CN101224329B - 一种抑制硫化矿石氧化自燃的复合防灭火剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制硫化矿石氧化自燃的复合防灭火剂，该复合防灭火剂包括浓度为10％～30％的水玻璃溶液和浓度为10％～30％的氯化钙溶液，水玻璃和氯化钙质量比为2.54:1～1:1。水玻璃溶液和氯化钙溶液可以先后分别喷洒，也可以复合后喷洒。本发明的复合型防灭火剂，不但比单用其中的一种效果要高出很多，而且由于水玻璃和氯化钙合用后产生出新的阻燃物质，因此，抑制硫化矿石氧化自燃的效果得到显著提高。

Description

一种抑制硫化矿石氧化自燃的复合防灭火剂

技术领域

本发明涉及非煤矿山采矿安全领域，尤其涉及硫化矿石氧化自燃防治方法。

背景技术

矿石自燃火灾是高硫矿床开采中的突出安全问题，其有效的控制方法之一是采用适宜的阻化剂抑制矿石氧化。从抑制矿石氧化如隔离、吸热、钝化等机理出发，自然界有大量的材料可用作为阻化剂。然而，如果要考虑符合现场应用，如成本、环境影响、制备及现场条件等的要求，则可应用的材料却非常有限。目前，已用于控制矿山矿石自燃火灾的阻化材料有碳酸钙、碳酸镁、氯化钙、氢氧化钙、氧化钙、水玻璃、黄泥等，在特定的条件下这些材料已被证明有良好效果，而且大都为煤矿实际采用。

过去，在应用上述材料时几乎都是单独使用一种材料，有些主要起阻化作用，有些主要起灭火作用，其功能都较为单一。用复合型防灭火剂来抑制硫化矿石氧化自燃的尚不多见，北京科技大学曾试验水玻璃+石灰石对高含硫煤矿的防灭火作用(石灰凝胶阻化剂防灭火技术在高硫矿的应用研究.中国安全科学学报，2003，13(10):31-35)，但其应用的对象为煤矿，煤矿中的含硫量与硫化矿有很大的不同，因此，这种复合防灭火剂仍不适用于抑制硫化矿石氧化自燃。

发明内容

本发明目的在于提供一种更符合现场抑制硫化矿石氧化自燃的复合防灭火剂，由于两种或两种以上防火材料复合喷洒，复合材料之间由于多功能组合，且由于彼此间发生化学反应，能进一步增强抑制硫化矿石氧化自燃的效果。

本发明的抑制硫化矿石氧化自燃的多功能高效复合防灭火剂基本包括浓度为10％～30％的水玻璃溶液和浓度为10％～30％的氯化钙溶液，水玻璃和氯化钙质量比为2.54:1～1:1。

应用本发明时，水玻璃溶液和氯化钙溶液可以先后分别喷洒，也可以复合后喷洒。CaCl₂溶液可使硫化矿石表面发生钝化，从而减弱其氧化速度；水玻璃溶液可以在硫化矿石表面形成覆盖层，从而起隔离作用；并且，当水玻璃与氯化钙复合后，水玻璃与氯化钙可反应生成新的化合物(反应式如式(1))。在式(1)中，反应生成的物质(n-1)SiO₂和CaSiO₃·xH₂O都是胶体物质，可以起到覆盖、隔离、吸热等作用。因此，本发明的复合型防灭火剂，不但比单用其中的一种效果要高出很多，而且由于水玻璃和氯化钙合用后产生出新的阻燃物质，因此，阻燃效果得到显著提高。

Na₂O·nSiO₂+CaCl₂+xH₂O＝2NaCl+CaSiO₃·xH₂O+(n-1)SiO₂  (1)

当选用的水玻璃为Na₂SiO₃·9H₂O时，它与氯化钙的反应式应为：

Na₂SiO₃·9H₂O+CaCl₂＝2NaCl+CaSiO₃·9H₂O  (2)

理论上，如果要使反应物完全反应，Na₂SiO₃·9H₂O与CaCl₂的质量比应为2.54：1。但为了加强复合防灭火剂的阻化效果，可采用过量氯化钙参与反应，使生成物中仍然含有部分氯化钙，这样，抑制硫化矿石自燃的效果更好。

具体实施方式

选用化学纯的钠水玻璃Na₂SiO₃·9H₂O和CaCl₂，其质量配比为1：1。将Na₂SiO₃·9H₂O和CaCl₂分别制备成10％～30％的水溶液。

从某硫化矿选取7个具有较强氧化性的样品。这7个矿样的主要成份和自热特性分析结果如表1所示。

表1  7种硫化矿石成份和自热性参数

在7种硫化矿试样中添加1％～8％的硫酸亚铁盐作为矿样的氧化自燃加速剂。分别将每一种矿样制成两个试样，一个试样不洒复合防灭火剂，另一个试样用喷洒复合防灭火剂，并将它们放置在相同的常温潮湿环境中，用试样氧化增重测定法来测定复合防灭火剂的作用效果。

由于在常温条件下，硫化矿石氧化过程中几乎没有SO₂和其它挥发成分放出。所以，随着硫化矿试样吸收氧气和水分的时间增长，其试样的质量随着增加，试样越活跃，试样的增重越快。所以，试样氧化增重测定法可用于测定硫化矿石试样的氧化速度。

将所选矿样破碎成小于40目的粉样并放置于密封瓶中。每次实验中，一种矿样称取40g并放置在一个50mm直径的蒸发皿中，然后在试样的表面喷洒8ml复合防灭火剂溶液。复合防灭火剂的浓度水平分别为10％、20％和30％。制备好的试样被放置在一个恒温恒湿箱中，温度和相对湿度分别为40℃和90％，每隔4～10天，所有试样用精度为0.1mg的电子天平称重，复合防灭火剂对矿样氧化的阻化率由下式计算：

R_ijt＝(P_jt-P_ijt)/P_jt×100％

式中，R_ijt为经过时间间隔t第i种复合防灭火剂对j种矿样的阻化率；P_jt是经过时间间隔t没有喷洒复合防灭火剂的j种矿样的增重；P_ijt是经过时间间隔t喷洒了i种复合防灭火剂的矿样的增重。R_ijt是复合防灭火剂和水对矿样阻化综合作用效果的一个度量。如果硫化矿石没有和氧反应，P_ijt等于零，R_ijt等于100％。

测定结果如表2所示。

表2 复合防灭火剂的阻化率测定结果(％)

从实验结果可以看出，在前20天，复合防灭火剂的平均阻化率接近100％，当时间增长到76天，阻化剂率仍高于40％。随着浓度的增大，它们的阻化率变化很小，因此，应用时最好采用10％的低浓度值。

将复合防灭火剂的阻化性能测定结果与单质氯化钙的阻化性能比较来看，实验76天本发明的复合防灭火剂对试样的阻化率为40％，而单质氯化钙对试样的阻化率约为31％。本发明的复合防灭火剂抑制硫化矿石氧化自燃的效果明显比单用氯化钙比好。

Claims (5)

1.一种抑制硫化矿石氧化自燃的复合防灭火剂，其特征在于：包括浓度为10％～30％的水玻璃溶液和浓度为10％～30％的氯化钙溶液，水玻璃和氯化钙质量比为2.54:1～1:1。

2.如权利要求1所述的复合防灭火剂，其特征在于：所述水玻璃为Na₂SiO₃·9H₂O。

3.如权利要求1或2所述的复合防灭火剂，其特征在于：所述水玻璃和氯化钙质量比为1:1。

4.如权利要求1或2所述的复合防灭火剂，其特征在于：所述水玻璃溶液和氯化钙溶液浓度为10％。

5.如权利要求3所述的复合防灭火剂，其特征在于：所述水玻璃溶液和氯化钙溶液浓度为10％。