阴离子表面活性剂与多煤阶煤尘润湿过程实验研究

王凯丽，马有营，王宗阳，张书铭，王佳嘉

(滨州学院 化工与安全学院，山东 滨州 256600)

水雾作为矿内的一种有效抑制煤尘的手段，在煤矿开采和作业现场得到广泛应用[1-2]。由于煤尘的疏水性，需要在水中使用表面活性剂来提高煤尘的润湿能力[3-5]。为了提高煤尘的润湿性，开发降尘润湿剂，本文采用了不同的表面活性剂，研究其对于不同煤阶润湿效果，选择最佳的表面活性剂。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 所需煤样及分布

煤样及分布见表1。

表1 煤样及分布

1.1.2 所需试剂

试剂及规格见表2。

表2 试剂及规格

1.1.3 实验仪器和器材

粉碎机、标准分样筛、干燥箱、电子天平、比色管、烧杯、玻璃棒、药匙、胶头滴管、容量瓶等。

1.2 实验方法

1.2.1 实验准备

现将煤块粉碎煤粉，并将其装入写有标签的密封袋中，储存备用。

分别将十二烷基苯磺酸钠，十二烷基硫酸钠，月桂酰胺丙基甜菜碱，月桂酰胺丙基氧化胺，α-烯基磺酸钠，咪唑啉，改性烷基糖苷，椰油酰胺丙基氧化胺，椰油酰胺丙基甜菜碱，十二烷基氧化胺配置成浓度为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的所需溶液。

1.2.2 实验过程

取粒径为150目的煤样，放于表面皿上。再将其放入干燥箱，设置温度为50℃，干燥12h。

将配制好的溶液分别依次倒入50mL比色管中，将比色管标号为1-8，用胶头滴管分别将每个比色管里的气泡去除。

用电子天平称取0.1g煤粉，将煤粉通过漏斗迅速倒入1-8号比色管中，同时开始计时，记录煤尘完全被浸润的时间。

对煤尘润湿时间实验数据进行分析。根据润湿时间的快慢，得出表面活性剂润湿性能的优劣和表面活性剂的最佳润湿浓度。

2 结果与分析

2.1 多煤阶在不同浓度十二烷基苯磺酸钠润湿结果

由图1可知，大部分煤种的润湿性随着表面活性剂浓度的增加，润湿性能逐渐变优。在0.2%的浓度下，所有煤的润湿性能最差，润湿时间基本处于20～70min，当浓度为1.0%时，煤尘的润湿时间基本都在1min之内。十二烷基苯磺酸钠对肥煤、焦煤的润湿效果最差，对无烟煤、不粘煤、气肥煤效果较好。

图1 十二烷基苯磺酸钠润湿结果

2.2 多煤阶在不同浓度十二烷基硫酸钠润湿结果

由图2可知，十二烷基硫酸钠对不同煤种润湿性能较好，润湿时间较短。而对于褐煤来说，浓度位于0.2%时润湿时间反而最短。十二烷基硫酸钠对于各种煤的润湿时间基本都在15s以内，故润湿性对八种煤的效果都很好。

图2 十二烷基硫酸钠润湿结果

2.3 多煤阶在不同浓度月桂酰胺丙基甜菜碱润湿结果

由图3可知，月桂酰胺丙基甜菜碱对不同煤种的润湿性能一般，润湿时间较长。大部分煤种的润湿时间大多在2-8min，润湿性能较差。而无烟煤、长焰煤、褐煤的润湿时间大约在20s内，可以考虑月桂酰胺丙基甜菜碱作为降尘剂。

图3 月桂酰胺丙基甜菜碱润湿结果

2.4 多煤阶在不同浓度月桂酰胺丙基氧化胺润湿结果

由图4可知，月桂酰胺丙基氧化胺对不同煤种润湿性能较好，润湿时间较短。大部分煤种在1.0%浓度下的润湿时间都在7s内，月桂酰胺丙基氧化胺的润湿性能很好。而月桂酰胺丙基氧化胺对于肥煤的润湿性能较差，润湿时间基本在15min左右。

图4 月桂酰胺丙基氧化胺润湿结果

2.5 多煤阶在不同浓度α-烯基磺酸钠的润湿结果

由图5可知，α-烯基磺酸钠对不同煤种润湿性能较好，润湿时间较短。对于大部分煤种在不同浓度的润湿性能都较好，在1.0%浓度下基本上润湿时间都在10s下。但对于焦煤来说，α-烯基磺酸钠的润湿性能一般，相对润湿时间较长。

图5 α-烯基磺酸钠的润湿结果

2.6 多煤阶在不同浓度咪唑啉的润湿结果

由图6可知，咪唑啉对不同煤种润湿性能较好，润湿时间较短。对大部分煤种在不同浓度下润湿性能都较佳，基本时间都处于1min左右，随着浓度增加，时间逐渐缩短在10s左右。但对于肥煤和焦煤的润湿性能较差，润湿时间较长。

图6 咪唑啉的润湿结果

2.7 多煤阶在不同浓度改性烷基糖苷的润湿结果

由图7可知，改性烷基糖苷对所有煤种的润湿性能都极佳，润湿时间短，对所有煤种在不同浓度下的润湿性能都极佳，基本都位于2-10s左右。在选择降尘剂时可优先选择。

图7 改性烷基糖苷的润湿结果

2.8 多煤阶在不同浓度椰油酰胺丙基氧化胺的润湿结果

由图8可知，椰油酰胺丙基氧化胺对不同煤种润湿性能一般，在浓度为1.0%时达到最快，大部分润湿时间在1min30s以内。但对于焦煤，椰油酰胺丙基氧化胺的润湿性能较差，对于肥煤，其润湿性能一般。对于无烟煤，润湿性能最好。

图8 椰油酰胺丙基氧化胺的润湿结果

2.9 多煤阶在不同浓度椰油酰胺丙基甜菜碱的润湿结果

由图9可知，椰油酰胺丙基甜菜碱对不同煤种的润湿性能较差，润湿时间随着表面活性剂浓度的增加逐渐变短，对于肥煤和焦煤的润湿时间较长，几乎不能完全被浸润。

图9 椰油酰胺丙基甜菜碱的润湿结果

2.10 多煤阶在不同浓度十二烷基氧化胺的润湿结果

由图10可知，十二烷基氧化胺对不同煤种润湿性能一般，大部分润湿时间在90s以内。但对于肥煤和焦煤来说，十二烷基氧化胺的润湿性能较差。

图10 十二烷基氧化胺的润湿结果

结合实验数据，根据煤尘在十种表面活性剂中实验现象分析，可以看出改性烷基糖苷、α-烯基磺酸钠、十二烷基硫酸钠对大部分煤的润湿性能较好，可以考虑做矿内降尘剂。

3 结论

根据一系列的实验，对实验数据进行了横向和纵向的对比，比较煤尘完全浸润液体的时间，得出了每种煤最佳的润湿试剂及试剂浓度。

(1)褐煤：改性烷基糖苷0.8%、 月桂酰胺丙基氧化胺1.0%、十二烷基硫酸钠0.2%、α-烯基磺酸钠1.0%、咪唑啉1.0%。

(2)长焰煤：月桂酰胺丙基氧化胺1.0%、改性烷基糖苷1.0%、十二烷基硫酸钠1.0%、咪唑啉1.0%、α-烯基磺酸钠1.0%、月桂酰胺丙基甜菜碱0.8%。

(3)不粘煤：改性烷基糖苷0.8%、十二烷基硫酸钠1.0%、α-烯基磺酸钠1.0%、月桂酰胺丙基氧化胺1.0%、咪唑啉1.0%。

(4)气煤：月桂酰胺丙基氧化胺1.0%、改性烷基糖苷0.8%、 十二烷基硫酸钠1.0%、α-烯基磺酸钠1.0%、咪唑啉1.0%。

(5)肥煤：改性烷基糖苷0.8%、十二烷基硫酸钠1.0%、α-烯基磺酸钠1.0%、十二烷基苯磺酸钠1.0%。

(6)气肥煤：改性烷基糖苷1.0%、α-烯基磺酸钠1.0%、十二烷基硫酸钠1.0%、月桂酰胺丙基氧化胺1.0%、咪唑啉1.0%。

(7)焦煤：改性烷基糖苷1.0%、月桂酰胺丙基氧化胺1.0%、 十二烷基硫酸钠1.0%。

(8)无烟煤：α-烯基磺酸钠1.0%、改性烷基糖苷0.8%、十二烷基硫酸钠1.0%、月桂酰胺丙基氧化胺1.0%、咪唑啉1.0%、月桂酰胺丙基甜菜碱1.0%。

煤的润湿性取决于煤阶，在低煤阶状态，煤表面极性官能团较多，对溶剂润湿性较好，随着煤阶的增高，官能团数量下降，润湿性也逐渐降低。