降尘剂溶液的腐蚀率明显减小，达到某一值时基本保持不变。3结论(1)正交实验得到了新型高效降尘剂的最优配方配比为：AES︰OP︰AEO︰金属缓蚀剂∶助剂1︰助剂2=1︰10︰5︰1︰1︰5。(2)由于该降尘剂是用多种原料复配而成，且选用较常用的化工产品为原料，故价格低廉。(3)对人体无任何伤害，对设备基本无腐蚀，对环境无污染。(4)初步的实验室降尘实验表明，除尘效率较水提高20%左右，由于煤矿开采环境很难在实验室模拟，且不同矿井的煤质的理化性能差异较大，还需针对具体使用矿井，根据分析结果试验降尘剂最佳配比。参考文献[1]李益海．降尘剂的使用浅探[J]．2004，1：22-26．[2]涂代惠，王振秀．降尘剂兼具金属缓蚀作用的可行性研究[J]．中国矿业，1996，3：70-72．[3]赵玉岐，李改云．煤矿应用化学降尘剂[J]．劳动保护科学技术，1995，15(6)：59-60．[4]MT764-1997，矿用泡沫除尘剂性能的测定方法[S]．[5]JB/T7901-1999金属材料实验室均匀腐蚀全浸实验方法[S]．[6]GB-T3414-94，煤机用热轧异型钢[S]．[7]化学工业出版社组织编写．中国化工产品大全[M]．北京：化学工业出版社，1994：901-909．[8]刘程，张万福．表面活性剂大全[M]．北京：北京工业大学出版社，2003：25-37．[9]天津化工研究设计院．一种润湿型抑尘剂及其制备方法和用途[P]．中华人民共和国：CN101003721a2007年7月25日．[10]北京科技大学，一种矿用泡沫除尘剂[P]．中华人民共和国：CN101385955A2009年3月18日．[11]谷宁，李春梅．表面活性剂与缓蚀剂协同效应的研究[J]．河北省科学院学报，2001，(4)：231-233．[12]郭茹辉，马淑芳，刘振法，等．多功能环保型化学清洗缓蚀剂的研究[J]．清洗世界，2009，25(1)：39-43．[13]刘艳，段新广．正交试验在水性带锈涂料配方设计中的应用[J]．现代涂料与涂装，2008，6：13-15．[14]梁维天，郑秀华，邹万鹏．煤层气钻井液配方正交试验研究[J]．中国煤气层，2009，6(2)：38-43．[15]唐海，杨芬，陈宜．粉煤灰制备聚硅酸铁铝复合混凝剂正交实验分析[J]．安徽工程科技学院学报：自然科学版，2009，1：6-9．