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煤粉堆积孔道润湿性及床层渗吸性能研究

贡皓霜  
【摘要】:煤粉的应用日益广泛,其储运过程中因物理化学反应易导致堆垛内部温度升高达到煤粉着火点发生阴燃火灾。如何快速处置煤粉堆垛内部阴燃火灾问题是保障公共安全的一个重要问题。水基灭火剂因其众多优点,是煤粉阴燃灭火过程主要灭火剂之一。但是煤粉颗粒表面的疏水性使得水基灭火剂难以快速渗入堆垛内部的着火点。因此,本文选择山西大同某矿场的煤粉为研究对象,通过理论分析和实验研究不同添加剂对煤粉堆积孔道润湿性能及渗吸性能的影响规律,以期改善水基灭火剂在煤粉堆积床层中的输运性能,使之能够快速渗入煤粉堆垛内部,扑灭阴燃火灾。本文首先测试分析该煤粉的物性结构参数,发现其颗粒平均粒径为3.537μm,属于典型的超细煤粉,小直径的煤粉容易堵塞孔道,影响溶液的渗透性;红外光谱(FTIR)分析结果表明,煤粉颗粒表面存在大量脂肪烃和芳香烃等非极性基团,使煤粉具有较强的疏水性,同时也有少量的含氧官能团,在溶液中会电离使煤粉呈现负电性,这与zeta电位结果一致。BET测量煤粉平均比孔容为0.036 cm~3/g,平均比表面积为14.273 m~2/g,这表明煤粉主要以微孔和介孔为主的多孔介质。在煤粉物性测定结果基础上,选取了十六烷基三甲基溴化胺、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、丁二酸二异辛酯磺酸钠、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10以及聚乙二醇4000六种不同类型的表面活性剂,研究其对水在煤粉颗粒表面润湿性的影响。选取水溶液在煤粉表面的动态接触角作为衡量润湿性的指标,研究了表面活性剂的类型和浓度对水溶液在煤粉表面润湿性的影响规律,并从水溶液的表面张力和zeta电位等方面分析其润湿机理,建立了一个动态润湿模型来描述润湿过程并比较不同溶液的润湿效果。结果发现0.10 wt%的丁二酸二异辛酯磺酸钠溶液因其表面张力低、在煤粉表面的吸附性好的特点,对煤粉的润湿性最好。然后通过渗吸实验测定了水溶液在堆积煤粉中的渗吸高度及渗吸速率,根据毛细理论研究了煤粉的粒径、堆积紧实度以及溶液的性质等对渗吸过程的影响,相关结果为水基灭火剂在煤粉阴燃火灾中的应用提供基础理论及参考。


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