CN103711514B - 一种防治煤炭自燃的复合阻化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防治煤炭自燃的复合阻化剂及其制备方法。复合阻化剂成分是高分子基料、无机阻化剂、表面活性剂、补强剂。其成分在水溶剂中的质量百分比浓度是：高分子基料3‑8％，包括聚乙烯醇和淀粉中一种或两种、无机阻化剂0.5‑2％，包括有机改性水滑石，磷酸二氢铵，氢氧化镁的一种或几种、表面活性剂1‑3％，即十二烷基苯磺酸钠、补强剂0.5‑4％，即氢氧化钙,其余为水83‑95％。该复合阻化剂在常温下喷洒与煤炭表面即可，无需其他设备及条件，不产生有害气体和废物，对人体无毒副作用，环境友好。同时该阻化剂还具有良好的物理保湿作用，能有效渗透煤层获得与煤炭的较大接触表面积，更好发挥防治煤炭自燃的作用。

Description

一种防治煤炭自燃的复合阻化剂及其制备方法

技术领域

本发明属于煤炭的安全保障技术，具体涉及一种防治煤炭自燃的阻化剂。

背景技术

煤炭在常温堆放及运输过程中与空气接触，发生氧化，产生的热量使其温度升高，出现发火或冒烟的现象，即自燃。煤炭自燃引起的火灾不仅会造成大量的煤炭资源损失，并释放大量有害气体，威胁环境安全，是目前急需解决的安全问题。防止煤炭自燃的原理是消除煤氧化现象的发生或消除煤氧化过程中热量的聚集。阻化剂是防治煤炭氧化自燃的一种化学制剂，根据其对煤炭自燃过程的抑制作用又可分为物理阻化剂，或化学阻化剂。物理阻化是通过物理作用对煤炭进行阻化，例如隔绝氧气、保水保湿等，一般不发生化学反应或只发生少量化学反应，通常是一些吸水性的无机盐类或以高吸收树脂为原料制备的凝胶类。化学阻化是通过化学反应来减少煤炭自燃中反应活性较高的官能团或中间体，从而降低煤的自燃倾向，通常是氧化剂，如高氯酸盐、高锰酸盐、高碘酸盐、过氧化物等。

中国发明专利201010537096.7公开的煤炭抑尘阻燃覆盖剂是由多种化合物组成的一种高分子覆盖膜，各组分是：以聚乙烯醇为成膜物质，4-5％、以丙二醇为成膜助剂，2-3％、以乙醇为固化剂，10-12％、以脂肪醇聚氧乙烯醚为渗透剂，1-3％、以3:1的磷酸二氢铵和季戊四醇为阻燃剂，1-3％。

中国发明专利201210526943.9公开的基于煤低温氧化机理的防治煤炭自燃的复合阻化剂，是根据煤炭氧化自燃时活性基团的不同反应活性而获得的一种针对性复合阻化剂，其特征在于：儿茶素0.5-1％、无毒亚磷酸酯，0.5-1％、聚乙二醇200,4-7％、十二烷基硫酸钠：0.5-1％。

这些阻化剂技术在不同方面上达到了防治煤炭堆放和运输过程中的自燃和扬尘的作用，但物理阻化剂的阻化效率有限，而化学阻化剂常用的氧化剂，在发生反应过程时会放热使得煤体的热量蓄积，并且氧化剂本身具有较大的火灾危险性。

发明内容

针对现有技术问题，本发明提供一种环境友好，操作安全简便，保湿性好的水滑石/高分子溶液阻化剂及其制备方法。

本发明提供的一种防治煤炭自燃的阻化剂，成分的质量百分比浓度是高分子基料3-8％、无机阻化剂0.5-2％、表面活性剂1-3％、补强剂0.5-4％，其余为水。

其中所述的高分子基料是聚乙烯醇和淀粉，聚乙烯醇是水溶性的高分子材料，与水有良好的互溶性，本发明将结合其他助剂，获得与煤体有良好的覆盖能力的溶液体系。

其中所述的无机阻化剂是包括锌铝层板组成的水滑石，水滑石是一种具有典型层状结构的复合氢氧化合物，其层板组成及层间组成具有良好的可调性，本发明采用ZnAl元素作为层板组成的水滑石以抑制煤体中活性基团或产物的反应进程，并采用十二烷基苯磺酸钠进行层间修饰，以有利于水滑石的相容性。同时该水滑石具有大量的物理吸附水、层间结合水、层板羟基组成的特征，可在不同温度区域发挥吸热作用以降低煤体自身积蓄的温度。利用水滑石的特殊性能结合其他助剂发挥良好的协同阻化作用。

表面活性剂是的作用是使水溶液的表面张力降低，这样阻化剂溶液不但能够与煤体表面接触，还能浸润煤体内部的孔隙，从而与煤体有更大的接触面积发挥阻化作用。基于本发明中水滑石的使用及经济方便的角度，选用阴离子表面活性剂，十二烷基苯磺酸钠，这种表面活性剂起泡能力强，且可生物降解。

本发明所提供的防止煤炭自燃的阻化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)首先通过化学法制备锌铝层板的水滑石，按Zn/Al摩尔比为3：1的比例配置金属盐混和溶液,并用1mol/l的NaOH溶液调节PH值。金属盐混和溶液在氮气氛下逐滴加入到含十二烷基苯磺酸钠的水溶液中,然后将所得悬浮液在95℃氮气氛下水热晶化处理。最后分离产物,得到结构规整的水滑石，将产物洗涤、烘干、研磨后待用。

2)其次将高分子基料溶解分散在溶剂水中，控温在50-60℃左右搅拌60-120min，加入磷酸二氢铵分散均匀，制备高分子水溶液。

3)将水滑石分散在水溶液中，控温在50-60℃左右，搅拌30-60min，超声10min，再加入表面活性剂溶液继续搅拌分散30min以上，或加入其他阻化剂氢氧化镁分散均匀，最后将0.5-4％的补强剂分散在其中，获得含水滑石的水溶液。

4)在高分子水溶液中加入磷酸二氢铵分散后，与含水滑石的水溶液混合均匀，得到复合阻化剂产品。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1)本发明所述的阻化剂将结合物理作用及化学作用方式发挥对煤炭的阻化作用，阻化寿命长，效率高。

2)环境友好，无毒无害，不会产生有毒气体，不会对人和环境产生危害。

附图说明

图1通过共沉淀法获得的有机改性水滑石的X射线衍射图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明做进一步说明：

实施例1，

1)首先称取10g高分子基料-聚乙烯醇，加入到100ml水中，然后恒温60℃加热并搅拌60-120min，直至获得均匀粘稠的高分子水溶液。2)然后将1g磷酸二氢铵加入20ml水中混合均匀后，与高分子水溶液混合，得高分子溶液。3)同时将3g表面活性剂-十二烷基苯磺酸钠溶解在60ml热水中，再把通过化学法合成的水滑石产物(参见图1)称取1g加入其中，加热搅拌获得均匀分散的混合溶液。4)再称取2g氢氧化钙溶于20ml水中后，加入3)中的混合溶液，分散均匀，得含水滑石的水溶液。5)最后将高分子溶液与含水滑石的水溶液混合均匀得到复合阻化剂产品。

实施例2，

1)首先称取6g高分子基料-聚乙烯醇，加入到60ml水中，然后恒温60℃加热并搅拌60-120min，直至获得均匀粘稠的高分子水溶液。2)然后将2g淀粉加入20ml水中混合均匀后，与高分子水溶液混合分散，得高分子溶液。3)同时将3g表面活性剂-十二烷基苯磺酸钠溶解在60ml热水中，再把通过化学法合成的水滑石产物称取1g加入其中，加热搅拌获得均匀分散的混合溶液。4)再称取4g氢氧化钙溶于20ml水中后，加入3)中的混合溶液，分散均匀，得含水滑石的水溶液。5)最后将高分子溶液与含水滑石的水溶液混合均匀得到复合阻化剂产品。

实施例3，

1)首先称取6g高分子基料-聚乙烯醇，加入到60ml水中，然后恒温60℃加热并搅拌60-120min，直至获得均匀粘稠的高分子水溶液。2)然后将4g淀粉加入20ml水中混合均匀后，与高分子水溶液混合分散，得高分子溶液。3)同时将3g表面活性剂-十二烷基苯磺酸钠溶解在40ml热水中，再把通过化学法合成的水滑石产物称取1g加入其中，加热搅拌获得均匀分散的混合溶液。4)称取2g氢氧化镁溶于10ml水中后，溶解后加入3)中的混合溶液，分散均匀。5)再称取4g氢氧化钙溶于20ml水中后，加入4)中的混合溶液，分散均匀，得含水滑石的混合水溶液。6)最后将高分子溶液与含水滑石的混合水溶液混合均匀得到复合阻化剂产品。

取100ml阻化剂溶液，均匀喷洒于500g样品煤的表面，利用测量CO产生量的阻化率测定方法测定阻化率：

(裸煤CO发生率-处理后的样品煤CO发生率)÷裸煤CO发生率＝阻化率％

实验测定实施例1、实施例2、实施例3的阻化剂的阻化率均达到90％以上。

Claims (4)

1.一种防治煤炭自燃的复合阻化剂，其组成按质量百分比为以下组成：

其余为水；

所述的无机阻化剂是包括锌铝层板组成的水滑石，并采用所述的表面活性剂作为阴离子进行层间修饰。

2.根据权利要求1所述的一种防治煤炭自燃的复合阻化剂，其特征在于：所述高分子基料是聚乙烯醇和淀粉。

3.根据权利要求1所述的一种防治煤炭自燃的复合阻化剂，其特征在于：所述的表面活性剂是十二烷基苯磺酸钠。

4.一种制备如权利要求1所述的防治煤炭自燃的复合阻化剂的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)通过共沉淀法制备层间修饰的锌铝水滑石，获得结构规整的产物，洗涤、烘干、研磨后待用；

2)将高分子基料溶解分散在溶剂水中，控温在50-60℃，搅拌60-120min，加入磷酸二氢铵分散均匀，制得高分子水溶液；

3)将水滑石分散在水中，控温在50-60℃，搅拌30-60min，超声10min，在水溶液中加入表面活性剂溶液均匀分散，再加入补强剂均匀分散，制得水滑石水溶液；

4)将水滑石水溶液与高分子水溶液混合，搅拌分散，得复合阻化剂产品。