煤表面润湿性的影响因素

为了深入研究煤表面润湿性的影响机理,选用16种不同变质程度的煤样,利用JC2000C1接触角测量仪表征润湿性大小。通过煤尘的镜质组反射率测定、工业分析、元素分析、红外光谱实验、激光粒度仪测定,研究了煤的变质程度(煤阶),化学组成,含氧官能团,粒度分形维数,比表面积等性质,并用最小二乘法与接触角建立线性拟合。研究表明:煤表面润湿性主要取决于氧含量、水分、灰分和含量官能团;亲水性含氧官能团主要为910~940 cm-1羟基变形振动和3 400~3 450 cm-1芳香羟基伸缩,在所测煤样中羰基和羧基表现不明显;同时随着煤阶,碳含量,固定碳的增大,其接触角逐渐增大,润湿性变差;利用分形维数表征粒度分布,随着煤粒径D10,D50,D90变小,分形维数增大,接触角变大,润湿性变差。     

不同煤种接触角及润湿性规律探究

为了确定粗糙度、表面活性剂以及变质程度对煤表面疏水性和润湿性的影响,选用5种不同变质程度的煤,测定了不同表面粗糙度煤样的表面接触角。并采用OWRK法理论模型计算不同变质程度、不同粗糙度煤的表面能。结果表明,粗糙度会影响煤表面的疏水性和润湿性,试验表明所选用的砂纸目数越小,煤样表面所测得接触角值越小,疏水性越差,煤表面能越大。不同表面活性剂对不同变质程度煤表面的润湿能力不同,对于褐煤和气煤,SDBS的润湿性最好,随着变质程度的增加,OP-10的润湿性较好;同一表面活性剂的不同浓度溶液,表面张力越小,润湿性越强;表面活性剂浓度在接近临界胶束浓度(CMC)时润湿效果较好。     

不同变质程度煤尘润湿性差异的13C-NMR特征解析

为探究不同变质程度煤尘微观分子结构参数对其润湿性的影响,利用13C-NMR试验获取了6种不同变质程度煤尘的碳骨架结构参数,采用光学法液滴形态分析系统对不同煤种煤尘的润湿接触角进行了测定。根据试验结果,得到了芳碳和脂碳结构参数随变质程度的变化规律,并利用SPSS软件分析得到了煤尘润湿性的主要影响因子为f〖KG-*6〗′〖KG-*2〗a,f〖KG-*6〗Ha,f〖KG-*6〗Ba,f〖KG-*6〗Pa,f〖KG-*6〗Hal,f〖KG-*6〗Oal。针对芳碳,随着f〖KG-*6〗′〖KG-*2〗a,f〖KG-*6〗Ba,f〖KG-*6〗Ha含量的增加,f〖KG-*6〗Pa含量的减小,煤尘的疏水性增强;针对脂碳,随着f〖KG-*6〗Hal与f〖KG-*6〗Oal含量的减少,煤尘的亲水性减弱。最终,通过煤尘润湿性影响因子变化率的分析,得到了不同变质程度煤尘润湿性差异的微观机理,实现了对传统煤尘润湿理论的改进与拓展。     

不同煤种润湿性影响因素分析

实验选用8种典型煤种的煤样,6种常用表面活性剂,通过接触角实验、煤质分析,研究了不同类型表面活性剂以及煤种的元素组成对煤润湿性影响.结果表明,表面活性剂对煤润湿性影响受煤尘的液-固表面张力、溶液的气-液表面张力2方面影响,煤质对煤润湿性影响是多方面的,通过对工业分析、元素分析得到表征煤尘的润湿性公式.     

不同变质程度煤尘爆炸残留气体特征研究

为分析不同变质程度煤尘爆炸残留气体成分的特征规律,利用水平管道煤尘爆炸实验装置进行了贫瘦煤、肥煤、气煤、长焰煤4种不同变质程度的煤尘爆炸实验,研究了不同变质程度煤尘爆炸后气体残留物含量的差异,并对气体残留物产生机制进行了分析。研究结果对于揭示煤的变质程度与煤尘爆炸气体残留物成分特征的关系以及研究煤尘爆炸机理具有重要意义。     

超细煤粉表面润湿性的研究

为了研究不同变质程度的煤经超细化处理后表面润湿性的变化，利用德国产的接触角自动测量仪(Operating manual DCAT21)对所制的5种不同变质程度的超细煤粉进行了接触角的测定．测试结果表明，虽然各煤样的变质程度和平均粒径各不相同，但超细化粉碎后，表面润湿性都发生了很大的变化，不同变质程度的超细煤粉表面都变成了强疏水表面．     

粒度对煤尘表面特性及润湿性的影响

利用比表面积和孔径分析、FTIR光谱、XPS能谱、润湿性实验等手段系统研究了粒度对煤尘的表面特性及润湿性的影响规律,研究表明:随着煤尘粒度的减小,煤尘的表面孔结构和化学结构及元素组成均发生改变,煤尘的润湿性也随着粒度的减小亲水性变弱,疏水性变强。     

煤尘组成与水润湿性能关系的研究

为研究煤尘组成与水润湿性能关系,对13种不同变质程度的煤尘进行了工业分析和元素分析,系统研究了煤尘的基础特性。采用毛细管上向渗透法测定煤尘对水的吸湿量,分析了13种煤尘的煤质组成与煤尘对水的吸湿量(润湿性)之间的关系。根据线性和非线性回归的方法,建立了煤尘的煤质组成与水之间润湿性的最佳回归方程,确定了影响煤尘对水吸湿量(润湿性)最显著的煤质因素。     

不同变质程度煤的润湿性研究

为了研究不同变质程度煤的润湿性,采集大佛寺4#煤层、胡家河4#煤层、寺河3#煤层和上高寨11#煤层样品,通过工业分析和煤岩分析研究不同变质程度煤的物质组成,通过煤水界面接触角测定法和粉末浸透速度法研究不同变质程度煤的润湿性。     

表面活性剂对煤的润湿性影响

为了研究表面活性剂对不同煤的润湿性影响,以瘦煤、焦煤、无烟煤为研究对象,选择表面活性剂十二烷基硫酸钠,设计了6个不同浓度表面活性剂溶液分别针对3种煤的润湿性及沉降实验方案.通过对不同浓度溶液表面张力、接触角的测定以及不同煤样在各浓度溶液中的沉降现象对比,分析得出煤样对应的最佳表面活性剂溶液浓度,证明了在防尘用水中添加表面活性剂的必要性.结果表明:0.5%浓度的十二烷基硫酸钠溶液对煤尘具有较好的润湿效果;表面张力与接触角随润湿性的提高而减小,当浓度达到0.5%时,二者数值趋于稳定;不同煤样结构差异对润湿性有很大影响,3种煤样润湿性最好的为无烟煤,其次为瘦煤、焦煤;添加表面活性剂可以有效改善溶液润湿性.     

煤尘润湿性影响因素的研究

试验以望峰岗原煤和祁东原煤为研究对象,选择表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、减水剂NF和吐温-80,通过接触角实验、红外光谱实验以及表面张力实验,研究了煤尘润湿性的影响因素。研究表明,表面活性剂水溶液对煤尘润湿性的影响与溶液的种类、浓度和表面张力以及煤样表面结构等因素密切相关。     

基于主成分分析法的松软煤体煤尘润湿特性研究

矿井煤层产尘与煤体坚硬程度密切相关,而深部含瓦斯煤体往往呈现松软煤层的特征,为了研究松软煤层煤体润湿性的影响因素,以对粉化松软煤体产尘进行治理,以衡量煤样润湿性强弱和评价粉尘灾害的重要指标接触角为主线,从淮北煤田7个突出矿井选取了7种松软程度不同的煤样进行煤-水接触角测定,通过工业分析、煤与瓦斯基础参数测定、孔隙结构测定和红外光谱定量分析试验,采用主成分分析法系统探讨了松软煤体煤尘的润湿特性和主要控制因素。研究结果表明:松软煤体的润湿性主要取决于煤的灰分、水分、孔容、比表面积、坚固性系数、羟基含量,且影响程度依次减弱;其中灰分、水分、孔容、比表面积、羟基含量与接触角成负相关,是煤的亲水因素,而坚固性系数与接触角呈正相关,是煤的疏水因素;煤体强度越低,煤体越松软,煤-水接触角越小,煤的表面润湿性越好;通过主成分多元回归分析方法的结果得出灰分与煤-水接触角的相关程度最高,是煤表面润湿性的主控因素;瓦斯在煤层赋存过程中影响煤体的强度,瓦斯的吸附、放散作用促进原生裂纹的开裂和新生裂纹的产生,导致煤体物理化学性质的改变,间接影响了煤的润湿性。     

煤尘润湿性的实验研究

为了探索煤尘润湿性快速测定和表征方法,在分析5种具有代表性煤尘的煤质特征基础上,采用Nicolet Magna IR750傅里叶变换红外光谱仪,测定了这5种煤尘的表面官能团。根据煤尘润湿性测定结果,通过数值计算,建立了煤尘润湿性与煤质参数和煤尘表面官能团间的关系,得出煤尘的有机大分子结构（以固定碳为代表）以及表面官能团,尤其是煤尘表面的无机矿物质官能团（以石英Si-O-Si为代表）,决定和影响着煤尘的润湿性质。结果表明,可以通过煤尘的煤质特征以及FTIR分析,结合煤质数据以及表面官能团数据,快速进行煤尘的润湿性测定和表征。     

煤尘微细观润湿特性及抑尘剂研发初探——以平顶山矿区为例

煤矿开采逐渐向深部延伸,深部开采条件下煤尘灾害频发,防控难度高,除尘机理与技术仍然是深部开采科学高效除尘基础研究的难点与重点之一。以平顶山矿区丁、戊、己、庚4组煤层采集的原煤为研究对象,联合多种煤尘物理化学性质测试(工业分析,XRD,BET,SEM,FT-IR)、分子动力学模拟等手段,系统采用基础物性特征分析、润湿特性多因素影响探讨、分子层面润湿机理探索、抑尘剂改性讨论的研究思路,开展了基于煤尘微细观结构特征的除尘机理探索及新型抑尘剂研发初探。研究表明:平顶山矿区丁戊己庚4组煤层典型煤尘的润湿性大小顺序为戊>丁>庚>己,煤中有机质质量分数、水分质量分数、灰分质量分数、无机矿物成分质量分数、比表面积、含氧官能团等指标的显著差异将对煤尘润湿性能产生显著影响,比表面积、石英质量分数、羟基和醚键数量越多,润湿性越好,固定碳质量分数越高,润湿性越差。联合煤的红外光谱分析和分子动力学模拟,根据平顶山矿区煤尘亲水官能团特征,研究了水分子在不同数量羟基和醚键修饰的煤表面吸附过程,进一步揭示了煤尘润湿性能的强关联因素,表面羟基数量正相关于吸附水分子能力,而煤尘醚键数量对于吸附水分子能力存在极大值。基于煤尘微细观特征对其润湿性的影响机制,考察了3种非离子表面活性剂对4组煤尘的润湿除尘特性,基于表面活性剂分子结构对煤尘润湿的作用机理,针对平煤矿区煤尘提出了引入芳香环结构实现新型抑尘剂改性的解决思路。     

煤尘抑尘剂的润湿性能研究

选取3种煤粉作为研究对象,分别对7种不同抑尘剂的润湿性能进行了测试。基于煤粉成分、粒径分析结果,结合抑尘剂电动电位、表面张力性能,通过抑尘剂在煤粉表面的接触角和正向渗透实验研究了抑尘剂对煤粉润湿性的影响。结果表明,抑尘剂在煤粉表面的接触角与煤粉的灰分成反比;抑尘剂溶液的表面张力、液—固之间的界面张力共同影响抑尘剂在煤粉表面的润湿能力;抑尘剂对不同粒径煤粉的渗透性能提升有较大差异,电动电位较小的抑尘剂能够有效改善较小粒径煤尘的表面润湿性。     

基于多元逐步回归的煤尘润湿性研究

煤尘的润湿性是影响煤矿湿式除尘的关键因素,受到多种物理化学因素的影响,且各影响因素间存在多重共线性。鉴于多元逐步回归在克服多变量多重共线性的优良有效性,利用SPSS软件,采用多元逐步回归的方法研究了煤尘的工业分析、元素分析、表面含氧官能团含量等因素对煤尘润湿性的影响。研究结果表明,影响煤尘润湿性的主要因素是煤尘表面的酚羟基含量和煤尘中固定碳含量,最优回归方程为θ=35.042-10.780[酚羟基]+0.859Wad(FC),最优回归方程的复相关系数为0.943,拟合优度较高,回归效果较好。     

基于红外光谱的煤尘润湿性

为了研究煤尘的微观润湿特征,取具有代表性的6种煤样进行煤质特征分析和液-固界面动态接触角滴液系统测定,同时采用NICOLET-380傅里叶变换红外光谱仪,对煤尘表面官能团进行分析。通过将煤尘润湿接触角与煤尘表面官能团吸收强度建立定量关系,得到煤尘表面无机矿物质官能团(以灰分和无机硅酸盐为代表)、含氧官能团(以芳香羟基为代表)以及有机大分子结构(以芳环C—H键为代表)对煤尘润湿性有较大影响,并且和煤尘润湿性接触角存在对应函数趋势,在3 050 cm-1处的红外透过率与煤尘接触角角度关系符合线性关系,相关系数R2=0.917 51;在1 020~1 100 cm-1处煤尘接触角随其透过率增加而增加,当透过率高于30%时,润湿角度稳定居高,此时相关系数R2=0.914 88。当煤尘含C量达到82%以上时,煤尘润湿性表现较差,趋势图相关系数R2=0.925 60。     

表面活性剂复配对低阶煤煤尘润湿性的影响

为解决煤尘不易被水润湿的问题,选取表面活性剂加入水中制成复配溶液。通过测定自来水、5种不同类型表面活性剂单体溶液及5种复配溶液的表面张力、煤尘接触角及煤尘沉降时间,研究表面活性剂复配对煤尘润湿性的影响规律。结果表明:阴离子与非离子、阴离子与阴离子、非离子与非离子表面活性剂复配都可以起到协同增效作用,显著提高煤尘的润湿性。其中质量分数为0.06%的快速渗透剂T和质量分数为0.20%的烷基糖苷APG复配溶液润湿煤尘效果最佳,100 mg煤尘沉降时间为0.22 min。研究结果可为表面活性剂的选取提供参考。