矿物散料储运表面固化抑尘剂的研究及应用_白莉

第28卷第4期山西化工Vol.28No.42008年8月SHANXICHEMICALINDUSTRYAug.2008收稿日期:2008-05-11基金项目:山西省科技攻关项目(041057);山西省高校科技研究开发项目(20051218);太原理工大学青年科学基金项目。作者简介:白莉,女,1980年出生,太原理工大学应用化学专业在读硕士研究生。研究方向:固化剂的研制和应用。科研与开发矿物散料储运表面固化抑尘剂的研究及应用白莉,郭建英,程璐,刘生玉(太原理工大学矿业工程学院,山西太原030024)摘要:总结了目前国内外有关矿物散料运输和堆放表面固化抑尘剂的研究现状及应用。针对目前固化抑尘剂存在的问题,研制开发出具有实际应用价值、低成本的KG系列固化剂,并对所研制的固化剂机理、性能进行了介绍。现场喷洒实验结果表明,KG系列固化抑尘剂具有价格低、喷洒后对煤质无影响等优点,是解决矿物散料储运过程中风力损失和粉质污染的有效方法。关键词:固化抑尘剂;矿物散料;储运中图分类号:TQ314.256文献标识码:A文章编号:1004-7050(2008)04-0019-04引言在矿物散料储运过程中,由于气候因素和火车、汽车运行过程本身的风力作用,造成了散料的大量损失以及对铁路、公路沿线及露天堆放周围环境的粉尘污染。表面固化抑尘是固体粉尘治理的有效方法,可以防止散料被风吹起,减少散料运输和堆放过程中的损失。因此,研制开发针对矿物散料运输和堆放存储的表面固化抑尘剂,具有重大的经济和环保意义。目前,研制固化抑尘效果好、成本低、施工工艺简单、无二次污染的表面固化抑尘剂是国内外固体粉尘治理的重要研究方向。据文献报道,国外对矿物堆料固化抑尘的研究非常重视,日本、美国及德国等都在这方面进行了大量的研究和应用。表面固化抑尘剂的配方原料选料广泛,主要有乳胶、动植物胶、氰乙烯、环氧乙烷、丙烯酸、纤维素、油、水泥、氧化钙等。固化剂的种类可分为以下几类:1)无机类固化剂[5]。该类固化剂的种类非常多,主要包括:a)水玻璃类:水玻璃-铝酸钠、水玻璃-磷酸、水玻璃-氯化钙、水玻璃-氢氧化钠;b)磷酸盐;c)苛性碱;d)水泥类:高铝水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、钢渣水泥;e)石灰类:生、熟石灰,电石渣,漂白粉渣;f)硫酸盐类:石膏、硫酸铁、硫酸铝;g)高钙粉煤灰等。无机类固化剂应用于散料表面最大的缺点是会增加灰分,而且多数无机类固化剂在散料表面干燥结层后,表面会有颜色,从外观上不能保证矿物散料的质量。2)有机类固化剂。主要包括水溶性聚合物和乳化聚合物。a)自固结树脂类:包括丙烯酸盐浆液、聚氨酯浆液、脲醛树脂浆液;b)非自固结树脂类:包括聚丙烯酰胺、醋酸乙烯-马来酸共聚物、苯胺-糠醛、羧甲基纤维素;c)沥青;d)焦油等。3)有机-无机复合固化剂。主要包括:乙二醛-水玻璃、丙烯酸钙、石灰-聚丙烯酰胺、木质素磺酸钠和磺酸钙、水玻璃-硫酸铝-草酸等。4)工业废渣类固化剂。包括工业废石膏、碱渣、赤泥、电石渣、贝壳粉、漂白粉渣、磷石膏、活性硅铝废料、烧结土、硫铁矿渣、造纸废液等。我国在20世纪80年代开始粉料堆防尘固化剂的研究,虽然取得了一些进展,但仍然需要解决以下问题:1)如何使喷洒后的固化抑尘剂快速固化,覆盖散料表面;2)如何增强固化层的气候适应性;3)如何满足无灰、无硫、无毒性、无腐蚀性、无二次污染的要求;4)如何使固化抑尘剂制备工艺简单,综合成本低,并具有使用价值。本文针对以上问题,研制开发DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2008.04.014出具有实际应用价值、低成本的KG系列固化剂[1-5]。1实验部分1.1固化抑尘剂配方的选择原则固化抑尘剂配方的基本原则是:固化抑尘剂组分与水相溶;有良好的成膜性或黏结凝固性;对矿物散料(本实验以煤为研究对象)表面有润湿性;制备工艺简单;有良好的防水性、耐温性和耐候性;对散料性质无影响;稳定性好,易保存;无毒性,无腐蚀性;固化剂综合成本低廉。固化抑尘剂的主体成分采用水溶性有机物或通过乳化方式添加非水溶性物质,并添加少量无机引发剂。考虑到固化抑尘剂对煤表面的润湿性,再添加其他助剂。针对不同喷洒煤料的要求,改变成分或添加方式可达到固化层强度和固化时间的要求。1.2固化抑尘剂的制备本实验选取的矿物散料为煤料。1.2.1聚乙烯醇类固化抑尘剂在反应器中先加入适量的聚乙烯醇和水,在常温下搅拌5min～10min,然后将反应器在水浴中加热至95℃左右,继续搅拌至聚乙烯醇完全溶解,冷却后得到聚乙烯醇溶液。用于喷洒的聚乙烯醇溶液的质量分数一般控制在0.2%～0.5%。冷却后的聚乙烯醇溶液需要加入体积分数为0.2%～0.5%的表面活性剂。表面活性剂活性物质量分数为8%,其主体成分为十二烷基苯磺酸钠,其中加入少量尿素等以调