2.實(shí)驗結果與分析

2.1 EMI質(zhì)量分數對表面張力的影響

對不同質(zhì)量分數的EMI溶液進(jìn)行表面張力測試，結果如圖2所示。

圖2不同質(zhì)量分數EMI溶液的表面張力

由圖2可知，隨著(zhù)溶液中EMI質(zhì)量分數的增大，表面張力持續降低。當溶液中EMI質(zhì)量分數大于0.6%后，表面張力的變化趨勢逐漸變緩，幾乎維持在同一水平。出現這種現象的主要原因在于加入溶液中的EMI會(huì )對溶液的表面張力產(chǎn)生重要影響。EMI分子本身具有兩親性質(zhì)，其中有機高分子會(huì )在溶液的表面形成吸附，并在液面定向排列，使疏水基擴展于空氣中，親水基則與水面吸附，溶液中EMI分子吸附狀態(tài)隨其質(zhì)量分數變化情況如圖3所示。吸附于水面的EMI分子達到飽和狀態(tài)時(shí),EMI溶液的膠束質(zhì)量分數便達到臨界值，EMI分子開(kāi)始締合逐步形成膠束聚集物，該質(zhì)量分數即為溶液的CMC值。之后，繼續加入EMI溶液，表面張力不再發(fā)生較大波動(dòng)，溶液內逐漸締合成更多穩定的膠束。

圖3 EMI分子在水溶液中隨質(zhì)量分數變化的吸附狀態(tài)

2.2 EMI質(zhì)量分數對接觸角的影響

接觸角是指在氣、液、固三相交界處的氣—液界面和固—液界面之間的夾角。接觸角作為測試液體對固體潤濕效果的重要參數，對測試煤塵的潤濕性具有重要作用，接觸角越小，液體對固體的潤濕效果越強。利用接觸角測量?jì)x，對液滴與測試煤樣之間的接觸角進(jìn)行成像，如圖4所示(圖像從左到右，溶液中EMI質(zhì)量分數逐漸增大)。由圖4可知，隨著(zhù)煤樣粒徑的減小，4種煤樣與液滴之間的接觸角均逐漸增大。當加入EMI溶液后，4種煤樣的接觸角隨溶液中EMI質(zhì)量分數增大而變化的趨勢大致相同，均呈現出逐漸減小的趨勢，表面疏水性減弱，煤塵潤濕性增強。

圖4不同質(zhì)量分數EMI的溶液潤濕煤塵接觸角成像圖

接觸角與溶液中EMI質(zhì)量分數的關(guān)系如圖5所示。

圖5接觸角與溶液中EMI質(zhì)量分數的關(guān)系

由圖5可知，針對160目測試煤樣，溶液中EMI質(zhì)量分數大于2.0%后，接觸角的減小率更高，當溶液中EMI質(zhì)量分數為6.0%時(shí)，接觸角為0°，煤樣被快速潤濕，達到完全潤濕狀態(tài)。EMI質(zhì)量分數相同時(shí)，200目與300目測試煤樣的變化趨勢大致相同。200目測試煤樣在EMI質(zhì)量分數小于1.0%的溶液時(shí)，接觸角呈線(xiàn)性減小趨勢，當大于1.0%后，接觸角減小率出現先逐漸變緩而后逐漸增大的細微波動(dòng)；300目測試煤樣在EMI質(zhì)量分數為0.1%~0.6%時(shí)，接觸角減小率出現細微波動(dòng)，呈先變緩后逐步增大的趨勢；當溶液中EMI質(zhì)量分數達到8.0%時(shí)，兩組測試煤樣均達到完全潤濕狀態(tài)，接觸角為0°。而400目測試煤樣的煤塵粒徑最小，煤樣的潤濕性較弱，當溶液中EMI質(zhì)量分數為0.8%~2.0%時(shí)，接觸角減小率呈先逐漸增大而后逐漸變緩的趨勢；當溶液中EMI質(zhì)量分數大于2.0%時(shí)，接觸角的減小率呈線(xiàn)性降低趨勢；當溶液中EMI質(zhì)量分數達到8.0%時(shí)，煤樣還未達到完全潤濕狀態(tài)。

2.3 EMI質(zhì)量分數對煤塵吸濕性的影響

通過(guò)吸濕實(shí)驗裝置對4組測試煤樣進(jìn)行測試，煤塵吸濕量與溶液中的EMI質(zhì)量分數關(guān)系如圖6所示。

圖6煤塵吸濕量與溶液中的EMI質(zhì)量分數的關(guān)系

由圖6可知，4組測試煤樣對純水的吸濕量均較低，當加入EMI溶液后，隨著(zhù)加入溶液中EMI質(zhì)量分數的增大，4組測試煤樣的吸濕量均普遍升高。當溶液中EMI質(zhì)量分數達到8.0%時(shí)，160目測試煤塵的吸濕量為0.170 4 g，吸濕量相比于純水增大12.8倍；200目測試煤樣煤塵的吸濕量為0.135 2 g，是純水條件下的17.1倍；質(zhì)量分數低的EMI溶液對300目測試煤樣的影響較小，當溶液中EMI質(zhì)量分數達到8.0%時(shí)，吸濕量為0.104 9 g，相比于純水條件下，吸濕量增大了19.8倍；400目測試煤樣受EMI溶液的影響最大，隨著(zhù)溶液中EMI分子的質(zhì)量分數增大，煤塵的吸濕量持續增大，當溶液中EMI的質(zhì)量分數達到8.0%時(shí)，煤塵的吸濕量為0.083 5 g，相比于純水條件下的吸濕量增大28.8倍，潤濕性提升最為明顯。

2.4 EMI質(zhì)量分數對煤塵沉降效果的影響

圖7展示了煤塵沉降時(shí)間與溶液中EMI質(zhì)量分數的關(guān)系。從圖7可以看出，同一測試煤樣在不同質(zhì)量分數EMI的溶液中，EMI質(zhì)量分數越高，煤塵的沉降速度逐漸加快，但不同質(zhì)量分數EMI溶液對煤塵潤濕速度的提升幅度不同，尤其在EMI質(zhì)量分數較低時(shí)，不同的測試煤樣在不同質(zhì)量分數EMI溶液中的沉降速率的提升幅度均不相同。

圖7煤塵沉降時(shí)間與EMI質(zhì)量分數的關(guān)系

從圖8可以看出，160目測試煤樣在EMI質(zhì)量分數低的溶液中，煤塵的沉降速度較慢，且變化率較小，隨著(zhù)溶液中EMI質(zhì)量分數的增大所需沉降時(shí)間明顯縮短，沉降速度逐漸增大；當EMI質(zhì)量分數相同時(shí)，相比于160目測試煤樣，200目測試煤樣所需沉降時(shí)間更長(cháng)，沉降速度相對較慢。隨著(zhù)溶液中EMI質(zhì)量分數的增大，200目測試煤樣完全沉降所需時(shí)間明顯縮短；從整體來(lái)看，300目測試煤樣隨溶液中EMI質(zhì)量分數的增大在沉降過(guò)程中所需時(shí)間縮短較為明顯，沉降時(shí)間總體縮短約99.8%；而400目測試煤樣相比于其他3組測試煤樣來(lái)說(shuō)，所需的沉降時(shí)間最長(cháng)，受EMI質(zhì)量分數影響最明顯。

圖8煤塵沉降速度與EMI質(zhì)量分數的關(guān)系

2.5 EMI質(zhì)量分數對煤塵保水效果的影響

對比不同質(zhì)量分數EMI溶液對不同粒徑煤樣保水率的影響曲線(xiàn)(見(jiàn)圖9)可以發(fā)現，在160目測試煤樣中，煤樣在溶液中EMI質(zhì)量分數為1.0%時(shí)靜置，出現了析水現象。相比于160目測試煤樣，200目和300目測試煤樣分別在EMI質(zhì)量分數為2.0%、6.0%的溶液中靜置，出現了析水現象。160、200、300目3組測試煤樣，在EMI質(zhì)量分數小于6.0%的溶液的保水率在216 h后趨于穩定，400目測試煤樣在208 h后趨于穩定；而在EMI質(zhì)量分數為6.0%與8.0%溶液中，160、200、300、400目測試煤樣分別在240、248、232、216 h后保水率趨于穩定，穩定時(shí)間均大幅提高。說(shuō)明溶液中EMI質(zhì)量分數越高，煤塵的保水效果越好。

圖9不同質(zhì)量分數EMI溶液中煤樣保水率變化曲線(xiàn)

測試煤樣在保水率穩定后會(huì )板結凝固，板結硬度越高，煤樣凝固性越強，越不容易出現二次揚塵現象。煤樣板結硬度與溶液中EMI質(zhì)量分數的關(guān)系如圖10所示。

圖10煤樣板結硬度與溶液中EMI質(zhì)量分數的關(guān)系

由圖10可知，當EMI質(zhì)量分數為0~2.0%時(shí)，煤樣的粒徑越小，溶液蒸發(fā)后的板結硬度越高；當EMI質(zhì)量分數為2.0%~8.0%時(shí)，大粒徑煤塵的板結硬度逐漸增大，尤其160目測試煤樣的板結硬度增大最為明顯。

160目測試煤樣，溶液中EMI質(zhì)量分數為0~0.8%時(shí)，煤樣的板結硬度隨溶液中EMI質(zhì)量分數的增大緩慢增大；當溶液中EMI質(zhì)量分數大于1.0%時(shí)，煤塵的板結硬度快速增大；當溶液中EMI質(zhì)量分數達到8.0%時(shí)，板結硬度為91 HA。200目與300目測試煤樣的板結硬度變化趨勢較為類(lèi)似，煤樣在EMI質(zhì)量分數為0~0.2%時(shí)，板結硬度呈先減小而后持續增大的趨勢；當EMI質(zhì)量分數為0.2%~8.0%時(shí)，板結硬度逐漸增大。400目測試煤塵在EMI溶液中煤塵的板結硬度變化趨勢不明顯，保持在44~54 HA，尤其在EMI質(zhì)量分數大于2.0%時(shí)，板結硬度較低并趨于穩定。

3.結論

通過(guò)測定不同質(zhì)量分數的EMI溶液的表面張力，并以不同粒徑煤塵與EMI溶液的接觸角、煤塵潤濕速度、煤塵吸濕量及保水性為指標，實(shí)驗得出以下結論：

1)EMI溶液可有效降低水的表面張力；

2)EMI分子在煤基質(zhì)表面微孔內因摩擦阻力增大而穩定吸附，減少了水分流失；

3)EMI分子在煤塵表面吸附形成EMI吸附層，改變了煤塵表面特性，增強了煤塵潤濕性；

4)EMI溶液提高了溶液的抗蒸發(fā)性。

不同質(zhì)量分數的EMI溶液的表面張力測定【實(shí)驗上】

不同質(zhì)量分數的EMI溶液的表面張力測定【實(shí)驗下】