1世界化學(xué)抑塵劑的開發(fā)與研究趨勢
世界上化學(xué)抑塵劑的開發(fā)與應(yīng)用一直在持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展,該研究領(lǐng)域非常廣闊,前景誘人。在應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)方面,化學(xué)抑塵劑從防治煤塵危害為主拓展到各類非煤礦塵污染防治領(lǐng)域;粉塵濕潤劑也作為原地溶浸采礦助滲劑、鉆液添加劑等;粉塵粘結(jié)劑和凝聚劑也作為土質(zhì)堤壩、路基、地基原地固化劑以及地表、地下巖土結(jié)構(gòu)防漏劑等。在組分開發(fā)方面,化學(xué)抑塵劑的重要組分-表面活性劑已從多數(shù)為陰離子型轉(zhuǎn)變?yōu)榉请x子型;化學(xué)抑塵劑的無機(jī)物組分已從普通鹵化物擴(kuò)展到堿性氧化物、煤灰、粘土、石膏、高嶺土、酸等;有機(jī)物組份已從一般原油、煤渣油、瀝青擴(kuò)展到食用油廢渣、生物油渣、木質(zhì)素衍生物、樹脂、石蠟油、纖維素濾料、聚合物、高分子功能聚合物等。近年來,高分子聚合物作為化學(xué)抑塵劑組分的配方很常見;為了減少成本和變廢為寶,一些抑塵劑由來自應(yīng)用現(xiàn)場附近工廠的廢液、廢渣組成。在分子構(gòu)成方面,化學(xué)抑塵劑的成分更趨復(fù)雜,已從一元擴(kuò)展到多元,有些粉塵濕潤劑和粘結(jié)劑由5種以上化學(xué)材料構(gòu)成,其生產(chǎn)工藝也更復(fù)雜。這些抑塵劑盡管有較高的抑塵效率和更廣泛的通用性,但它們成本比較高。在化學(xué)抑塵劑的功能開發(fā)方面,為了提高化學(xué)抑塵劑的效率,近年研究人5員在朝著開發(fā)專用化學(xué)抑塵劑的方向發(fā)展,如用于尾礦庫揚塵的抑塵劑、路面揚塵防治的抑塵劑、細(xì)顆粒物料和粉煤場的抑塵劑、爆破作業(yè)抑塵劑、高二氧化硅礦物抑塵劑、水泥抑塵劑、煤倉抑塵劑、房屋拆除抑塵劑、石灰廠抑塵劑、噴射混凝土抑塵劑等。在粉塵濕潤劑性能測定技術(shù)方面,已從簡單的表面張力測定法、沉降法、滴液法、毛細(xì)管上下向滲透法擴(kuò)展到動力試驗法、Z-電位測定法等。
2近年來開展的主要研究內(nèi)容概述
近
(1)應(yīng)用可靠性理論中的故障樹分析法作為系統(tǒng)分析工具,將濕潤劑噴霧抑塵系統(tǒng)的機(jī)理表示成一些邏輯樹圖和形象圖形,使有關(guān)因素以及它們之間的因果關(guān)系一目了然。根據(jù)建立的邏輯樹,提出了一些表示噴霧系統(tǒng)抑塵效率的新觀點和數(shù)模,使有關(guān)因素對抑塵效率的影響可以定量描述,使應(yīng)用數(shù)學(xué)方法定量預(yù)測噴霧系統(tǒng)抑塵效率及實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化成為可能。還進(jìn)一步分析了粉塵顆粒與液滴的有效作用時間、含塵液滴的膨脹現(xiàn)象、煤揮發(fā)成分的作用以及濕潤劑抑塵的相對分級效率等新概念。
(2)在實驗室中用不同測定方法測定了20多種表面活性劑溶液與粉塵的相互作用特征及其影響因素,發(fā)展了用于選擇有效表面活性劑的實驗室測定原則,使實驗室的測定結(jié)果可以預(yù)測現(xiàn)場抑塵的效果。
(3)研究了二磺基琥珀酸鈉(2-乙基已基)等陰離子表面活性劑添加硫酸鹽時,對煤塵濕潤效果的改善程度及其作用機(jī)理,得出了陰離子表面活性劑添加含有高價負(fù)離子電解質(zhì)添加劑可以改善煤塵的濕潤能力的結(jié)論。
(4)測定了氯氧鎂-水溶液及MGCL2、CA-CL2、NACL和水玻璃溶液用于延長水的有效抑塵時間及作用效果和應(yīng)用配比。測定了十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、丁二酸鈉、水玻璃和氯化鈣溶液作為硅塵濕潤劑的合理濃度配比和提高濕潤粉塵能力的百分比。
(5)測定了聚丙烯酸鈉和淀粉接枝聚丙烯酸鈉高倍吸水樹脂溶膠的吸水、保水、耐蒸發(fā)、粘結(jié)粉塵等抑塵性能,分析了高倍吸水樹脂的復(fù)合抑塵機(jī)理、應(yīng)用方法和應(yīng)用前景。
(6)測定了固體鹵化物CACL2、MGCL2、NACL作為路面吸濕劑自動吸取空氣中的水分而保持路面濕潤的實際應(yīng)用參數(shù)和條件以及影響因素。測定了氯化鈣和氯化鎂與堿性氧化物CAO、MGO及水玻璃的復(fù)合物作為固土抑塵復(fù)合材料的合理配比、抑塵效果和適用條件,并研究了它們的固土抑塵機(jī)理。測定了氯化鈣和水玻璃作為粘結(jié)型復(fù)合抑塵劑基料時的合理滲透順序、滲透行為及其添加助滲劑的效果。
(7)試驗確定了低濃度渣油-水乳狀液的最佳乳化配方和工藝,測定了渣油-水乳狀液的濕潤、粘結(jié)、耐蒸發(fā)、保水等抑塵性能,設(shè)計現(xiàn)場制備渣油-水乳化液的制備站和制備工藝,并進(jìn)行半工業(yè)試驗和工業(yè)試驗,從而獲得了一套用渣油-水乳化液作為路面抑塵的新工藝。
(8)根據(jù)濕潤劑噴霧的大規(guī)模試驗數(shù)據(jù)和有關(guān)研究成果,設(shè)計了4種應(yīng)用發(fā)泡劑和濕潤劑,適用于地下礦連續(xù)采礦機(jī)作業(yè)面除塵的新型高效組合式除塵器。
3主要研究結(jié)論
(1)當(dāng)現(xiàn)場的應(yīng)用條件與實驗室的條件接近時,實驗室的測定結(jié)果才可以直接應(yīng)用于現(xiàn)場。毛細(xì)管上升試驗的結(jié)果比較適用于煤層預(yù)注水的情況,沉降試驗結(jié)果適用于粉塵穿過水中的情況。在毛細(xì)管上升試驗中,粉塵和吸濕量比溶液和上升高度更能可靠地反映濕潤效果。影響粉塵濕潤效果的因素有時間、表面活性劑濃度、粉塵粒度、水的成分等,現(xiàn)場應(yīng)該避免盲目應(yīng)用表面活性劑。
(2)陰離子表面活性劑溶液添加硫酸鈉等電解質(zhì),可能改善煤塵的濕潤能力,其主要原因有:表面活性劑與添加劑結(jié)合,使煤塵表面的疏水晶格吸附表面活性劑產(chǎn)生親水作用;高價負(fù)離子吸附在煤塵表面的親水晶格上,使其保持親水性;在煤塵表面疏水晶格的表面活性劑分子的密實填充作用和半膠束形成,改善其親水性。陰離子表面活性劑溶液添加硫酸鈉后的濕潤改善作用,對難濕潤煤塵更有效。
(3)氯化鈣、水玻璃、丁二酸鈉、十二烷基磺酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉5種試劑在其種程度上均能改善水濕潤硅塵的能力,濕潤能力從大到小的排序為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、丁二酸鈉、水玻璃、氯化鈣;其適宜的溶液濃度分別為0.2%,0.2%～0.4%,0.2%～0.5%,6%,5%～10%,此時它們制成溶液的濕潤粉塵的能力分別比水提高40%,38%,33%,32%,30%。
(4)高倍吸水樹脂作為凝聚型抑塵劑具有良好的開發(fā)前景,用高倍吸水樹脂溶膠抑制路面揚塵,噴灑數(shù)次后,其一次噴灑有效作用時間可達(dá)半個月。用固體鹵化物抑制路面揚塵,如果不流失時,其作用時間可達(dá)到數(shù)月。
(5)用鹵化物與堿性氧化物及水玻璃的復(fù)合物抑塵,還同時起到穩(wěn)定土的作用,并可保持長時間有效。當(dāng)這些材料添加適量的助滲劑時,其滲透能力可提高10%～30%。水玻璃和氯化鈣復(fù)合粘結(jié)劑基料溶液的合理滲透順序是水玻璃先于氯化鈣,對于5%、15%和25%的水玻璃和氯化鈣溶液,它們的滲透時間之和與相反的滲透順序所用時間之和比較,可分別縮短29%、46%和62%。
(6)用渣油-水乳化液抑塵,噴灑數(shù)次后,一次噴灑有效作用時間可過十多天。通過用渣油-水乳化液對礦區(qū)土石路面及水泥路面進(jìn)行噴灑,抑塵效果良好,能使路面粉塵達(dá)到了允許濃度以內(nèi)。噴灑一次,可有效地抑制公路揚塵5～7D,與灑水抑塵方法比較,使用化學(xué)抑塵劑可大大減少灑水車的臺數(shù)和噴灑次數(shù),并起到養(yǎng)路護(hù)路,提高道路通過能力和延長運礦卡車的大修期等作用。
(7)根據(jù)實體模型試驗的數(shù)據(jù),設(shè)計了4種應(yīng)用發(fā)泡劑和濕潤劑,適用于地下礦連續(xù)采礦機(jī)作業(yè)面除塵的新型組合式除塵器。這些除塵器可靠性好,能根據(jù)粉塵的粒度和濃度使各部分組件的技術(shù)特點得到經(jīng)濟(jì)合理的利用,對呼吸性粉塵的除塵效率很高。
4幾點建議
(1)由于粉塵的類型和化學(xué)抑塵材料的種類很多,而且,隨著化學(xué)工業(yè)的迅猛發(fā)展,可能作為新的化學(xué)抑塵劑的新材料不斷出現(xiàn),因此,化學(xué)抑塵劑的基礎(chǔ)研究工作仍然需要不斷深入持久地開展下去。化學(xué)抑塵的開發(fā)和應(yīng)用涉及到物理、化學(xué)、工程等學(xué)科的綜合知識。
(2)目前化學(xué)抑塵劑在現(xiàn)場的應(yīng)用還不夠廣泛,特別是在我國,化學(xué)抑塵劑在各個領(lǐng)域的應(yīng)用還需要大力開拓和創(chuàng)新,隨之人們對環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高,化學(xué)抑塵劑的應(yīng)用具有廣闊的前景。
(3)不結(jié)合實際應(yīng)用條件,很難說哪一種化學(xué)抑塵劑是最好的,哪一種是最差的。一般地說,只要該化學(xué)抑塵劑能解決某一問題,在一定的時期內(nèi)其經(jīng)濟(jì)和環(huán)境綜合效益良好,就是較佳的。化學(xué)抑塵劑應(yīng)用的社會效益、環(huán)境效益等方面的經(jīng)濟(jì)模型有待進(jìn)一步深入研究,化學(xué)抑塵劑的經(jīng)濟(jì)效益有了定量的評價方法,其推廣應(yīng)用的價值才更有說服力。
(4)將化學(xué)抑塵劑與粉塵凈化設(shè)備、水土保持等技術(shù)巧妙地結(jié)合起來,將具有特別重要的意義。用計算機(jī)仿真化學(xué)除塵系統(tǒng)及設(shè)備也是非常有價值的研究課題。
(5)長期以來,化學(xué)抑塵劑的研發(fā)基本上依賴于實驗方法,沒有現(xiàn)成的化學(xué)抑塵劑分子設(shè)計理論可依,造成化學(xué)抑塵劑開發(fā)周期長、成本高。另外,由于世界上有成千上萬種不同類型的粉塵和不同的粉塵污染形式,加上缺乏化學(xué)抑塵劑分子設(shè)計理論的指導(dǎo),因為如果不經(jīng)過有針對性的大量試驗,往往難以確定合適的化學(xué)抑塵劑和達(dá)到預(yù)想的抑塵效果,這也造成了人們對化學(xué)抑塵劑使用效果褒貶不一的情況發(fā)生,從而阻礙了化學(xué)抑塵劑的推廣應(yīng)用和獲得經(jīng)濟(jì)的使用效果。這些趨勢在客觀上呼喚有系統(tǒng)的、可靠的化學(xué)抑塵劑分子設(shè)計理論誕生,以便
縮短化學(xué)抑塵劑的開發(fā)周期,降低開發(fā)和使用成本,提高抑塵效率,并使其廣泛應(yīng)用,滿足防治粉塵的需要。
