湿润水的除尘机理

在普通清水中添加一定量的湿润剂后,便形成湿润剂水溶液,简称为湿润水。
湿润剂是由亲水基和疏水基两种不同性质的基团组成的化合物。当湿润剂溶于水中时,其分子完全被水所包围。亲水基一端被水吸引,疏水基一端被水排斥,于是湿润剂分子在水中不停地运动,寻找适当的位置使自身保持平衡,一旦它们来至水面,便把疏水基一端伸向空气,亲水基一端朝向水里,这才处于安定状态。当溶液中游离的湿润剂分子达到一定数目时,溶液的表面层将被湿润剂分子充满,形成紧密排列的定向排列层,即界面吸附层,由于界面吸附层的存在,使水的表层分子与空气的接触状态发生变化,导致水溶液表面张力的降低,同时朝向空气的疏水基与空气中的尘粒之间有吸附作用,所以当尘粒与湿润水接触时,即形成疏水基朝向尘粒,亲水基朝向水溶液的围绕尘粒的包裹团,而把尘粒带入水中得到充分的湿润。
在喷雾降尘中使用湿润水,一方面由于溶液表面张力的降低,使水溶液能更好地雾化到所需要的程度;另一方面是湿润水水雾比消水水雾湿润性更强,因而一般都能使喷雾降尘效率提高30%~60%。
当把湿润剂用于煤层注水时,使水溶液能更好地沿着煤体的裂隙渗透,湿润煤体。尤其是减少了对煤体的湿润角,使水溶液沿着煤体中的毛细管渗透的力得到增强,水溶液就能更好地渗透到煤体的毛细管中,充分、均匀地湿润煤体,有助于提高注水抑尘的效果,一般能使防尘效率提高20%~25%,有的可达45%。同时还有改善注水工艺参数的作用。如注水压力可降低,时间可缩短,湿润半径可扩大,相应的注水孔距可增大,打眼工作量可减少等。
据试验表明,湿式凿岩使用湿润水比清水的粉尘浓度可降低50%左右,一般都能低于卫生标准规定的2mg/m3。尤其能使呼吸性粉尘有较大幅度的降低。江西赣州有色冶金研究所用1/20000浓度的CHJ-I型湿润剂使平巷凿岩速度提高21.6%。
湿润水除尘的参数
湿润水除尘效果的主要标志是表面张力与湿润速度(或湿润时间)。而这两者都与湿润剂的组分和性能有关。如重庆煤炭科学研究所进行的湿润剂组分配方(见表2-68)试验,单纯使用0.05%的“快渗”湿润剂,湿润速度为1.1mg/s,按*1种配方加进0.3%的氯化钠复配使用时,其湿润速度为22.3mg/s,为前者的20.3倍。此外,湿润水的除尘效果也与湿润剂的使用浓度有关,而使用浓度又要考虑湿润剂的价格或配制1t湿润水的成本。所以表面张力、湿润速度、使用浓度、成本这些因素是相互关联的。
(1)表面张力与浓度试验表明,水的表面张力是随着湿润剂使用浓度的提高而降低。列举了两种国内的湿润剂(1号配剂和CHJ-I型)及一种美国的湿润剂 Dustallay的试验曲线。各种湿润剂都有一种共同的规律,即初始阶段随着湿润剂浓度的提高,表面张力急剧下降,而到一定浓度之后,表面张力趋于恒定(约27dyn/cm)。这是因为随着湿润剂分子增多界面吸附层加密,溶液表面张力急剧下降;但当溶液中湿润剂分子增加到足够多时,液面湿润剂分子定向排列到达饱和状态,不再趋向液面,而是大量聚集在液面以内的溶液中,形成无数疏水基朝里亲水基向外的分子团,即胶束此时,水分子与空气的接触面趋于恒定(不再缩小),即使再增大湿润剂浓度,溶液表面张力也不再降低。国内外研究者普遍认为,湿润剂溶液的表面张力应在35dyn/cm以下为好。实际工作中常以此为选择湿润剂使用浓度的参数之一。
(2)湿润速度与浓度根据试验,湿润速度(或湿润时间)是随着湿润剂浓度的提高而加快的。其原因显然是因为浓度高表面张力小,湿润能力强。湿润速度快对降尘是有利的,但湿润速度快势必要求浓度高,这就涉及成本(每吨防尘用水因添加湿润剂而附加的费用)问题,如图2-88所示。所以湿润速度以多快为宜,应视不同的防尘对象和防尘要求,结合经济因素综合考虑而定。