CN101003718A - 一种煤炭表层固化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤炭表层固化剂及其制备方法，其配方为：0.5～1.5wt％的聚乙烯醇；0.3～0.6wt％的浓度为1％的高锰酸钾溶液；4～6wt％的淀粉；2～5wt％的浓度为5％的硼砂或硼酸溶液；4～8wt％的浓度为10％的烧碱溶液；余量为水。本发明的煤炭表层固化剂喷洒或涂敷于车厢煤炭的表面，能使煤炭在表面形成一固化层，避免煤炭在铁路运输过程中对沿线的扬尘污染和煤炭的扬尘损失。对铁路运输和煤炭客户既有巨大的经济效益也有环境保护的社会效益。

Description

一种煤炭表层固化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种煤炭表层固化剂及其制备方法，该固化剂主要用于铁路煤炭运输，防止运输途中煤炭的损失和对环境的污染。

背景技术

现阶段，中国煤炭在铁路运输中一般都采用敞车运输。运输过程中，由于路基、道岔和路轨设施造成的颠簸，再加上风力作用，特别是当列车进入隧道时，由于“活塞风”的作用，会形成瞬间强大的扰动气流，表面细小的煤粉粒被吹离车体，落洒到路面，再经过后续车辆的碾压，形成粒径更小浓度更高的二次扬尘。结果使车辆中煤层表面的煤粉散落，导致煤的损失和沿线的煤尘污染。为此进行铁路煤炭运输过程中煤表面固化的研究，有重要的现实意义。同时，这对其它细粉矿料等散体物料在铁路运输中引起的损失和污染问题的解决，也有一定的参考价值。

中国铁路煤炭运输过程中的现状。首先，对环境造成严重污染。散落在沿线的煤粉尘，在后续列车经过时产生二次扬尘，形成一条污染带，对于铁路沿线的生态环境造成污染。使铁路两侧50-100m以内的农田内庄稼、树木正常生长受到影响。并对经过的其它车辆车体也产生严重污染。其次，对设备影响非常大。煤尘严重污染了铁道线路的道床，加剧了板结程度，在污染严重的区段，煤尘已经埋没了扣件、轨枕板等零部件，给工务部门日常的养护维修带来相当大的困难，对钢轨和扣件的腐蚀严重，造成安全隐患。由于煤尘的污染，使信号通信设备日常维修非常困难。经常引起供电绝缘子短路、放电，缩短了使用寿命，给日常的检修作业带来了很大不便。第三，对行车安全构成威胁。列车通过隧道时，即便在装载货物高度低于车厢15cm情况下，直径较大(D＝2cm-5 cm)的煤粒也能吹出车外。煤粒的厚度在隧道进口处以每月约20cm的速度增加，隧道内的煤尘浓度令人窒息，能见度不足10m，，不仅严重影响了机车乘务员的瞭望，而且由于煤尘堵塞了机车散热网，使机车内的电器设备工作环境温度升高，经常引起设备故障，使其完好率和安全度降低，严重威胁着列车的运行安全。第四，严重恶化了职工和乘客的环境。隧道内的煤尘大量侵入机车乘务室，恶化了乘务员工作环境，扬起的煤粉对路旁车站、道口等环境产生粉尘污染，特别是对经常在隧道内作业的工务、电务及供电职工的身体健康造成严重危害。对于一些密封不是很好的普通车辆，煤尘飞入车内，对乘客的健康带来了严重的威胁。第五，潜在着严重的安全隐患。据测算，若隧道内的煤尘浓度达到其粉尘爆炸浓度范围(煤粉尘爆炸浓度下限为114mg/m³)，一旦遇明火(如接触网放电、下坡道列车制动发生火花等)就可能引起爆炸事故，严重威胁行车和人身安全。除此之外，由于运输过程中煤的大量损失，使客户的经济利益也受到巨大损害。据统计，每车皮精煤在运输过程中每千米平均损失0.5吨，这对中国的能源也是一种巨大的浪费。同时，铁路部门为了清洗沿线的煤尘污染每年需要耗费大量的人力、物力。

目前，阻止煤炭散落的方法主要有以下几种。一是加盖法。每节车体加盖可有效防止煤尘的污染，但成本高，有效负载低。而且开、盖等一系列动作及开、关位置与敞开方向会对现有机械化装煤、卸煤过程产生影响，很难和现有的自动化生产线相匹配，实际中在铁路车辆上行不通。二是，蓬布遮盖法。但铁路沿线自动化程度高、车流量大，作业速度快，需要大量人力才能完成，蓬布覆、撤速度太慢，还需回送蓬布，同时由于篷布丢失、破损，造成价格较高，一直不能广泛应用。三是洒水法。洒水是防治粉尘污染最常用的方法。但在自然条件特别干燥的环境中，因为蒸发迅速、喷洒频繁、耗时耗工、大量用水，不仅成本高昂，还难以连续达到环境质量的要求。

因此，提供一种无毒、无味，成本低廉，便于作业实施，易于制备并且符合环保要求的煤炭表层固化剂就成为本技术领域急需要解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种无毒、无味，成本低廉，便于作业实施、易于制备并且符合环保要求的煤炭表层固化剂。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种煤炭表层固化剂，其配方为：0.5～1.5wt％的聚乙烯醇；0.3～0.6wt％的高锰酸钾溶液(浓度为1wt％)；4～6wt％的淀粉；2～5wt％的硼砂或硼酸溶液(浓度为5wt％)；4～8wt％的烧碱溶液(浓度为10wt％)；余量为水。

一种优选技术方案，其特征在于：所述淀粉为玉米淀粉或小麦淀粉或红薯淀粉或土豆淀粉。

一种优选技术方案，其特征在于：所述聚乙烯醇的配比为1.0％；所述高锰酸钾溶液的配比为0.4％；所述烧碱溶液的配比为5％；所述硼砂或硼酸溶液的配比为3％；所述淀粉的配比为5wt％。

本发明的另一目的是提供一种上述煤炭表层固化剂的制备方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：

一种煤炭表层固化剂的制备方法，其步骤如下：

第一步：接枝改性

按照原料比例，加入总水量的50％于反应釜中，再加入聚乙烯醇，搅拌，升温至95～99℃，使聚乙烯醇完全溶解，降温至50～60℃，加入淀粉，搅拌并保温1小时进行接枝改性；

第二步：氧化

改性后，物料降温至35℃，然后加入高锰酸钾溶液，氧化反应1小时；

第三步：糊化反应

搅拌情况下，缓慢加入烧碱溶液于反应釜中，物料瞬间变稠，进行糊化反应半小时；

第四步：稳定、交联

最后，向反应釜中加入剩余的水，搅拌均匀，然后加入硼砂或硼酸溶液，搅拌反应半小时得到产品。

本发明中，水为溶剂；高锰酸钾为氧化剂；聚乙烯醇和淀粉为交联剂；硼砂或硼酸为粘结增强剂。聚乙烯醇与淀粉都是多羟基的大分子化合物，部分氧化的淀粉还有一些羧基，在一定条件下，它们可以互相接枝脱水，形成网络结构，使粘接强度明显提高。因此采用接枝改性的方法来加强煤固化剂的固化强度。淀粉经氧化，一些糖苷键发生断裂，使分子量减少，D-葡萄糖中的C₂和C₃键被氧化断裂，生成羧甲基，或被氧化成羧基。氧化剂起降解的作用，产生低粘度高固形物的分散体，能抵抗粘度增高和凝胶，产生羧基和羰基，增强与煤炭的粘合力，并使直链淀粉凝沉趋于最低限度。同时，减少淀粉中氢键引起的缔合。氧化后淀粉中有许多羧基和羰基，加入NaOH，生成钠盐，增强了亲水性和溶解性，避免了羧基间氢键缔合。同时，将玉米淀粉中果胶蛋白质和糖分转化成胶质。糊化后的固化剂中，加入硼砂或硼酸，其中的硼原子空轨道及[B₄O₅(OH)₂]₂ ^-与氧化淀粉中的-OH，-CO-结合，形成网状结构的多核配位体，增加固化剂的粘结作用，使固化剂的粘度、表面张力增加，内聚力和稳定性得以改进。由于高锰酸本身的氧化能力强，所以不需要加催化剂。另外高锰酸钾溶液为紫色，反应终点易于观察，不会造成氧化剂的过量，所以不需要加入还原剂硫代硫酸钠等。

将本发明的煤炭表层固化剂喷洒或涂敷于车厢煤炭的表面，能使煤炭在表面形成一固化层，避免煤炭在铁路运输过程中对沿线的扬尘污染和煤炭的扬尘损失。并且不会导致环境污染。对铁路运输和煤炭客户既有巨大的经济效益也有环境保护的社会效益。

下面通过具体实施例和附图对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1是本发明煤炭表层固化剂的合成工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

原料配比：

原料名称                 配比(wt％)      原料名称          配比(wt％)

聚乙烯醇                 0.5  高锰酸钾溶液(浓度为1wt％)    0.4

淀粉                     4    硼砂或硼酸溶液(浓度为5wt％)  2

烧碱溶液(浓度为10wt％)   4    水                           99.1

操作工序：

如图1所示，按照原料比例，加入总水量的50％水于反应釜中，再加入聚乙烯醇0.5％，搅拌，升温至99℃，使聚乙烯醇完全溶解，降温至60℃，加入玉米淀粉4％，搅拌并保温1h进行接枝改性；改性后，物料降温至35℃，然后加入高锰酸钾溶液0.3％，氧化反应1h，观看溶液颜色，由紫色逐渐变为无色；然后在搅拌情况下，缓慢加入的烧碱溶液4％于反应釜中，物料瞬间变稠，进行糊化反应半小时。最后，向反应釜中加入余量水，搅拌均匀，然后加入硼砂或硼酸溶液2％，搅拌反应半小时得到产品。

实施例2

原料配比：

原料名称                配比(wt％)    原料名称             配比(wt％)

聚乙烯醇                1.5  高锰酸钾溶液(浓度为1wt％)     0.6

淀粉                    6    硼砂或硼酸溶液(浓度为5wt％)   5

烧碱溶液(浓度为10wt％)  8    水                            78.9

操作工序：

如图1所示，按照原料比例，加入总水量的50％水于反应釜中，再加入聚乙烯醇1.5％，搅拌，升温至99℃，使聚乙烯醇完全溶解，降温至60℃，加入玉米淀粉6％，搅拌并保温1h进行接枝改性；改性后，物料降温至35℃，然后加入高锰酸钾溶液0.6％，氧化反应1h，观看溶液颜色，由紫色逐渐变为无色；然后在搅拌情况下，缓慢加入的烧碱溶液8％于反应釜中，物料瞬间变稠，进行糊化反应半小时。最后，向反应釜中加入余量水，搅拌均匀，然后加入硼砂或硼酸溶液5％，搅拌反应半小时得到产品。

实施例3

原料配比：

原料名称                 配比(wt％)    原料名称            配比(wt％)

聚乙烯醇                 1    高锰酸钾溶液(浓度为1wt％)    0.4

淀粉                     5    硼砂或硼酸溶液(浓度为5wt％)  3

烧碱溶液(浓度为10wt％)   6    水                           84.6

操作工序：

如图1所示，按照原料比例，加入总水量的50％水于反应釜中，再加入聚乙烯醇1％，搅拌，升温至99℃，使聚乙烯醇完全溶解，降温至60℃，加入玉米淀粉5％，搅拌并保温1h进行接枝改性；改性后，物料降温至35℃，然后加入高锰酸钾溶液0.5％，氧化反应1h，观看溶液颜色，由紫色逐渐变为无色；然后在搅拌情况下，缓慢加入的烧碱溶液6％于反应釜中，物料瞬间变稠，进行糊化反应半小时。最后，向反应釜中加入余量水，搅拌均匀，然后加入硼砂或硼酸溶液3％，搅拌反应半小时得到产品。

Claims (4)

1、一种煤炭表层固化剂，其配方为：0.5～1.5wt％的聚乙烯醇；0.3～0.6wt％的浓度为1wt％的高锰酸钾溶液；4～6wt％的淀粉；2～5wt％的浓度为5wt％的硼砂或硼酸溶液；4～8wt％的浓度为10wt％的烧碱溶液；余量为水。

2、根据权利要求1所述的煤炭表层固化剂，其特征在于：所述淀粉为玉米淀粉或小麦淀粉或红薯淀粉或土豆淀粉。

3、根据权利要求2所述的煤炭表层固化剂，其特征在于：所述聚乙烯醇的配比为1.0％；所述高锰酸钾溶液的配比为0.4％；所述烧碱溶液的配比为5％；所述硼砂或硼酸溶液的配比为3％；所述淀粉的配比为5wt％。

4、根据权利要求1-3中任一项所述的煤炭表层固化剂的制备方法，其步骤如下：

第一步：接枝改性

按照原料比例，加入总水量的50％于反应釜中，再加入聚乙烯醇，搅拌，升温至95～99℃，使聚乙烯醇完全溶解，降温至50～60℃，加入淀粉，搅拌并保温1h进行接枝改性；

第二步：氧化

改性后，物料降温至35℃，然后加入高锰酸钾溶液，氧化反应1小时；

第三步：糊化反应

搅拌情况下，缓慢加入烧碱溶液于反应釜中，物料瞬间变稠，进行糊化反应半小时；

第四步：稳定、交联

最后，向反应釜中加入剩余的水，搅拌均匀，然后加入的硼砂或硼酸溶液，搅拌反应半小时得到产品。

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