一种用于掘进工作面的防二次污染降尘泡沫及其制备方法

1.本发明涉及泡沫降尘剂技术领域，特别是指一种用于掘进工作面的防二次污染降尘泡沫及其制备方法。


背景技术：

2.煤炭作为支撑我国经济社会持续发展的重要能源，占据着不可替代的地位。近年来，随着煤矿采掘机械化程度的不断提高，煤炭产量增加的同时，井下粉尘量也迅速上升，对环境造成污染的同时也严重危害着作业人员的身体健康。煤矿的生产、运输、贮存等环节都会产生粉尘，其中以采掘工作面产尘量最大，占煤矿井下产尘总量85％以上。据统计，在无防尘措施的情况下，综掘工作面的粉尘浓度为1000-1500mg/m3，甚至可达6000mg/m3，综采工作面的粉尘浓度可达2500-3000mg/m3，其中呼吸性粉尘浓度接近40％。
3.粉尘会影响正常的生产活动，损坏设备，污染环境，长期吸入高浓度的粉尘危害工人的身体健康，引起尘肺病。高浓度的煤尘遇火源极易发生爆炸，引起人员伤亡，造成巨大的经济损失。目前掘进面采用的除尘措施有：喷雾降尘、压入式风筒螺旋风流降尘、除尘器除尘、掘进机司机位设置挡尘屏障等。但这些方法都存在一定的局限性，且除尘的效果不理想。泡沫降尘技术耗水量少、除尘效率高，尤其对呼吸性粉尘有很好的除尘效果，在井下应用的研究越来越被重视。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种用于掘进工作面的防二次污染降尘泡沫及其制备方法。
5.该降尘泡沫由发泡剂、润湿剂、稳泡剂、金属缓蚀剂和水组成，其中，发泡剂为单十二烷基磷酸酯钾和十六烷基三甲基氯化铵，润湿剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐和仲烷基磺酸钠，稳泡剂为羧甲基纤维素钠，金属缓蚀剂为聚磷酸盐。
6.具体的，各组分含量为：单十二烷基磷酸酯钾0.4％-0.7％、十六烷基三甲基氯化铵0.1％-0.3％、磺化琥珀酸二辛酯钠盐0.2％-0.6％、仲烷基磺酸钠0.1％-0.5％、羧甲基纤维素钠0.8％-1.5％、聚磷酸盐0.03％-0.1％，余量为水。
7.其中，聚磷酸盐为三聚磷酸钠或六偏磷酸盐中的一种。
8.该降尘泡沫的制备方法，包括步骤如下：
9.(1)按照质量配比分别称取原料；
10.(2)将十六烷基三甲基氯化铵、仲烷基磺酸钠加入容器中，加入水，在室温下搅拌15-20分钟，得到混合物a；
11.(3)将剩余水加入混料器中，加热并将温度保持在55℃-65℃，将羧甲基纤维素钠、聚磷酸盐依次加入混料器中，搅拌；
12.(4)将混料器温度控制在40℃-50℃，将单十二烷基磷酸酯钾、磺化琥珀酸二辛酯钠盐以及混合物a依次加入混料器，继续搅拌1小时；
13.(5)停止搅拌，静置40分钟，得到降尘泡沫成品。
14.其中，步骤(2)中水的加入量为水总量的10％。
15.步骤(3)中搅拌时间为20-30分钟。
16.该降尘泡沫所用的单十二烷基磷酸酯钾为阴离子表面活性剂，发泡性能优越，产生的泡沫丰富细腻，刺激性低，易降解，与阴离子、阳离子、两性离子、非两性离子表面活性剂有良好的配伍性。十六烷基三甲基氯化铵为阳离子表面活性剂，发泡能力强，化学稳定性好，易降解。阴、阳离子的复合体系具有极好的协同增强性能，发泡倍数更高。阴离子和阳离子之间存在强烈的电性相互作用，分子在溶液表面排列更加紧凑，表面活性大大提高，增加了液膜表面的活性剂吸附量，提高了液膜强度，泡沫不易破裂，使泡沫半衰期延长。
17.润湿剂磺化琥珀酸二辛酯钠盐和仲烷基磺酸钠均为阴离子表面活性剂。磺化琥珀酸二辛酯钠盐渗透快速均匀，润湿性强，无毒。仲烷基磺酸钠有极强的渗透能力，耐硬水，自然降解率高。煤尘的表面含有大量的疏水基团(如芳香烃和脂肪烃等)，表现出强疏水性，难以被水捕获沉降。通过加入磺化琥珀酸二辛酯钠盐和仲烷基磺酸钠，其表面的疏水基团与煤尘的疏水基团相互作用，提高煤尘亲水性，加快对煤尘的润湿速度，能够达到煤尘快速沉降的目的。
18.稳泡剂羧甲基纤维素钠是一种阴离子表面活性剂，易溶于水，为可食性原料。可以增大泡沫的黏度，延长泡沫液膜的排液时间，提高泡沫抗外界因素影响的能力，稳定性更高。黏度大的泡沫覆盖尘源后，增加了泡沫在尘源附近的粘附时间，可以在较长时间内抑制粉尘的扩散。
19.多数降尘剂通过加氯化物入来降低溶液的表面张力，但是氯离子可以穿透水膜迁移到金属表面，破坏金属表面的钝化膜，加速金属的腐蚀。聚磷酸盐常用于食品添加剂，绿色无污染，价格低廉。磷酸盐于水后，与水中的钙离子形成可溶性聚磷酸钙，并迁移至金属表面，与腐蚀产生的金属离子形成一层保护膜，减缓腐蚀反应的进行。加入少量的磷酸钠还能在一定程度上降低溶液的表面张力，提高降尘的效率。
20.本发明的上述技术方案的有益效果如下：
21.上述方案中，可以显著增强煤尘的亲水性，发泡倍数高，泡沫比表面积大、黏度高，接触煤尘后可以迅速将其包裹并沉降，有效降低井下掘进工作面的煤尘浓度，改善作业环境，减缓金属腐蚀作用，无毒害作用，易降解，不会造成二次污染。所选用原料大部分为阴离子表面活性剂，其来源广泛、价格低廉，可以降低成本。
具体实施方式
22.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
23.本发明提供一种用于掘进工作面的防二次污染降尘泡沫及其制备方法。
24.该降尘泡沫由发泡剂、润湿剂、稳泡剂、金属缓蚀剂和水组成，其中，发泡剂为单十二烷基磷酸酯钾和十六烷基三甲基氯化铵，润湿剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐和仲烷基磺酸钠，稳泡剂为羧甲基纤维素钠，金属缓蚀剂为聚磷酸盐。
25.具体的，按照质量百分比，各组分含量为：单十二烷基磷酸酯钾0.4％-0.7％、十六烷基三甲基氯化铵0.1％-0.3％、磺化琥珀酸二辛酯钠盐0.2％-0.6％、仲烷基磺酸钠
0.1％-0.5％、羧甲基纤维素钠0.8％-1.5％、聚磷酸盐0.03％-0.1％，余量为水。
26.下面结合具体实施例予以说明。
27.实施例1
28.一种用于掘进工作面的防二次污染降尘泡沫配方，由下述质量百分比的原料组成的：
29.单十二烷基磷酸酯钾0.5％，十六烷基三甲基氯化铵0.2％，磺化琥珀酸二辛酯钠盐0.25％，仲烷基磺酸钠0.25％，羧甲基纤维素钠1％，三聚磷酸钠0.08％，其余为水。
30.按该配方制备泡沫降尘剂的方法，包括以下步骤：
31.(1)分别称取以下重量的原料：单十二烷基磷酸酯钾0.5kg，十六烷基三甲基氯化铵0.2kg，磺化琥珀酸二辛酯钠盐0.25kg，仲烷基磺酸钠0.25kg，羧甲基纤维素钠1kg，三聚磷酸钠0.08kg，水97.72kg。
32.(2)将十六烷基三甲基氯化铵、仲烷基磺酸钠加入容器中，加入水9.772kg，室温下搅拌15分钟，得到混合物a；
33.(3)将剩余水加入混料器中，加热并将温度保持在55℃，将羧甲基纤维素钠、三聚磷酸钠依次加入混料器，搅拌20分钟。
34.(4)停止搅拌，将温度控制在40℃，将十二烷基磷酸酯钾、磺化琥珀酸二辛酯钠盐、混合物a依次加入混料器，继续搅拌1小时。
35.(5)停止搅拌，静置40分钟，即可得到成品。
36.将按该配方制备成的泡沫降尘剂加入发泡装置，产生的泡沫输送到尘源附近后，由泡沫喷头喷出，可以覆盖尘源，有效控制煤尘扩散，对全尘的降尘率可达到95.27％，呼吸性粉尘降尘率可达到85.54％。
37.实施例2
38.一种用于掘进工作面的防二次污染降尘泡沫配方，由下述质量百分比的原料组成：
39.单十二烷基磷酸酯钾0.3％，十六烷基三甲基氯化铵0.2％，磺化琥珀酸二辛酯钠盐0.4％，仲烷基磺酸钠0.4％，羧甲基纤维素钠0.8％，三聚磷酸钠0.05％，其余为水。
40.按该配方制备泡沫降尘剂的方法，包括以下步骤：
41.(1)分别称取以下重量的原料：单十二烷基磷酸酯钾0.3kg，十六烷基三甲基氯化铵0.2kg，磺化琥珀酸二辛酯钠盐0.4kg，仲烷基磺酸钠0.4kg，羧甲基纤维素钠0.8kg，三聚磷酸钠0.05kg，水97.85kg。
42.(2)将十六烷基三甲基氯化铵、仲烷基磺酸钠加入容器中，加入水9.785kg，室温下搅拌15分钟，得到混合物a；
43.(3)将剩余水加入混料器中，加热并将温度保持在60℃，将羧甲基纤维素钠、三聚磷酸钠依次加入混料器，搅拌25分钟。
44.(4)停止搅拌，将温度控制在45℃，将十二烷基磷酸酯钾、磺化琥珀酸二辛酯钠盐、混合物a依次加入混料器，继续搅拌1小时。
45.(5)停止搅拌，静置40分钟，即可得到成品。
46.将按该配方制备成的泡沫降尘剂加入发泡装置，产生的泡沫输送到尘源附近后，由泡沫喷头喷出，可以覆盖尘源，有效控制煤尘扩散，对全尘的降尘率可达到96.44％，呼吸
性粉尘降尘率可达到86.75％。
47.实施例3
48.一种用于掘进工作面的防二次污染降尘泡沫配方，由下述质量百分比的原料组成：
49.单十二烷基磷酸酯钾0.5％，十六烷基三甲基氯化铵0.3％，磺化琥珀酸二辛酯钠盐0.5％，仲烷基磺酸钠0.4％，羧甲基纤维素钠1.2％，六偏磷酸钠0.06％，其余为水。
50.按该配方制备泡沫降尘剂的方法，包括以下步骤：
51.(1)分别称取以下重量的原料：单十二烷基磷酸酯钾0.5kg，十六烷基三甲基氯化铵0.3kg，磺化琥珀酸二辛酯钠盐0.5kg，仲烷基磺酸钠0.4kg，羧甲基纤维素钠1.2kg，六偏磷酸钠0.06kg，水97.04kg。
52.(2)将十六烷基三甲基氯化铵、仲烷基磺酸钠加入容器中，加入水9.704kg，室温下搅拌15分钟，得到混合物a；
53.(3)将剩余水加入混料器中，加热并将温度保持在65℃，将羧甲基纤维素钠、六偏磷酸钠依次加入混料器，搅拌30分钟。
54.(4)停止搅拌，将温度控制在50℃，将十二烷基磷酸酯钾、磺化琥珀酸二辛酯钠盐、混合物1依次加入混料器，继续搅拌1小时。
55.(5)停止搅拌，静置40分钟，即可得到成品。
56.将按该配方制备成的泡沫降尘剂加入发泡装置，产生的泡沫输送到尘源附近后，由泡沫喷头喷出，可以覆盖尘源，有效控制煤尘扩散，对全尘的降尘率可达到95.82％，呼吸性粉尘降尘率可达到85.91％。
57.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。