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一、抑塵劑的抑塵原理

通過向煤炭表面噴灑抑塵劑，抑塵劑均勻滲透，在蒸發(fā)過程中，將煤炭表面的大小顆粒黏結(jié)在一起,形成一個厚度在 10 mm以上，有一定的強度和韌性的固化層。固化層可以有效抵御100 km/h以下的風速，抑塵劑實際上是一種對于煤炭十分有效的黏結(jié)劑，一方面它可以在煤炭空隙中有效滲透，另一方面它還可以與煤炭表面良好的接觸,通過膠黏作用，將煤炭大小顆粒固化在一起 ,形成更大的粒徑和覆蓋層。

聚合物之間、聚合物與非金屬和金屬之間、金屬與金屬金屬與非金屬之間的膠接，都存在聚合物基料與不同材料之間界面的交接問題，點接是不同材料界面間接觸后相互作用的結(jié)果。因此，界面層的作用是膠粘科學中研究的基本問題，諸如被黏物與黏料的界面張力表面自由能、官能基團性質(zhì)界面間反應(yīng)等.都能影響膠接。膠接是綜合性強、影響因素復(fù)雜的一種技 術(shù),現(xiàn)有的膠接理論都是從某一方面出發(fā)來闡述其原理，所以至今全面[敏感詞]的理論還沒有形成。 目前較為流行的膠接理論有如下六種:吸附理論、化學鍵形成理論、弱界層理論擴散理論、靜電理論和機械作用力理論。

1.吸附理論

人們把固體對膠黏劑的吸附看成是膠接主要原因的理論,稱為膠接的吸附理論。該理論認為，黏接力的主要來源是黏接體系的分子作用力，即范德華引力和氫鍵力。膠黏與被黏物表面的黏接力與吸附力具有某種相同的性質(zhì)。膠黏劑分子與被黏物表面分子的作用過程有兩個,[敏感詞]階段是液體膠黏劑分子，借助于布朗運動,向被黏物表面擴散，使兩界面的極性基團或鏈節(jié)相互靠近，在此過程中,升溫、施加接觸壓力和降低膠黏劑黏度等，都有利于布朗運動的加強;第二階段是吸附力的產(chǎn)生，當膠黏劑與被黏物分子間的距離達到5~10 nm時，界面分子之間產(chǎn)生相互吸引力，使分子間的距離進一步縮短到處于[敏感詞]穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)計算,由于范德華力的作用，當兩個理想的平面相距10 m時，它們之間的引力強度可達10~1 00 MPa;當距離為3~4 m時，可達10~1 000 MPa,這個數(shù)值遠遠超過現(xiàn)代[敏感詞]的結(jié)構(gòu)膠黏劑所能達到的強度。因此，只要當兩個物體接觸良好時，膠黏別對黏接界面充分潤濕，達到理想狀態(tài)的情況下僅色散力的作用,就足以產(chǎn)生很高的膠接強度,可是實際膠結(jié)強度與理論計算相差很大,這是因為固體的力學強度是一種力學性質(zhì),而不是分子性質(zhì)。其大小取決于材料的每一個局部性質(zhì),而不等于分子作用力的總和。計算值是假定兩個理想平面緊密接觸,保證界面層上各對分子間的作用同時遭到破壞,也就不可能保證各對分子之間的作用力同時發(fā)生。

膠黏劑的極性太高,有時候會嚴重妨礙濕潤過程的進行,降低黏接力。分子間作用力是提供黏接力的一個因素,但不是[敏感詞]因素,在某些特殊情況下,其他因素也能起主導(dǎo)作用。

2.化學鍵形成理論

化學鍵形成理論認為,膠黏劑與被黏物分子之間除相互作用力外,有時還有化學鍵產(chǎn)生,例如,硫化橡膠與鍍銅金屬的膠接界面、偶聯(lián)劑對膠接的作用、異氰酸酯對金屬與橡膠的膠接界面等的研究,均證明有化學鍵的生成。化學鍵的強度比范德華作用力高得多;化學鍵形成不僅可以提高黏附強度,還可以克服脫附使膠接接頭破壞的弊病。但化學鍵的形成并不普通,要形成化學鍵必須滿足一定的量子化條件,所以不可能做到使膠黏劑與被黏物之間的接觸點都形成化學鍵,況且,單位黏附界面上化學鍵數(shù)要比分子間作用的數(shù)目小得多,因此,來自于分子間的作用力的黏附強度是不可忽視的。

3. 弱邊界層理論

邊界層的概念是 1904 年德國[敏感詞]的力學家普朗特在其“關(guān)于摩擦極小的流體運動”論文中提出的,該論文在海德爾堡國際數(shù)學家學會上首次宣讀。他根據(jù)理論研究和實際觀察,證實了對于水和空氣等黏性系數(shù)很小的流體,在大雷諾數(shù)下繞物體流動時,黏性對流動的影響僅限于緊貼物體壁面的薄層中,而在這一薄層外黏性的影響很小,完全可以忽略不計。普朗特把這一薄層稱為邊界層。

如果邊界層內(nèi)存在有低強度區(qū)城,則稱為弱邊界層。在聚合物基體內(nèi)部,形成弱邊界層的原因一是由于聚合過程中所帶入的雜質(zhì),其次是聚合過程中沒有完全轉(zhuǎn)化的低相對分子質(zhì)量物質(zhì)共者是加人的各種助劑的影響，最后是在商品儲存及運輸過程中不慎帶人的雜質(zhì)等。弱邊界層對于膠結(jié)體系的黏合是有危害的，非常容易引起破壞。因此，應(yīng)當盡量避免弱邊界層。

4.擴散理論

兩種聚合物在具有相容性的前提下，當它們相互緊密樓觸時，由于分子的布朗運動或鏈段的擺動產(chǎn)生相互擴散現(xiàn)象，這種擴敗作用穿越膠黏劑，被黏物的界面交織進行。擴散的結(jié)果，導(dǎo)致界面的消失和過渡區(qū)的產(chǎn)生。黏接體系借助擴散理論，不能解釋聚合物材料與金屬.玻璃或其他硬體膠黏,因為聚合物很難向這類材料

5. 靜電理論

當膠黏劑和被黏物體系是一種電 子的接受體供給體的組合形式時，電子會從供給體(如金屬)轉(zhuǎn)移到接受體(如聚合物)，在界面區(qū)兩側(cè)形成雙電層,從而產(chǎn)生靜電引力。

在干燥環(huán)境中，從金屬表面快速剝離膠黏層時，可用儀器或肉眼觀察到放電的光、聲現(xiàn)象，證實了靜電作用的存在。但靜電作用僅存在于能夠形成雙電層的粘接體系，因此不具有普遍性。此外，有些學者指出，雙電層中的電荷密度必須達到1021電子/cm2時，靜電吸引力才能對膠接強度產(chǎn)生較明顯的影響，雙電層棲移電荷產(chǎn)生密度的[敏感詞]值只有1 019電子/cm2 (有的認為只有1 010~1 011電子/cm2 )，因此，靜電力雖然確實存在于某些特殊的黏接體系,但不是起主導(dǎo)作用的因素。

6.機械作用力理論

從物理化學觀點看，機械作用并不是產(chǎn)生黏接力的因素，而是增加黏接效果的一種方法。 膠黏劑滲透到被黏物表面的縫隙或凹凸之處,固化后在界面區(qū)產(chǎn)生了嚙合力,這些情況類似釘子與木材的結(jié)合或樹根植人泥土的作用。機械連接力的本質(zhì)是摩擦力。在粘合多孔材料、紙張、織物等時，機構(gòu)連接力是很重要的，但對某些堅實面光滑的表面，這種作用并不顯著。

7.影響膠粘強度的因索

膠接理論考慮的基本點都與站料的分子結(jié)構(gòu)、被黏物的表面結(jié)構(gòu)以及它們之間的相互作用有關(guān)。膠接體系破壞實驗表明，膠聚破壞時，出現(xiàn)以下三種不同的情況:

(1)界面破壞:膠黏層全部與黏體表面分開(膠黏界面完全脫離):

(2)內(nèi)聚力破壞:破壞發(fā)生在膠黏劑或被黏體本身，不在膠黏界面間:

(3)混合破壞:被黏物和膠黏層本身都有部分破壞，或兩者只有其破壞，這 種破壞說明、黏結(jié)強度不僅與被黏劑和被黏物之間的作用力有關(guān)，也與聚合物黏料分子之間的作用力有關(guān)。

對于煤炭而言、抑塵劑溶液首先要能夠在煤炭中滲透.其次應(yīng)該能夠和煤炭表面良好的接觸，再次抑塵劑對煤炭產(chǎn)生的膠黏強度應(yīng)符合抑塵目的的需要。

二、環(huán)保型鐵路煤炭運輸抑塵劑的技術(shù)特點

抑塵劑是由新型多功能高分子聚合物組合而成.聚合物中的交聯(lián)度分子形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分子間具有各種離子集團，由于電荷密度大，與離子之間產(chǎn)生較強的親合力，并通過凝結(jié)、黏結(jié)等作用迅速捕捉并將微粒粉塵牢牢吸附，干燥后在粉塵表面固化成膜，因而具有很強的押塵、防塵作用。

抑塵劑應(yīng)具有無毒、無味、無腐蝕，性能優(yōu)異，價格低廉,技術(shù)經(jīng)濟指標合理，使用方便等特點,要求不影響原料物的性能。

(1)抑塵劑無毒、無味、無腐蝕。押塵劑應(yīng)使用可降解的有機高分子材料，無毒副作用，無異味，對材料無腐蝕、人體接觸后不會產(chǎn)生不良反應(yīng)。

(2)抑塵劑性能優(yōu)異。通過噴酒抑塵劑，應(yīng)使沿線揚塵消減率達到95%，隧道內(nèi)揚塵消減率90%以上，起到明顯的押塵效果。

(3)價格低廉，抑塵制使用成本應(yīng)控制在每噸煤0.5元以下，避免給企業(yè)造成經(jīng)濟負擔，

(4)使用方便。抑塵劑與水通過一定的比例配制成溶液，即可

(5)不影響煤炭的使用屬性。噴灑抑塵劑后不影響煤炭的特性,對煤炭的燃燒性能幾乎沒有影響。

三、抑塵劑的特點及適用范圍

抑塵劑的作用機理:通過捕捉吸附、團聚粉塵微粒，將其緊鎖于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之內(nèi)，起到濕潤、黏接、凝結(jié)、吸濕、防塵、防浸蝕和抗沖刷的作用。抑塵劑具有良好的成膜特性，可以有效地固定塵埃并在物料表面形成防護膜。

抑塵劑是針對鐵路煤炭運輸揚塵污染而研制開發(fā)的新型環(huán)保防揚塵產(chǎn)品。抑塵劑配置的溶液，均勻噴灑于易引起揚塵的貨物表面，形成固化層，能有效地防止揚塵，減少貨物損失，對改善沿線環(huán)境中可吸人顆粒物的指標有著非常重要的意義。

由于抑塵劑在不影響原物料性能的前提下，具有無毒、無味、無腐蝕，價格低廉，性能優(yōu)異，使用方便等特點，可以針對不同覆蓋基質(zhì)的特性,采用不同的配比，以達到有效的防揚塵效果，對環(huán)境不再產(chǎn)生二次污染,適用于鐵路煤炭礦物粉料運輸揚塵污染防治渣料場、、儲煤場、建筑工地汽車運煤揚塵、固沙、鋼鐵建材、水泥等企業(yè)各種露天料場，生態(tài)護坡等方面。

抑塵劑還可用于以下范圍:

(1)煤礦發(fā)電廠焦化廠洗煤廠等企業(yè)的儲煤場、渣料場:

(2)港口碼頭儲煤場及各種料場尾礦場;

(3)汽車運煤抑塵;

(4)鋼鐵建材水泥等企業(yè)各種露天料場:

(5)鐵路、公路煤炭集運站、儲煤場:

(6)建筑工地，道路抑塵:

(7)沙塵暴區(qū)城固沙:

(8)鐵路、高速公路護坡生態(tài)修復(fù)。

四、使用抑塵技術(shù)的經(jīng)濟效益和社會效益

1.經(jīng)濟效益

全國鐵路煤炭發(fā)送量，2017年21.6億t,2018年23.8億t.2019年24.6億t。煤在儲存、運輸過程中,由于風力等原因會隨風流失、拋酒揚塵。據(jù)統(tǒng)計，目前在鐵路、公路等運輸過程中，次運輸煤損耗約為0. 8%~ 1%,運輸(轉(zhuǎn)運)次數(shù)越多，損耗越大。以2019年為例，煤炭鐵路運輸總體經(jīng)濟效益計算如下。

(1)煤炭總體損失

按平均1%計算，2019年全國鐵路煤炭運輸損耗為24.6億tX1%=0. 246億t按噸煤價格500元計算，直接經(jīng)濟損失為0.246億tX500元/t= 123.00億元

(2)抑塵總體費用

使用抑塵劑成本0.5元/t左右，抑塵設(shè)備維修費用0.2元/t左右，2019年抑塵總成本費用為24.6億tX(0.5+0.2)元/t=17.22億元

(3)2019年煤炭運輸總體經(jīng)濟效益123. 00億元一17. 22億元= 105.78億元經(jīng)濟效益十分明顯。

對于鐵路設(shè)備維修部門而言，其經(jīng)濟效益主要表現(xiàn)在間接效益方面，主要是采用抑塵劑抑塵后,工務(wù)部門維修扣件、軌枕板、鋼軌以及清掃隧道的工作量明顯降低;電務(wù)部門維修鐵路信號設(shè)備的工作量降低;供電部門維修接觸網(wǎng)、絕緣子的工作量明顯降低，節(jié)省了人工費用和維修設(shè)備費用。

2.社會效益

經(jīng)實驗測試，抑塵技術(shù)應(yīng)用后，煤塵凈化率可達90%以上，0.1mm以下飄塵顆粒物明顯減少。數(shù)據(jù)表明， 推廣應(yīng)用抑塵技術(shù)，對改善鐵路沿線大氣污染起到明顯作用，使用該技術(shù)的環(huán)保效益顯著，減少了煤炭污染，保護了鐵路運輸環(huán)境和周圍人群的健康，較好地體現(xiàn)了創(chuàng)新、協(xié)調(diào)綠色、開放、共享的發(fā)展理念。

煤炭揚塵,經(jīng)常引起接觸網(wǎng)、絕緣子的短路和放電，對列車行車安全和維修人員構(gòu)成嚴重威脅，尤其是列車通過隧道時，隧道內(nèi)煤塵彌漫，能見度大大降低，直接影響機車乘務(wù)人員的視線;更為嚴重的是.煤揚塵達到一-定的濃度(爆炸極限)，遇到明火極易引起爆炸后果不堪設(shè)想:另外，煤揚塵堵塞機車散熱網(wǎng)，降低通風散熱效率，使機車內(nèi)的電氣設(shè)備工作環(huán)境溫度升高，降低了設(shè)備的完好率和安全度.給行車安全帶來隱患。經(jīng)過噴灑抑塵劑，沿線揚塵消減率可達95%，隧道內(nèi)揚塵消減率可達90%以上，抑塵效果十分明顯,有效地減少了煤揚塵對接觸網(wǎng)、絕緣子的危害，降低了隧道內(nèi)煤揚塵的濃度，降低了煤揚塵堵塞機車散熱網(wǎng)的頻率，提高了列車行車安全和鐵路工作人員的人身安全。

五、抑塵劑的配制和使用方法

抑塵劑產(chǎn)品有固體和液體兩種，固體為粉末狀，液體為塑料桶裝。固體抑塵劑應(yīng)存放在干燥通風的場所，使用時通過加水溶解配制成溶液，即可噴酒使用，抑塵劑溶液的配制方法主要有人工攪拌機械攪拌、預(yù)溶機加料配制等。

(1)人工攪拌方式

工縣:容器(其容積根據(jù)使用量的多少而確定),攪拌棒(其長度為容器高度加 30~50 cm,木質(zhì)和其他材質(zhì)均可)。

配置步驟:先將總水量的 2/3 放人容器,在攪拌的同時徐徐加人抑塵劑,切不可一次放人。不斷攪拌,直至形成無沉淀、無懸浮的液體,最后再加人 1/3 的水稀釋攪拌均勻即可使用。

(2)機械攪拌方式
工具:電動機械規(guī)拌罐，規(guī)拌減速電機(轉(zhuǎn)速應(yīng)在60 100轉(zhuǎn)/min
配置步驟：先將2/3的水注人攪拌罐內(nèi)，啟動攪拌電機，再將定量的抑塵劑均勻放入攪拌罐，有條件的情況下加設(shè)加料機，直至形成無沉淀、無懸浮的液體，最后加人1/3水稀釋，攪拌均勻即可使用。

（3）預(yù)溶機加料配制

將抑塵劑和水同時加入預(yù)溶機溶桶.經(jīng)過預(yù)溶機溶解，液體注人攪拌罐1/3時，開啟攪拌電機進行攪拌，抑塵劑液體在攪拌罐充分攪拌后，再注人水至合適的比例，重新進行攪拌。

2.抑塵劑的使用

將抑塵劑通過專用噴灑裝置或手工均勻地噴酒到物體表面即可，使用量不低于2.2 L./m2。

如果使用抑塵劑的噴灑量較大，且場地固定(如貨車或汽車車廂、散堆煤場),推薦使用抑塵劑噴酒裝置，目前生產(chǎn)配套的有固定式噴灑裝置(適用于鐵路煤炭運輸裝車線)和移動式噴灑裝置(適用于煤炭鏟車裝車線和其他環(huán)境噴酒需要)。

如果噴酒區(qū)域不固定，且噴酒面積較大(50 m'以上)，可使用抑塵劑儲液罐連接的車用高壓清洗機噴灑抑塵劑。如噴灑面積較小，可選擇適合的噴酒工具,使用人工方式噴灑。