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表面張力儀應用：研究活性磁化水對無煙煤塵的濕潤作用（二）
來源：北京理工大學學報 瀏覽 1806 次 發布時間:2025-03-06
3結果與討論
3.1煤的濕潤性
圖1為本實驗所選煤樣的接觸角測試結果圖，由圖可以看出，煤樣的接觸角為74.2°，相較于其他類型的煤（接觸角為20.55°，22.34°，34.23°和29.75°），其接觸角明顯偏大，具有較強的疏水性。
圖1煤樣的接觸角測試結果圖
表1為煤樣的工業分析結果，其水分為1.97%.根據XU等的研究結論，煤塵的水分越大，濕潤性越好，其實驗所用煤樣的水分分別為1.44，1.84，1.28，3.71，1.42，5.83，5.52，6.17.與之相較，所選煤樣水分小于2%，為低水分煤樣，濕潤性較差。
表1煤樣的工業分析
3.2不同表面活性劑溶液的濕潤性
如圖2所示，4種溶液隨著濃度的增加，表面張力逐漸趨于穩定。十二烷基磺酸鈉溶液質量分數大于0.20%時，溶液表面張力趨于穩定。表面張力最小時，溶液質量分數為0.30%.十二烷基硫酸鈉（SDS）溶液質量分數大于0.05%時，溶液表面張力趨于穩定。表面張力最小時，溶液質量分數為0.15%.十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）質量分數大于0.15%時，溶液表面張力趨于穩定。表面張力最小時，溶液質量分數為0.30%.塵克C&C溶液質量分數大于0.05%時，溶液表面張力趨于穩定。表面張力最小時，溶液質量分數為0.10%.由圖可以看出，相較于十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）和十二烷基磺酸鈉，十二烷基硫酸鈉（SDS）和塵克C&C可以較大程度地降低溶液的表面張力，提高溶液對低水分無煙煤顆粒的濕潤性。同時，考慮到塵克C&C溶液具有無腐蝕、無污染、可生物降解、不造成二次污染的特性，最終選擇質量分數0.10%塵克C&C溶液作為最優表面活性溶液。
圖2不同溶劑溶液的表面張力
3.3溶液表面張力隨磁化強度的變化
如圖3所示，磁化5 min后的礦井靜壓水和質量分數0.10%塵克C&C溶液表面張力會降低，最大降低幅度分別為7.28%和7.54%.最佳磁場強度均為300 mT.
圖3不同磁化強度條件下礦井靜壓水與質量分數0.10%塵克C&C溶液的表面張力
無論礦井靜壓水還是質量分數0.10%塵克C&C溶液，隨著磁場強度的增加，其溶液表面張力先減小后增大。這是因為磁場的施加可使溶液發生三方面的變化，分別是：①磁場可破碎水分子簇，使之成為許多小分子體，從而減弱其表面張力。②磁場可使溶液分子之間的氫鍵斷裂，使得溶液具有更強的極性，更容易與煤表面的懸鍵結合，從而濕潤煤體。③適當的磁場會使得溶液表面的親水基團更加致密，從而增強溶液的濕潤性。磁場強度的增加，使得這三方面的影響逐漸增大，表現為溶液的表面張力逐漸減小。然而，過度的磁化可使溶液表面的親水基團脫落，使得溶液濕潤性變差，表現為過度磁化后溶液表面張力逐漸增加。
由圖3可知，質量分數0.10%塵克C&C溶液的表面張力為33.2 mN/m.加入質量分數0.10%塵克C&C試劑，使得溶液表面張力由59.1 mN/m下降到33.2 mN/m，下降幅度為43.82%.磁化強度為300 mT，磁化5 min的礦井靜壓水的表面張力為54.8 mN/m.最佳磁化強度下，礦井靜壓水的表面張力由59.1 mN/m下降到54.8 mN/m，下降幅度為7.28%.由此可知，與試劑對溶液濕潤性的提升效果相比，磁化作用對溶液濕潤性的提升較小。
3.4溶液表面張力隨磁化時間的變化
確定最優磁化時間，對磁化裝置設計及經過磁化裝置時的流量參數控制很重要。如圖4（a）所示，在300 mT的磁化強度下，磁化時間超過60 s時，礦井靜壓水和質量分數0.10%塵克C&C溶液表面張力逐漸趨于穩定。磁化強度為300 mT，磁化時間60 s時，礦井靜壓水和質量分數0.10%塵克C&C溶液表面張力最小，分別為52.0，31.5 mN/m.
圖4不同磁化時間下礦井靜壓水與質量分數0.10%塵克C&C溶液的表面張力
為了確定最優磁化時間，分別測定了磁場強度為300 mT，磁化時間為30，40，50，60，70，80，90 s時的溶液表面張力。由圖4（b）可以看出，磁化時間在30——90 s范圍內，礦井靜壓水的表面張力波動性變化，磁化時間為60 s時，礦井靜壓水的表面張力最小。而質量分數0.10%塵克C&C溶液的表面張力在50 s時有一個明顯的拐點，之后表面張力趨于穩定。拐點處，質量分數0.10%塵克C&C溶液表面張力最小。磁場強度為300 mT，質量分數0.10%的塵克C&C溶液的最佳磁化時間為50 s.