0 前言

在露天矿山, 汽车运输公路多为土质路面, 土壤缺少粘性, 松散、干燥、易碎, 缺乏保护层, 且处于裸露和自然风化状态, 无防风阻挡装置, 因此, 每当车辆运行时, 常是尘土弥漫。据调查, 我国某大型露天矿汽车行驶时的粉尘浓度高达500~1 000mg/m³, 超过国家卫生标准数百倍, 不仅对行车安全、采矿工人的身体健康构成严重危害, 而且影响了正常的生产作业。因此, 露天矿汽车运输路面防尘已成为矿山十分关心的问题。

在文献〔1〕中, 笔者对渣油乳状液的制备工艺及抑尘性能进行了研究, 结果表明, 渣油乳状液具有较好的抗蒸发性和粘性。笔者又从加强抑尘剂的吸湿抗蒸发性出发, 在渣油乳状液中添加糊化淀粉, 并对其抑尘性能进行了对比试验研究和分析。

1 抑尘剂的制备

试验选用界面复合物生成法的乳化剂加入方式, 将软化的渣油、乳化剂和水混合, 在恒温条件下, 用激烈搅拌的方法制备渣油乳状液, 其工艺过程如下:

将淀粉均匀分散在水中, 在70~90 ℃条件下搅拌一段时间, 即制得糊化淀粉。

将上述制得的渣油乳状液和糊化淀粉按一定比例混合, 搅拌均匀即可。

2 主要抑尘性能研究 2.1 抗蒸发性

用直接测量蒸发量的方法对不同渣油浓度(2.8 %、3.3 %、4.0 %、5.0 %)的混合渣油乳状液的抗蒸发性进行研究, 并与纯渣油乳状液进行比较, 结果如图 1、图 2所示。

图中:E_t—平均蒸发率, kg/m²·h;

E—平均蒸发量, kg/m²;

C—渣油浓度, %;

t—时间, h;

T—温度, ℃;

V—蒸发面平均风速, m/s。

从图 1可以看出, 在35 ℃、50 ℃条件下, 渣油浓度为3.0 %的混合抑尘剂10h内的平均蒸发率与4.5 %的渣油乳状液接近; 4.0 %的与6.5 %的接近; 5.0 %的与8.5 %~ 9.0 %的接近; 而当渣油浓度小于2.0 %时, 两者的平均蒸发率较接近。可见, 当渣油浓度大于2.0 %时, 混合抑尘剂的抗蒸发性明显优于渣油乳状液-从图 1还可以看出, 两种抑尘剂的平均蒸发率都随浓度的增大而减小, 也即渣油浓度越大, 抑尘剂的抗蒸发性越好。

从图 2可以看出, 在35℃、50℃条件下, 渣油浓度为3.3%、4.0%、5.0%的混合抑尘剂的E~t关系曲线介于10.0 %和5.0%的渣油乳状液的E~t关系曲线之间, 其中, 3.3 %的混合抑尘剂E~t关系曲线与5.0%的渣油乳状液E~t关系曲线接近; 5.0 %的与10.0 %的接近。可见, 在相同条件下, 混合抑尘剂的蒸发量明显低于渣油乳状液, 抗蒸发性好。从图 2还可以看出, 当渣油浓度大于3.0%时, 混合抑尘剂的蒸发量随蒸发时间的延长而减少的趋势越来越明显; 而渣油乳状液的这种变化趋势则在浓度大于5.0%以后。另外, 当混合抑尘剂中渣油浓度很小时, 抑尘剂的抗蒸发性明显要差, 可见, 混合抑尘剂的抗蒸发性取决于渣油的浓度, 但加糊化淀粉又能加强其抗蒸发性, 故混合抑尘剂的抗蒸发性优于渣油乳状液。

由以上分析可知, 在渣油乳状液中添加糊化淀粉能大幅度增强抑尘剂的抗蒸发性, 在实际应用中可延长抑尘有效期, 降低抑尘成本。

2.2 粘性

粘性抑尘剂捕捉粉尘的能力与抑尘剂表面张力值的大小有关, 表面张力值越小, 抑尘剂易在尘粒表面铺展, 润湿粉尘快, 抑尘效果好。渣油乳状液的渣油浓度为2.0 %~ 15.0 %时, 表面张力值为32.5~ 41.0 mN/m, 低于纯水的表面张力值(20℃, 72.8 mN /m), 能快速润湿粉尘^〔1〕。在混合型抑尘剂中, 由于添加了糊化淀粉, 致使其粘性加强, 因而其表面张力值(温度20±5 ℃时)增大, 如表 1所示。

从表 1可以看出, 混合抑尘剂的表面张力均低于纯水的表面张力值, 同样具有优于水润湿粉尘的能力。因此, 用混合抑尘剂喷洒扬尘路面, 能收到较好的抑尘效果。

3 抑尘剂抑尘机理分析

混合抑尘剂是由渣油乳状液(渣油、表面活性剂、水)与糊化淀粉组成, 将其喷洒在扬尘路面, 能迅速润湿尘粒, 同时渣油乳状液破乳, 在尘面形成一层高分子油膜, 抑制水分蒸发, 并能粘结大气中沉降的粉尘。另外, 部分细微油滴和糊化淀粉一起渗入尘隙, 使尘粒凝并成团, 难以飞扬; 当水分蒸发到一定程度, 路面又显示出一定强度, 能抵抗一定的外界摩擦剪切作用, 起固土防尘作用。可见, 混合抑尘剂不仅具有渣油乳状液的保湿抗蒸发性和粘尘作用, 而且还有使粉尘凝并成团、增强抗蒸发性的作用, 因此, 在实际应用中, 混合抑尘剂的抑尘效果更佳。

4 结语

混合抑尘剂是一种高分子粘性抑尘剂, 具有较好的抑尘性能, 通过试验研究和分析可得出以下结果。

(1) 用混合抑尘剂喷洒扬尘路面, 可迅速有效地捕捉粉尘, 有较好抑尘效果。

(2) 当抑尘剂中的渣油浓度相同时, 混合型抑尘剂的抗蒸发性优于渣油乳状液。

(3) 喷洒在扬尘路面的抑尘剂中的渣油乳状液破乳后, 能形成一层高分子油膜, 抑制水分蒸发, 保持尘粒润湿的时间较长, 有效抑尘期长。

(4) 在扬尘路面喷洒混合抑尘剂可使尘粒凝并成团, 随着水分的蒸发而具有一定的强度, 固土稳定路面, 抑制路面粉尘飞扬。

(5) 混合抑尘剂不仅可用于汽车运输公路的抑尘, 且可用于各类散体物料堆放场所等开放性尘源的抑尘, 有较好的应用前景。