论文摘要
煤尘是煤矿最主要的灾害之一,煤尘爆炸造成大量的人员伤亡和巨大的经济损失,长期吸入呼吸性煤尘会导致尘肺病。有效地降低煤尘,关键是提高煤尘的润湿性。本文系统研究了煤尘的物理化学特性。提出了客观定量表征煤尘的粒度分布特征和表面粗糙特性的指标是粒度分形维数和表面分形维数。煤尘表面主要存在脂肪烃、芳香烃和含氧官能团三类基团,表面大量的脂肪烃、芳香烃等疏水性基团,是导致煤尘表面具有较强的疏水性的根本原因。利用德国Kr（u|¨）ss公司设计生产的DSA100型光学法液滴形态分析系统,系统研究了煤尘的成分、化学元素、微观结构、总酸性基含量、粒度分形维数、表面分形维数等因素与润湿性的关系,利用SPSS软件,建立煤尘润湿性与主要因素的相关模型。确定了影响煤尘润湿性的最主要因素是煤尘表面的总酸性基官能团的含量和煤中固定碳的含量。利用FTIR光谱、XPS能谱、比表面积和孔径分析、润湿实验等手段系统研究了呼吸性煤尘的表面特性及润湿机理。研究表明:在煤样细化过程中,煤尘的表面孔结构和化学结构及元素组成均发生改变,与大颗粒煤尘相比,呼吸性煤尘的亲水性更弱,疏水性更强。主要机理是:粒度越小,煤尘的表面不饱和性越大,对空气中粒子的吸附越强,越易在其表面形成一层牢固的气膜;煤尘与水的固-液接触实际上是一种固-液接触和固-气接触的复合接触,粒度越小,孔体积越大,表面粗糙化程度越高,则在煤尘表面的孔隙或凹槽中截留的空气越多,固-气接触面越大,煤尘润湿性越差。根据水或润湿剂等液体润湿煤尘的机制,建立液体在煤尘表面润湿的动力学模型,提出了用于表征液体在煤尘表面润湿能力的润湿因子K。并利用建立的润湿动力学模型研究了不同的表面活性剂体系对煤尘的润湿性。从微观角度、分子水平探讨表面活性剂在煤尘表面上的吸附形态和吸附机理,提出了用I2-KI作显色剂的分光光度法测定非离子表面活性剂JFC浓度的新方法,研究了表面活性剂对ξ电位的影响。阐明了液体润湿煤尘的微观机理是由煤尘表面分子和液体分子间的附着力与液体分子间的内聚力的力量对比不同引起的。煤尘表面分子和液体分子间的附着力是分子之间的短程相互作用力和长程作用力共同作用的结果。