CN101969153A - 低电阻非金属接地材料 - Google Patents

Abstract

低电阻非金属接地材料，涉及非金属导电材料，本发明组分包括石墨、水泥，其特征在于，还包括煤矸石。本发明以工业废弃物作为原料，在满足性能要求的前提下，充分利用了废弃物，解决了废弃煤矸石对环境造成污染的问题，利用煤矸石降低接地电阻，增加导电性能，而且成本低，具有良好的可靠性。

Description

低电阻非金属接地材料

技术领域

本发明涉及非金属导电材料，特别是降阻用的固体无机导电材料。

背景技术

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物。其主要成分是A1₂O₃、SiO₂，另外还含有数量不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、SO₃和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。

我国历年已积存煤矸石约1000Mt，并且每年仍继续排放约100Mt，煤矸石弃置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体。矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害，影响生态环境。

保护环境是中国的基本国策，随着国家环保执法力度的不断加大，人们对环境质量要求的提高，解决煤矸石污染环境问题显得越来越突出。

接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电器设备正常运行。随着电子技术的飞速发展，电子计算机早已步人类社会的各行各业。建筑物内几乎无不设有复杂程度不同的微电子设备和计算机系统，民用建筑也不例外。只要有建筑、有设备的地方都要接地。接地可以说是无处不在，所以接地体的需求量很大。接地电阻是电气系统接地装置的重要指标，这个值越小越好。特别是精密的电子仪器要求接地电阻很低(0.1欧姆～0.25欧姆)，设备才能正常工作。要达到此电阻，传统的方法是大面积地铺设金属接地材料，金属不仅易腐蚀而且成本高。

如果能利用煤矸石生产一种低电阻的非金属接地材料，除能大幅度降低生产成本外，还可以对环保做出贡献。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种低电阻非金属接地材料及制备方法，具有低成本和高环保性的优点。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，低电阻非金属接地材料，其特征在于，以重量百分比计算，包含下列组分：石墨：45％-60％，水泥：20％-35％，煤矸石：10％-20％。

进一步的说，各组分为：石墨：60％，硅酸盐水泥：30％，煤矸石：10％。

或者，各组分为：石墨：60％，硅酸盐水泥：20％，煤矸石：20％。

或者，各组分为：石墨：55％，硅酸盐水泥：35％，煤矸石：10％。

本发明提供的低电阻非金属接地材料，其特征在于，按重量比为石墨∶水泥∶煤矸石＝45％-60％∶20％-35％∶10％-20％混合研磨成粉状，搅拌均匀形成低电阻非金属接地材料。

进一步的，按重量比，石墨∶水泥∶煤矸石＝45％-60％∶20％-35％∶10％-20％；将石墨和水泥研磨成粉状，煤矸石粉碎成100目以上的颗粒加适量水搅拌均匀，倒入模具，和金属极芯压制成型，固化后形成低电阻非金属接地材料。

本发明以工业废弃物作为原料，在满足性能要求的前提下，充分利用了废弃物，解决了废弃煤矸石对环境造成污染的问题，利用煤矸石降低接地电阻，增加导电性能，而且成本低，具有良好的可靠性。

以下结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

石墨是元素碳的一种同素异形体，每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子(排列方式呈蜂巢式的多个六边形)以共价键结合，构成共价分子。由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属于导电体。是一种防腐性能高、廉价的导电体。

水泥是粉状水硬性无机胶凝材料。水泥加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。是一种价廉易得的固化剂。

煤矸石是煤伴生废石。在掘进、开采和洗煤过程中排出的固体废物。是碳质、泥质和砂质页岩的混合物。

从煤炭开采来看，中国每年生产1亿t煤炭，排放矸石1400万t左右；从煤炭洗选加工来看，每洗选1亿t炼焦煤排放矸石量2000万t，每洗1亿t动力煤，排放矸石量1500万t。2005年，国内各类煤矿生产煤炭1045亿t，洗煤385亿t，排放矸石量19-20亿t。因而，全国国有煤矿现有矸石山1500余座，堆积量30亿t以上(占中国工业固体废物排放总量的40％以上)。煤矸石的大量堆放，不仅压占土地，影响生态环境，煤矸石淋溶水将污染周围土壤和地下水，而且煤矸石中含有一定的可燃物，在适宜的条件下发生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体污染大气环境，影响矿区居民的身体健康。如辽宁本溪矿区曾发生过因矸石自燃造成人员中毒死亡的事故。

煤矸石的无机成分主要是硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属。其化学成分组成的百分率：SiO₂为52～65；Al₂O₃为16～36；Fe₂O₃为2.28～14.63；CaO为0.42～2.32；MgO为0.44～2.41；TiO₂为0.90～4；P₂O₅为0.007～0.24；K₂O+Na₂O为1.45～3.9；V₂O₅为0.008～0.03。

煤矸石中的CaO等氧化物具有吸湿性，加在接地材料中能吸收周围土壤中的水分，降低接地电阻。

土壤中活性离子的含量是影响接地电阻的因素之一。利用煤矸石中的K₂O和Na₂O与水生成KOH和NaOH后是一个非常好的电解质。通过潮解作用，将活性电解离子有效释放到周围的土壤中，使接地体成为一个离子发生装置，从而改善周边土质，降低接地电阻。

将煤矸石粉碎成100目以上的颗粒，加在接地材料中可以减小产品密度，较稀疏的密度，便于接地材料吸收土壤中的水分，降低接地电阻。同时接地材料中的水泥固化剂也需要与砂、石一起固化。煤矸石小颗粒可以代替砂、石的作用。

煤矸石中的金属氧化物和稀有金属有利于增加产品的导电性。

接地可以运用于任何场所，所以接地材料的需求量很大。传统的方法是大面积地铺设金属接地材料，金属不仅易腐蚀而且成本高。

保护环境是我国的基本国策，随着国家环保执法力度的不断加大，人们对环境质量要求的提高，解决煤矸石污染环境问题显得越来越突出，利用煤矸石作为低电阻非金属接地材料，变废为宝，是解决污染的有效途径之一，并且还能降低其接地电阻，增加导电性能，降低非金属接地材料的成本。

实施例1

按重量百分比计算，将石墨：60％，普通的硅酸盐水泥：30％，煤矸石：10％研磨成粉状，搅拌均匀形成低电阻非金属接地材料。或者按上述比列将石墨、水泥研磨成粉状、煤矸石粉碎成100目以上的颗粒加适量水搅拌均匀，倒入模具，压制成型，固化后形成低电阻非金属接地材料。

经测量，本实施例的接地材料电阻率为1.15Ω.m，完全满足性能指标。

实施例2

原料组分中，石墨：60％，普通的硅酸盐水泥：25％，煤矸石：15％。其他同实施实例1。

实施例3

原料组分中，石墨：60％，普通的硅酸盐水泥：20％，煤矸石：20％。其他同实施实例1。

实施例4

原料组分中，石墨：55％，普通的硅酸盐水泥：35％，煤矸石：10％。其他同实施实例1。

实施例5

原料组分中，石墨：55％，普通的硅酸盐水泥：30％，煤矸石：15％。其他同实施实例1。

实施例6

原料组分中，石墨：55％，普通的硅酸盐水泥：25％，煤矸石：20％。其他同实施实例1。

实施例7

原料组分中，石墨：50％，普通的硅酸盐水泥：35％，煤矸石：15％。其他同实施实例1。

实施例8

原料组分中，石墨：50％，普通的硅酸盐水泥：30％，煤矸石：20％。其他同实施实例1。

实施例9

原料组分中，石墨：45％，普通的硅酸盐水泥：35％，煤矸石：20％。其他同实施实例1。

本发明利用对环境有污染的废物(煤矸石)、无腐蚀性的非金属导电材料(石墨)和廉价的固化剂(水泥)按一定的比列做成低电阻非金属接地材料。本发明的低电阻非金属接地材料的降阻效果好，无腐蚀性，寿命长；并且材料廉价，生产简单、使用方便。回收煤矸石，能消除其对环境的污染。本产品广泛地应用于通讯行业、电力系统、建筑系统、军事设施、交通系统、银行系统、计算机系统、广电系统等行业领域的设备地、交、直流工作地、安全保护地。具有很大的经济和市场价值。

Claims (7)

1.低电阻非金属接地材料，组分包括石墨、水泥，其特征在于，还包括煤矸石。

2.如权利要求1低电阻非金属接地材料，其特征在于，以重量百分比计算，组分为：

石墨：45％-60％，水泥：20％-35％，煤矸石：10％-20％。

3.如权利要求1所述的低电阻非金属接地材料，其特征在于，各组分为：石墨：60％，硅酸盐水泥：30％，煤矸石：10％。

4.如权利要求1所述的低电阻非金属接地材料，其特征在于，各组分为：石墨：60％，硅酸盐水泥：20％，煤矸石：20％。

5.如权利要求1所述的低电阻非金属接地材料，其特征在于，各组分为：石墨：55％，硅酸盐水泥：35％，煤矸石：10％。

6.如权利要求1所述的低电阻非金属接地材料，其特征在于，按重量比为石墨∶水泥∶煤矸石＝45％-60％∶20％-35％∶10％-20％混合研磨成粉状，搅拌均匀形成低电阻非金属接地材料。

7.如权利要求1所述的低电阻非金属接地材料，其特征在于，按重量比，石墨∶水泥∶煤矸石＝45％-60％∶20％-35％∶10％-20％；将石墨和水泥研磨成粉状，煤矸石粉碎成100目以上的颗粒加适量水搅拌均匀，倒入模具，和金属极芯压制成型，固化后形成低电阻非金属接地材料。