2.实验结果与分析

2.1 EMI质量分数对表面张力的影响

对不同质量分数的EMI溶液进行表面张力测试，结果如图2所示。

图2不同质量分数EMI溶液的表面张力

由图2可知，随着溶液中EMI质量分数的增大，表面张力持续降低。当溶液中EMI质量分数大于0.6%后，表面张力的变化趋势逐渐变缓，几乎维持在同一水平。出现这种现象的主要原因在于加入溶液中的EMI会对溶液的表面张力产生重要影响。EMI分子本身具有两亲性质，其中有机高分子会在溶液的表面形成吸附，并在液面定向排列，使疏水基扩展于空气中，亲水基则与水面吸附，溶液中EMI分子吸附状态随其质量分数变化情况如图3所示。吸附于水面的EMI分子达到饱和状态时,EMI溶液的胶束质量分数便达到临界值，EMI分子开始缔合逐步形成胶束聚集物，该质量分数即为溶液的CMC值。之后，继续加入EMI溶液，表面张力不再发生较大波动，溶液内逐渐缔合成更多稳定的胶束。

图3 EMI分子在水溶液中随质量分数变化的吸附状态

2.2 EMI质量分数对接触角的影响

接触角是指在气、液、固三相交界处的气—液界面和固—液界面之间的夹角。接触角作为测试液体对固体润湿效果的重要参数，对测试煤尘的润湿性具有重要作用，接触角越小，液体对固体的润湿效果越强。利用接触角测量仪，对液滴与测试煤样之间的接触角进行成像，如图4所示(图像从左到右，溶液中EMI质量分数逐渐增大)。由图4可知，随着煤样粒径的减小，4种煤样与液滴之间的接触角均逐渐增大。当加入EMI溶液后，4种煤样的接触角随溶液中EMI质量分数增大而变化的趋势大致相同，均呈现出逐渐减小的趋势，表面疏水性减弱，煤尘润湿性增强。

图4不同质量分数EMI的溶液润湿煤尘接触角成像图

接触角与溶液中EMI质量分数的关系如图5所示。

图5接触角与溶液中EMI质量分数的关系

由图5可知，针对160目测试煤样，溶液中EMI质量分数大于2.0%后，接触角的减小率更高，当溶液中EMI质量分数为6.0%时，接触角为0°，煤样被快速润湿，达到完全润湿状态。EMI质量分数相同时，200目与300目测试煤样的变化趋势大致相同。200目测试煤样在EMI质量分数小于1.0%的溶液时，接触角呈线性减小趋势，当大于1.0%后，接触角减小率出现先逐渐变缓而后逐渐增大的细微波动；300目测试煤样在EMI质量分数为0.1%~0.6%时，接触角减小率出现细微波动，呈先变缓后逐步增大的趋势；当溶液中EMI质量分数达到8.0%时，两组测试煤样均达到完全润湿状态，接触角为0°。而400目测试煤样的煤尘粒径最小，煤样的润湿性较弱，当溶液中EMI质量分数为0.8%~2.0%时，接触角减小率呈先逐渐增大而后逐渐变缓的趋势；当溶液中EMI质量分数大于2.0%时，接触角的减小率呈线性降低趋势；当溶液中EMI质量分数达到8.0%时，煤样还未达到完全润湿状态。

2.3 EMI质量分数对煤尘吸湿性的影响

通过吸湿实验装置对4组测试煤样进行测试，煤尘吸湿量与溶液中的EMI质量分数关系如图6所示。

图6煤尘吸湿量与溶液中的EMI质量分数的关系

由图6可知，4组测试煤样对纯水的吸湿量均较低，当加入EMI溶液后，随着加入溶液中EMI质量分数的增大，4组测试煤样的吸湿量均普遍升高。当溶液中EMI质量分数达到8.0%时，160目测试煤尘的吸湿量为0.170 4 g，吸湿量相比于纯水增大12.8倍；200目测试煤样煤尘的吸湿量为0.135 2 g，是纯水条件下的17.1倍；质量分数低的EMI溶液对300目测试煤样的影响较小，当溶液中EMI质量分数达到8.0%时，吸湿量为0.104 9 g，相比于纯水条件下，吸湿量增大了19.8倍；400目测试煤样受EMI溶液的影响最大，随着溶液中EMI分子的质量分数增大，煤尘的吸湿量持续增大，当溶液中EMI的质量分数达到8.0%时，煤尘的吸湿量为0.083 5 g，相比于纯水条件下的吸湿量增大28.8倍，润湿性提升最为明显。

2.4 EMI质量分数对煤尘沉降效果的影响

图7展示了煤尘沉降时间与溶液中EMI质量分数的关系。从图7可以看出，同一测试煤样在不同质量分数EMI的溶液中，EMI质量分数越高，煤尘的沉降速度逐渐加快，但不同质量分数EMI溶液对煤尘润湿速度的提升幅度不同，尤其在EMI质量分数较低时，不同的测试煤样在不同质量分数EMI溶液中的沉降速率的提升幅度均不相同。

图7煤尘沉降时间与EMI质量分数的关系

从图8可以看出，160目测试煤样在EMI质量分数低的溶液中，煤尘的沉降速度较慢，且变化率较小，随着溶液中EMI质量分数的增大所需沉降时间明显缩短，沉降速度逐渐增大；当EMI质量分数相同时，相比于160目测试煤样，200目测试煤样所需沉降时间更长，沉降速度相对较慢。随着溶液中EMI质量分数的增大，200目测试煤样完全沉降所需时间明显缩短；从整体来看，300目测试煤样随溶液中EMI质量分数的增大在沉降过程中所需时间缩短较为明显，沉降时间总体缩短约99.8%；而400目测试煤样相比于其他3组测试煤样来说，所需的沉降时间最长，受EMI质量分数影响最明显。

图8煤尘沉降速度与EMI质量分数的关系

2.5 EMI质量分数对煤尘保水效果的影响

对比不同质量分数EMI溶液对不同粒径煤样保水率的影响曲线(见图9)可以发现，在160目测试煤样中，煤样在溶液中EMI质量分数为1.0%时静置，出现了析水现象。相比于160目测试煤样，200目和300目测试煤样分别在EMI质量分数为2.0%、6.0%的溶液中静置，出现了析水现象。160、200、300目3组测试煤样，在EMI质量分数小于6.0%的溶液的保水率在216 h后趋于稳定，400目测试煤样在208 h后趋于稳定；而在EMI质量分数为6.0%与8.0%溶液中，160、200、300、400目测试煤样分别在240、248、232、216 h后保水率趋于稳定，稳定时间均大幅提高。说明溶液中EMI质量分数越高，煤尘的保水效果越好。

图9不同质量分数EMI溶液中煤样保水率变化曲线

测试煤样在保水率稳定后会板结凝固，板结硬度越高，煤样凝固性越强，越不容易出现二次扬尘现象。煤样板结硬度与溶液中EMI质量分数的关系如图10所示。

图10煤样板结硬度与溶液中EMI质量分数的关系

由图10可知，当EMI质量分数为0~2.0%时，煤样的粒径越小，溶液蒸发后的板结硬度越高；当EMI质量分数为2.0%~8.0%时，大粒径煤尘的板结硬度逐渐增大，尤其160目测试煤样的板结硬度增大最为明显。

160目测试煤样，溶液中EMI质量分数为0~0.8%时，煤样的板结硬度随溶液中EMI质量分数的增大缓慢增大；当溶液中EMI质量分数大于1.0%时，煤尘的板结硬度快速增大；当溶液中EMI质量分数达到8.0%时，板结硬度为91 HA。200目与300目测试煤样的板结硬度变化趋势较为类似，煤样在EMI质量分数为0~0.2%时，板结硬度呈先减小而后持续增大的趋势；当EMI质量分数为0.2%~8.0%时，板结硬度逐渐增大。400目测试煤尘在EMI溶液中煤尘的板结硬度变化趋势不明显，保持在44~54 HA，尤其在EMI质量分数大于2.0%时，板结硬度较低并趋于稳定。

3.结论

通过测定不同质量分数的EMI溶液的表面张力，并以不同粒径煤尘与EMI溶液的接触角、煤尘润湿速度、煤尘吸湿量及保水性为指标，实验得出以下结论：

1)EMI溶液可有效降低水的表面张力；

2)EMI分子在煤基质表面微孔内因摩擦阻力增大而稳定吸附，减少了水分流失；

3)EMI分子在煤尘表面吸附形成EMI吸附层，改变了煤尘表面特性，增强了煤尘润湿性；

4)EMI溶液提高了溶液的抗蒸发性。

不同质量分数的EMI溶液的表面张力测定【实验上】

不同质量分数的EMI溶液的表面张力测定【实验下】