磁化泡沫捕塵的可行性分析

傅麗碧

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，江蘇 徐州 221008

煤礦井下產(chǎn)生的粉塵危害重大，長(zhǎng)期從事采掘和粉塵作業(yè)環(huán)境的職工易患?jí)m肺病，濃度較高的礦塵影響視野，容易造成人身事故，而且礦井煤塵具有爆炸危險(xiǎn)，給礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)很大的危險(xiǎn)。當(dāng)今國(guó)內(nèi)外除塵降塵技術(shù)主要有通風(fēng)凈化除塵，煤塵注水防塵，噴霧灑水，泡沫降塵等，我國(guó)的泡沫技術(shù)主要針對(duì)火災(zāi)進(jìn)行滅火，在除塵方面應(yīng)用較少。尋找新的高效除塵技術(shù)對(duì)當(dāng)今煤礦安全生產(chǎn)十分重要，為此筆者提出了磁化泡沫捕塵技術(shù)，探討其可行性。

1 探討磁化泡沫的捕塵機(jī)理

結(jié)合磁化水和泡沫的降塵機(jī)理，引入磁化泡沫這種功能泡沫的捕塵技術(shù)。我們知道磁化水是指經(jīng)過(guò)磁水器處理過(guò)的水，它使水的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了暫時(shí)的變化，這種暫時(shí)改變水性質(zhì)的過(guò)程叫磁化。磁化水所出現(xiàn)的變化是由電磁感應(yīng)導(dǎo)致的，在磁力的作用下促使水分子的內(nèi)聚力下降，黏滯力減弱，從而改變了水的基本結(jié)構(gòu)。磁化水的除塵機(jī)理如下：第一，經(jīng)磁化且由活性水分子組成的水體作為捕塵體具有很強(qiáng)的極性，容易與其他物質(zhì)形成物理鍵而發(fā)生吸附，這種吸附由范德華力、色散力、偶極子力等作用而形成，因此不易解脫。粉塵在磁場(chǎng)作用下同樣可能導(dǎo)致極性加強(qiáng)，導(dǎo)致水體與粉塵更容易發(fā)生相互吸附，從而除去粉塵；第二，水分子鍵的氫鍵發(fā)生畸變、斷裂，使液體分子間的平衡距離變大，引力常數(shù)變小，表面張力降低，導(dǎo)致噴出的霧滴更細(xì)小；第三，磁化后水的黏度有所降低，這也使噴出的霧滴小，霧滴的總表面積增大，大大增加了與粉塵接觸的幾率，而且霧化效果好，霧滴分布均勻。

泡沫劑和水一起按一定的比例混合，通過(guò)發(fā)泡器產(chǎn)生大量高倍數(shù)泡沫噴灑到塵源或空氣中。當(dāng)泡沫噴灑到巖礦或料堆上時(shí)，便形成無(wú)空隙的泡沫體覆蓋在塵源上，使粉塵得以濕潤(rùn)和抑制。當(dāng)泡沫噴射到含塵空氣中時(shí)，則形成大量的泡沫粒子群，其總體積和總表面積很大，從而大大增加霧液與塵粒的接觸面積和附著力，因此有利于提高水霧的降塵效果，尤其對(duì)呼吸性粉塵的捕集，而且耗水量少得多。

磁化泡沫就是結(jié)合磁化水和泡沫劑技術(shù)來(lái)提高降塵效果。如果把制備好的泡沫經(jīng)過(guò)磁化處理，則發(fā)揮了磁化水和泡沫的兩種捕塵效果，提高除塵效率，減少用水量。當(dāng)然磁化設(shè)備可以參照磁化水設(shè)備來(lái)制取磁化泡沫。磁化泡沫的捕塵機(jī)理來(lái)源如圖1所示。

圖1 磁化泡沫的捕塵機(jī)理來(lái)源示意圖

2 磁化泡沫捕塵的可行性分析

泡沫除塵是水和泡沫劑按一定比例混合，泡沫除塵效果主要取決于泡沫劑配方, 即配方中各化學(xué)藥劑的選擇和含量的確定。一般泡沫劑配方中含有起泡劑、濕潤(rùn)劑、穩(wěn)定劑、增溶劑等表面活性劑。從結(jié)構(gòu)上看, 所有表面活性分子都是由極性的親水基和非極性的親油基兩部分組成。親水基使分子引入水與水親和, 而親油基使分子排斥水, 與油親和。根據(jù)親水基團(tuán)的結(jié)構(gòu)分類, 通常把表面活性劑分為離子型和非離子型, 而離子型表面活性劑在水中電離,形成帶陽(yáng)電荷或帶陰電荷親油劑, 又可分為陽(yáng)離子表面活性劑和陰離子表面活性劑。故在泡沫劑配方中, 不能把陽(yáng)離子表面活性劑和陰離子表面活性劑混合使用。考慮到表面活性劑來(lái)源廣泛, 價(jià)格較低, 易于加工制作和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用, 最好選用陰離子表面活性劑或非離子型表面活性劑。用于煤塵的泡沫劑，其中水大約為54%～55%,脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯鹽20%，椰子油醇烷醇酰胺5%，改性丁二烯/苯乙烯共聚物膠乳20%，苯甲酸鈉0.1%，四硼酸鈉的五水化合物0.2%，濃硫酸15%。它們大多屬于陰離子表面活性物質(zhì)。當(dāng)磁化泡沫在磁場(chǎng)作用下，物質(zhì)的正負(fù)電荷產(chǎn)生方向相反的回旋運(yùn)動(dòng)，不同電荷回旋半徑不同，使水分子極性加強(qiáng)，離子磁化后產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)的方向與外磁場(chǎng)的方向相同，這些磁力作用最終促使分子內(nèi)聚力下降，黏滯力減弱，改變水的基本結(jié)構(gòu)。在與粉塵的碰撞、隔離、濕潤(rùn)、沉積等多種機(jī)理作用下，幾乎可以捕集所有與之相遇的粉塵，特別是對(duì)微細(xì)粉塵具有很強(qiáng)的集聚能力。

3 磁化泡沫的優(yōu)點(diǎn)

1）除塵效率高，用水量減少；

2）成本低，來(lái)源充足，無(wú)毒；

3）可以用在工作面除塵，掘進(jìn)打眼或溜煤眼施工除塵；

4）操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用前景廣泛。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)磁化水捕塵和泡沫捕塵機(jī)理的了解，綜合二者機(jī)理提出磁化泡沫捕塵，分析了其可行性和優(yōu)點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)磁化泡沫具有廣泛的應(yīng)用前景，不僅制備簡(jiǎn)單，穩(wěn)定，而且除塵效率明顯較高，是一種可行性的捕塵方法。

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