磁化泡沫捕尘的可行性分析

2011-04-13傅丽碧

科技传播 2011年6期

傅丽碧

中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州 221008

煤矿井下产生的粉尘危害重大，长期从事采掘和粉尘作业环境的职工易患尘肺病，浓度较高的矿尘影响视野，容易造成人身事故，而且矿井煤尘具有爆炸危险，给矿井安全生产带来很大的危险。当今国内外除尘降尘技术主要有通风净化除尘，煤尘注水防尘，喷雾洒水，泡沫降尘等，我国的泡沫技术主要针对火灾进行灭火，在除尘方面应用较少。寻找新的高效除尘技术对当今煤矿安全生产十分重要，为此笔者提出了磁化泡沫捕尘技术，探讨其可行性。

1 探讨磁化泡沫的捕尘机理

结合磁化水和泡沫的降尘机理，引入磁化泡沫这种功能泡沫的捕尘技术。我们知道磁化水是指经过磁水器处理过的水，它使水的物理化学性质发生了暂时的变化，这种暂时改变水性质的过程叫磁化。磁化水所出现的变化是由电磁感应导致的，在磁力的作用下促使水分子的内聚力下降，黏滞力减弱，从而改变了水的基本结构。磁化水的除尘机理如下：第一，经磁化且由活性水分子组成的水体作为捕尘体具有很强的极性，容易与其他物质形成物理键而发生吸附，这种吸附由范德华力、色散力、偶极子力等作用而形成，因此不易解脱。粉尘在磁场作用下同样可能导致极性加强，导致水体与粉尘更容易发生相互吸附，从而除去粉尘；第二，水分子键的氢键发生畸变、断裂，使液体分子间的平衡距离变大，引力常数变小，表面张力降低，导致喷出的雾滴更细小；第三，磁化后水的黏度有所降低，这也使喷出的雾滴小，雾滴的总表面积增大，大大增加了与粉尘接触的几率，而且雾化效果好，雾滴分布均匀。

泡沫剂和水一起按一定的比例混合，通过发泡器产生大量高倍数泡沫喷洒到尘源或空气中。当泡沫喷洒到岩矿或料堆上时，便形成无空隙的泡沫体覆盖在尘源上，使粉尘得以湿润和抑制。当泡沫喷射到含尘空气中时，则形成大量的泡沫粒子群，其总体积和总表面积很大，从而大大增加雾液与尘粒的接触面积和附着力，因此有利于提高水雾的降尘效果，尤其对呼吸性粉尘的捕集，而且耗水量少得多。

磁化泡沫就是结合磁化水和泡沫剂技术来提高降尘效果。如果把制备好的泡沫经过磁化处理，则发挥了磁化水和泡沫的两种捕尘效果，提高除尘效率，减少用水量。当然磁化设备可以参照磁化水设备来制取磁化泡沫。磁化泡沫的捕尘机理来源如图1所示。

图1 磁化泡沫的捕尘机理来源示意图

2 磁化泡沫捕尘的可行性分析

泡沫除尘是水和泡沫剂按一定比例混合，泡沫除尘效果主要取决于泡沫剂配方, 即配方中各化学药剂的选择和含量的确定。一般泡沫剂配方中含有起泡剂、湿润剂、稳定剂、增溶剂等表面活性剂。从结构上看, 所有表面活性分子都是由极性的亲水基和非极性的亲油基两部分组成。亲水基使分子引入水与水亲和, 而亲油基使分子排斥水, 与油亲和。根据亲水基团的结构分类, 通常把表面活性剂分为离子型和非离子型, 而离子型表面活性剂在水中电离,形成带阳电荷或带阴电荷亲油剂, 又可分为阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂。故在泡沫剂配方中, 不能把阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂混合使用。考虑到表面活性剂来源广泛, 价格较低, 易于加工制作和现场应用, 最好选用阴离子表面活性剂或非离子型表面活性剂。用于煤尘的泡沫剂，其中水大约为54%～55%,脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐20%，椰子油醇烷醇酰胺5%，改性丁二烯/苯乙烯共聚物胶乳20%，苯甲酸钠0.1%，四硼酸钠的五水化合物0.2%，浓硫酸15%。它们大多属于阴离子表面活性物质。当磁化泡沫在磁场作用下，物质的正负电荷产生方向相反的回旋运动，不同电荷回旋半径不同，使水分子极性加强，离子磁化后产生的附加磁场的方向与外磁场的方向相同，这些磁力作用最终促使分子内聚力下降，黏滞力减弱，改变水的基本结构。在与粉尘的碰撞、隔离、湿润、沉积等多种机理作用下，几乎可以捕集所有与之相遇的粉尘，特别是对微细粉尘具有很强的集聚能力。