文摘

为了找出影响因素对润湿性能石灰石露天矿山爆破粉尘的爆破粉尘在铜陵石灰石矿,安徽省,进行了研究。样品的疏水性灰尘(MD)和亲水性灰尘(ND)是通过液压分离实验。水的接触角在尘埃样本,粒度分布,表面含氧官能团、表面矿物组成和内容,和表面孔隙结构是决定。接触角的测量结果表明,MD的湿润性能比的ND弱。通过比较分析,MD的表面特征和ND粉尘的湿润性能影响因素确定。结果表明,医学博士有一个较小的粒径,较高体积分数的疏水基团,和更复杂的比和表面形态,从而导致其润湿性能比ND弱。

1。介绍

在石灰石露天矿山在开采的过程中,大量的粉尘排放在爆破作业(1]。爆破粉尘不仅增加尘肺病的患病率在矿工还污染大气环境(2]。炸药爆炸产生的气体包括有限公司2,有限公司2,没有X(3]。爆破、破碎和其他进程在采矿过程中直接对粉尘的物理化学特性的影响。生产过程中的能源消耗越大,粉尘粒径越小,孔隙结构越复杂,导致性能较弱的润湿的尘埃(4]。爆破粉尘的特点,如高度集中,容易扩散,污染范围广,并且容易造成二次污染,使除尘措施的效果很难得到改善(5]。加强在露天矿爆破粉尘控制技术的研究是符合绿色矿山建设的新趋势。

很多方法已经开发抑制爆破粉尘。刘等人,杨et al。6,7]研究了爆破粉尘排放的影响因素,提出了用细水雾抑制爆破粉尘排放。王等人,金等。8,9)开发基于化学粉尘抑制剂的研究爆破粉尘的特点并通过水封爆破抑制灰尘。Hosseini et al。10)优化爆破参数降低爆破粉尘排放。在爆破施工的隧道和地下矿山通风和喷洒用于抑制灰尘(11]。目前,湿式除尘是最普遍的使用,和尘埃湿润性能在很大程度上决定了其除尘效率(12]。研究[13- - - - - -15)发现粉尘的湿润性能明显受其表面物理化学特性的影响。通常,粉尘的湿润性能直接以水在粉尘表面的接触角;接触角越大,较弱的粉尘的湿润性能(16]。傅et al。17]分析了爆破粉尘产生的构成城市建筑物的爆破拆除过程中,认为裂缝和微观结构的爆破粉尘的主要原因是其疏水性。许等人的研究(18]表明,粉尘的湿润性能极大地受到其粒子大小的影响,及其疏水性增加显然与粒径的减少。尘土表面的亲水矿物成分可以显著改善其润湿性能,常见的亲水矿物方解石(CaCO等3)和石英(SiO2)[19]。含碳表面官能团的尘埃显然影响它的湿润性能、含碳大分子结构显示强疏水性的煤尘由于大量的含碳大分子的表面内容组织如脂肪烃和芳烃,从而导致疲软的湿润性能(20.- - - - - -22]。研究[23]分析了粉尘的表面孔隙结构的影响在其润湿性能,表明孔隙结构复杂的表面疏水性。根据Xiazhong et al。24),爆破粉尘与高含水量时更有可能产生冷凝效果在与水接触,因此表现出亲水性。

已被证明,很多灰尘在其润湿表面特征影响性能的研究已经进行了一些成果。然而,这些研究主要集中在煤炭和金属矿尘;石灰岩矿尘的研究需要进一步丰富。本研究确定了石灰岩矿尘的湿润性能和影响因素提供了理论支持爆破粉尘的抑制。

2。材料和方法

2.1。粉尘样品的制备

爆破粉尘样品分离使用200目(74μ在60°C m)是干孵化器8 h,然后冷却25°C使用。如图1,准备爆破粉尘涌入一个烧杯包含去离子水(表面张力为73.02 mN / m)。一分钟后,没有更多的粉尘沉降杯的底部,和爆破粉尘样品分为两个不同的部分。nonwet灰尘灰尘漂浮在水面上,称为疏水爆破粉尘(MD)和灰尘沉积在烧杯的底部是润湿尘土,称为亲水爆破粉尘(ND)。粉尘的每一部分是和干在孵化器为2 h 120°C。


图1
流体静力学实验医学和ND的分离。
2.2。湿润性能测试

表面的接触角,去离子水MD和ND使用接触角测量仪(OCA20)。粉尘被压制成平板样品,50 MPa的压力下5分钟。实验步骤如下:去离子水是滴表面的爆破粉尘样品连续注射器针头,慢慢地。的整个过程液滴接触表面的灰尘样本利用SCA20软件动态记录。调整后的基线,水的接触角的变化在尘埃样本时间。相同的尘埃样本测量两次,结果的平均值作为最终结果。

2.3。物理性能测试
2.3.1。粒度分布测试

激光粒度分析仪莫尔文Mastersizer 2000是用来测量MD和ND的粒度分布。水被选为分散的解决方案,通过超声波分散溶液的泡沫被前测试。尘埃样本后慢慢添加背景值中扣除。相同的尘埃样本测量两次,结果的平均值作为最终结果。

2.3.2。孔隙结构测定

尽快微粒学2460全自动比表面和孔隙度分析仪打赌被用来分析MD和ND的孔隙结构,使用氮气吸附法,温度设定在120°C条件下和脱气时间12 h。

2.4。化学性能测试
2.4.1。XRD分析

MD和ND的表面矿物组成和含量测定,x射线衍射(XRD)。灰尘样本放在玻片;MD和ND的表面矿物成分是由x射线衍射仪,使用Cu-Kα辐射源40 kV的工作电压和工作电流的40 mA。衍射角来自2°- 100°角速率的2°/分钟。数据分析使用软件MDI玉6.1,和绝热方法被用来进行半定量的分析阶段的尘埃样本。

2.4.2。XPS分析

x射线光电子能谱(XPS)是用来测量表面含碳大分子MD和ND组。XPS测试,样品室压力不足 ,光斑大小是400μ米,工作电压是12 kV,灯丝电流是马6。全光谱扫描能量150 eV和步长是1 eV。narrow-spetrum扫描能源是50 eV和步长是0.1 eV。纠正了结合能c1峰的参考价值248.8 eV。

3所示。结果与讨论

3.1。湿润性能分析

消电离水的接触角在MD和ND表面测试的开始和结束在图所示2,MD和ND的接触角的变化随着时间的推移图所示3。MD和ND表面的接触角随着时间的增加逐渐减少了。MD和ND的接触角度,分别从30.4°,27.7°下降到11.5°和9.3°。ND的接触角下降更明显。接触角的MD对ND总是比。因此,医学博士的湿润性能比的ND弱。这个结论与静水分离实验的结果是一致的。

(一)MD表面水接触角为0
(一)MD表面水接触角为0
(b) MD表面水接触角为0.8 s
(b) MD表面水接触角为0.8 s
(c)和表面水接触角为0
(c)和表面水接触角为0
(d)和表面水接触角为0.8 s
(d)和表面水接触角为0.8 s
图2
表面水接触角MD和ND的开始和结束测试。

图3
接触角随时间的变化。
3.2。粒度分布分析

粒度分布的测试结果的MD和ND如图4,MD的累积分布比例和ND不同粒径区间如表所示1。MD和ND的粒度分布有很大的不同。其中,轻微的灰尘的比例低于10μ米在MD ND高出10.81%。MD的百分比是28.41%高于ND的粒度分布范围低于20μm。


图4
MD和ND的粒度分布。
表1
累积分布的百分比不同粒径MD和ND的间隔。

MD和ND的物理参数如表所示2。D10D50和D90年表明累积时粉尘粒子的粒径大小分布到达10%,50%,和90%,分别。D(4,3)代表了成交量加权平均粒度(25]。如表所示2,所有参数和更大的医学博士和医学博士和ND的质量比表面积是1.5232·g1和0.7262·g1,分别。研究[26)表明,粒径越小,质量比表面积越大,表面能和表面活性越强的灰尘和难是湿的。因此,医学博士的湿润性能比的ND弱。

表2
MD和ND的物理参数。
3.3。表面孔隙结构的分析

当水接触灰尘,灰尘表面的实际接触面积会比明显的接触面积大,所以将增加其润湿表面性能27]。MD和ND表面之间在结构上的区别是定量分析了N2低温吸附。

低温N2吸附等温线的MD和ND如图5。在液体N2温度(77 K), N2吸附灰尘表面取决于氮的相对压力( );” ”是N的分压2和“ ”是N的饱和蒸汽压2在液氮的温度。根据低温N的磁滞回线的特点2吸附等温式,它可以分为slit-shaped,圆柱形,楔形和ink-bottle-shaped类型(28]。低温N2吸附等温线的MD和ND更符合楔形的吸附等温式,这表明有许多封闭或半封闭孔表面的灰尘。最大的N2MD的吸附量是4.50厘米3·g1,这是高于ND(4.09厘米3·g1)。因此,医学博士的表面孔隙结构发达,N和它的吸附能力2更强。

(一)医学博士
(一)医学博士
(b)和
(b)和
图5
MD和ND Adsorption-desorption等温线。

特定的表面区域(介绍)的医学博士和ND的特点是朗缪尔(左)和Brunauer-Emmett-Teller(打赌)根据粉末材料的孔隙大小分类。两种粉尘的孔隙体积计算了Dubinn-Radushkevich (dr)和Barrett-Joyner-Halenda (BJH)。的孔隙结构参数两种粉尘被BJH计算和选择方法。MD和ND的孔隙体积和结构参数如表所示3。掸邦军打赌和SSAlMD的ND高于53.5%和55.1%,分别。的总孔隙体积MD是ND的高出86.6%。医学博士的平均孔径小于ND的32.1%。结果表明,MD表面的孔隙结构是更复杂的比ND。

表3
MD和ND的孔隙体积和结构参数。

孔隙大小分布和累积孔体积的MD和ND如图6。当孔径小于11.61纳米,MD的微孔体积始终高于ND,但累积孔隙体积的MD总是高于ND,这进一步表明,MD的孔隙结构是ND的显著不同。微孔体积和累积孔体积MD表面上是高于ND, MD的孔隙结构比较复杂。

(一)
(一)
(b)
(b)
图6
孔隙大小分布和累积孔体积的MD和ND。

总之,MD比ND复杂的孔隙结构。由于复杂的孔隙结构,MD空气有很强的吸附能力,从而导致紧张空气电影更可能形成表面尘埃,尘埃和阻碍水的润湿接触(29日]。此外,复杂的孔隙结构使MD的比表面积比ND,这使得医学有较高的表面能和更多的水排斥力,从而阻碍水传播和灰尘表面润湿。因此,表面孔隙形态的差异MD和ND的结果之间的差异在他们的湿润性能。

3.4。XRD分析

MD和ND的XRD模式如图所示7和矿物成分的体积分数MD和ND如表所示4。MD和ND的XRD模式非常相似,他们主要是CaCO组成3和SiO2。CaCO的体积分数3在MD是99.4%,SiO2是0.6%。CaCO的体积分数3和SiO2在ND分别为99.1%和0.9%,。两种粉尘的组成和内容基本上是相同的。CaCO3和SiO2是亲水的矿物质。因此,表面的矿物组成两个粉尘不是因素导致他们的湿润性能的差异。


图7
XRD MD和ND的模式。
表4
体积分数MD和ND的矿物成分。
3.5。XPS分析

MD的XPS测试模式和ND charge-corrected使用标准C(1)峰值位置(284.8 eV),和每个元素的参考峰位置与标准的峰值位置;C的主要赋存形式在粉尘表面可获得(30.]。C (1) XPS谱MD和ND表面如图8。图中可以看到8有五大组织表面的MD和ND,碳碳C或,O C = O,碳氢键和C = O。束缚态的内容元素是由光谱的峰面积。结合能和相对峰面积的百分比组件表面的MD和ND粉尘从XPS分析获得C(1)如表所示5。

(一)医学博士
(一)医学博士
(b)和
(b)和
图8
C (1) XPS谱MD和ND的表面。
表5
结合能和组件的相对峰面积的百分比在粉尘表面的MD和ND从XPS分析获得C (1)。

碳碳和碳氢键显示疏水;C或C = O, O C = O显示亲水(31日]。根据表5,疏水的体积分数组和MD表面亲水性组分别为57.21%和42.79%,分别。疏水的体积分数组和ND表面亲水性组分别为36.82%和63.18%,分别。MD表面疏水集团的体积分数为20.39%高于ND,亲水的体积分数组是20.39%低于ND,这是符合的结论ND的湿润性能比的。因此,粉尘影响其润湿的表面组织性能。

4所示。结论

(1)医学博士的表面积是0.7972∙克1ND的比。由于小颗粒大小和更复杂的表面形态,MD的比表面积和表面能大,防止灰尘被水浸湿,使MD的湿润性能比的ND弱

(2)医学表面的孔隙结构是更复杂的比表面。MD表面的平均孔径为8.298 nm低于ND表面,在MD表面和总孔隙体积的1.90倍,在表面。复杂的表面形态导致容易形成空气膜表面的MD,降低其润湿的性能

(3)表面亲水性基团的体积分数的MD和ND是42.79%和63.18%,分别。表面疏水基团的体积分数的MD和ND是57.21%和36.82%,分别。表面亲水性基团的体积分数的MD小于,ND表面和疏水基团的体积分数大于ND表面,导致弱润湿的性能

数据可用性

这些数据可以通过直接接触通讯作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的手稿。

确认

本研究支持的项目”建设安全有效的煤炭开采的重点实验室,教育部,中国”和“联合培养研究生项目的安徽科技大学和安徽海螺水泥有限公司有限公司。”