CN104629687B - 煤堆表面隔水性覆盖剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤堆表面隔水性覆盖剂及其制备方法，所述煤堆表面隔水性覆盖剂主要由下述重量百分比的原料制备而成：大豆分离蛋白0.1-5％，羧甲基纤维素钠0.05-0.3％，表面活性剂0.05-0.3％，甲基硅酸钠0.01-3％，余量水。所述制备方法为：将大豆分离蛋白、羧甲基纤维素钠、表面活性剂和水混合，反应，再加甲基硅酸钠混匀，即可。本发明所制得的煤堆表面隔水性覆盖剂具有良好的抑尘、防风和防雨水性能，粘结强度较大，耐阳光暴晒，故适用于露天煤堆，可有效的满足电厂中露天煤堆的抑尘要求；所述制备方法简单操作，对反应装置要求较低，且反应过程中所需温度不高，加热时间也不长，能量消耗量低，适用于工业化生产。

Description

煤堆表面隔水性覆盖剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及煤炭领域，特别是涉及一种煤堆表面隔水性覆盖剂及其制备方法。

背景技术

煤炭是不可再生的能源，随着工业的迅猛发展，煤炭的消费也节节升高，按目前的消耗速度，世界上的煤炭储量只能足够人类使用30～45年。而我国的电力能源结构仍以燃煤机组为主，煤炭的短缺将制约电力的发展，据统计，2010年我国燃煤缺口5亿吨，到2020年将缺口13亿吨，节约煤炭等能源任重而道远。燃煤的开采和消费又加剧了空气、土壤的污染，危及人类的生存条件，环境治理同样需要大量的资金。节约燃料资源和保护环境不仅是为我们的子孙福祉着想，也为了增加电网经济效益作为出发点的，这也是节能发电调度的目的。燃煤在贮存、卸载、转运过程存在巨大损耗和环境污染的问题是众所周知的事情，只是还没有得到有效的治理，2012年10月29日《羊城晚报》A5版刊登了有关广州市西基码头储煤场扬尘污染周围居民环境问题，此外，某电力企业也因为煤炭造成的小孩的“血铅”问题而被迫关闭引起人们的关注。

煤炭储存过程的损耗主要由三个方面引起的：一是扬尘造成的，粉尘的产生方式有动态扬尘和静态扬尘两种。动态扬尘产生的因素包括在装卸、转载时煤炭由于受自由落体的空气挤压作用而产生的扬尘，以及煤炭在皮带上输送时由于皮带牵引气流的作用而产生的扬尘。而静态扬尘是存煤受来流风的风力作用下会形成的。二是雨水冲刷造成的损耗，受雨水冲刷和渗透作用造成部分煤颗粒随着雨水汇集而成的径流进入沟渠中流走而造成的损耗，损耗数量与雨季的长短、雨量的大小等因素有关；雨水还造成煤的低位发热量下降，每提高水分含量1％，低位发热量下降200～300MJ/kg,相当于提高煤耗1％以上，南方雨水多，对于露天煤场来说，年平均含水量将提高2％以上，相当于提高煤耗2％以上。三是储煤被空气氧化造成损耗，不同品种的煤中在存放过程都会受到一定程度的氧化，煤化程度越低的煤更容易被氧化，储存半年时间，高挥发分的气煤、长焰煤化学损失约为5％左右，而褐煤甚至达到5％以上。由扬尘、雨水冲刷、氧化造成的损耗可以达到3％，如果再考虑由于雨水影响造成煤中水分增加的问题，相当于提高煤耗5％以上，据统计2008年广东省的用煤量达到1亿吨，其中电煤占62.7％，也就是6270万吨，近年电力发展迅猛，装机容量10％的增长率计算，2013年的电煤可达到1亿吨左右，燃煤储存损耗达到500多万吨。

扬尘、雨水冲刷、煤质氧化还引起严重的环境污染问题。扬尘对环境的污染包括动态扬尘和静态扬尘，动态扬尘主要产生于空间闭塞、粉尘难以散发的空间，空气含尘量高达200～2200mg/m³，对作业人员的人体伤害非常之大；静态的煤堆扬尘直接进入大气，煤尘雾是大气中灰霾的主要来源，其中有16％的灰霾来自于煤尘雾，因此2013年2月国家电监会紧急发文要求企业应对由煤尘引起的灰霾问题，PM10以下的煤尘对人的呼吸道和肺部的伤害最大，特别是PM2.5可以直接沉积在人的肺部，容易产生矽肺，对人体是致命性的伤害，除了对人体产生危害之外，对其它动植物同样伤害极大，沉降在植物叶子上的煤尘容易造成植物枯萎。含煤污水对环境的污染也非常严重，受含煤污水污染的河流中的鱼类会大量死亡，人体饮用含煤污水污染的水会患上消化道的疾病，值得一提的是煤中含有铬、镉、铅等几十种有害元素，虽然这些元素在煤的含量较小，但是对人体的危害却不可估量，值得一提的是这些有害元素能够通过雨水往河流、土壤迁移，人体饮用这些受污染的水，容易产生各种疾病，例如：镉元素主要积累于人体的肝、肾、骨骼中，长期摄入引起肾功能不全，镉还能够破坏人体中Ca，引起“骨痛病”，此外，镉通过置换锌而破坏锌酶的作用，引起血压变化和心血管的疾病。铅元素进入血液中之后，阻碍血液与营养和氧气的结合，造成营养和氧气的供应不足，对人体的器官造成严重的伤害，如：消化道溃疡、动脉硬化，特别是对神经系统的伤害，可以造成智力下降，小孩对铅的敏感度更高。煤在氧化过程产生有毒的SO₂等有毒气体排放到空气中，对人体的呼吸系统等器官的伤害非常严重，如果和粉尘联合作用对人体伤害更大，可以使肺泡纤维化，严重时肺泡破裂引起肺气肿危及生命，SO₂还形成酸雨灼伤农作物。

目前，对于扬尘、雨水冲刷、煤质氧化的治理技术主要以物理方法为主，存在着治理费用昂贵、效果差、功能单一的缺点。治理扬尘问题采用以下两种方法：①洒水方法，洒水的方法增加了煤流表面或者煤堆表面煤的含水量，增大了煤颗粒的质量，因此有一定的抑尘作用，但是水分很快被蒸发掉，有效抑尘维持时间短，耗水量高，洒水还造成煤的含水量升高，使其低位发热量降低，降低了锅炉的热效率，总体效果不理想；②通过大型建筑物隔离来风或者改变来风风向达到抑尘作用，如：防风墙、密闭式煤仓，对防尘有一定效果，但是投资成本大，动辄几千万或几个亿。治理雨水冲刷的措施：①物理隔离，通过塑料布对雨水的隔离作用达到防止雨水冲刷的危害，由于煤场的表面积非常大，覆盖或者取走塑料布的工作十分繁重，并且取料和堆料工作又十分频繁，覆盖塑料布的方式需要许多人力和物力，导致操作上不便利；②建筑物的隔离，如：干煤棚、密闭式煤仓，对防止雨水冲刷也有一定作用，但是成本极高。防止煤氧化的方法是通过减少煤炭与空气的接触面积和接触时间，如：分层压实、烧旧存新，有一定的效果，但工作量大。此外，防风墙、密闭式煤仓、干煤棚的功能单一，防风墙只能抑尘，干煤棚主要是防雨功能，密闭式煤仓具有防风挡雨作用，但是氧化产生SO₂无法散发出去，对工作人员危害极大。

对于扬尘、雨水冲刷、煤质氧化的技术中，可以采用喷洒化学抑尘剂法，此法具有治理效果好、成本低的特点。现有技术中对抑尘剂的研究主要有：①以改性纤维素或改性淀粉、改性纳米粒子等为原料的新型核膜结构的煤炭抑尘剂；②以改性纤维素或改性淀粉、纳米粒子母体、乙醇等为原料的核膜结构的煤炭抑尘剂；③以聚乙烯醇、甲基纤维素、海藻酸钠、二甲基硅油等为原料的散煤运输抑尘剂；④以木质素磺酸盐、淀粉、丙烯腈、丙烯酸、丙烯酸丁酯、醋酸乙烯酯为原料的煤炭抑尘剂。

上述煤炭抑尘剂虽然具有较好的抑尘效果，但是一般适用于煤炭运输过程中，并且由于组分多为淀粉、纤维素类物质，存在着粘结强度不高，防水性较差的问题，还有其也不适用于露天煤堆的抑尘。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种适用于露天煤堆的煤堆表面隔水性覆盖剂。

解决上述技术问题的具体技术方案如下：

一种煤堆表面隔水性覆盖剂，所述煤堆表面隔水性覆盖剂主要包括下述重量百分比的原料制备而成：

在其中一些实施例中，所述煤堆表面隔水性覆盖剂主要由下述重量百分比的原料制备而成：

在其中一些实施例中，所述羧甲基纤维素钠的分子量为500-1500。

在其中一些实施例中，所述羧甲基纤维素钠的分子量为800-1200。

在其中一些实施例中，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种。

在其中一些实施例中，所述脂肪醇聚氧乙烯醚中烃基碳链中C的个数为4-20，聚合度n为3-15。

在其中一些实施例中，所述脂肪醇聚氧乙烯醚中烃基碳链中C的个数为6-10，聚合度n为3-7。

在其中一些实施例中，所述脂肪醇聚氧乙烯醚为渗透剂JFC。

在其中一些实施例中，所述大豆分离蛋白的有效组分即蛋白质含量在90％以上。

本发明的另一目的在于提供一种煤堆表面隔水性覆盖剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将大豆分离蛋白、羧甲基纤维素钠、表面活性剂和适量水混合，反应，得混合液；所述反应的温度为30-80℃，时间为0.5-1h；

(2)将甲基硅酸钠和剩余的水混合，得甲基硅酸钠溶液；

(3)待混合液冷却，将混合液和甲基硅酸钠溶液混匀，即可。

在其中一些实施例中，步骤(1)所述的反应的温度为55-65℃，时间为0.5-0.6h。

在其中一些实施例中，步骤(2)所述的甲基硅酸钠溶液的浓度为25-35％w/w。

本发明所述的煤堆表面隔水性覆盖剂及其制备方法具有以下优点和有益效果：

(1)本发明经发明人大量的实验和研究，得出：将大豆分离蛋白、羧甲基纤维素钠、表面活性剂、甲基硅酸钠和水以特定比例进行复配制得的煤堆表面隔水性覆盖剂，其具有良好的抑尘性能、粘结性能、防风性能和防雨水性能，且耐阳光暴晒，故适用于露天煤堆，可有效的满足电厂中露天煤堆的抑尘要求；另外，由于该隔水性覆盖剂所用原料多为天然产物，且为可燃物质，故其无毒、无害，且易降解，不会造成环境污染，也不会影响煤炭的燃烧值；

(2)本发明所述煤堆表面隔水性覆盖剂具有良好的粘结性能，喷洒在煤堆后，可形成的一层具有一定的强度和韧性的固化层，不易破碎，故可长时间保持较高的抑尘效果；其还具有良好的防水性能，故在雨天时，可有效防止雨水进入煤堆而增加煤炭的含水率，也可以有效的防止雨水将煤炭冲走从而造成煤炭损失和环境污染；其还有良好的防风性能好，即使用较低的浓度溶液喷洒，在较强的风力如7级风的作用下，依然可以保持99％以上的防风率；

(3)本发明所述制备方法简单操作，对反应装置要求较低，且反应过程中所需温度不高，加热时间也不长，能量消耗量低，适用于工业化生产；另外，该煤堆表面隔水性覆盖剂剂在使用时，对仪器设备也没有任何腐蚀作用。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明做进一步说明。

下述实施例中所述3010型甲基硅酸钠购自济南兴飞隆化工有限公司；

大豆分离蛋白购自谷神生物科技集团有限公司；

渗透剂JFC购自江苏省海安石油化工厂。

实施例1

本实施例一种煤堆表面隔水性覆盖剂，所述煤堆表面隔水性覆盖剂是由下述重量的原料制备而成的：

大豆分离蛋白：1g，

羧甲基纤维素钠(分子量为800-1200)：0.1g，

十二烷基磺酸钠：0.1g，

30％甲基硅酸钠水溶液：1.67g，含甲基硅酸钠：0.5g，

水：补足至100g。

上述煤堆表面隔水性覆盖剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将1g大豆分离蛋白、0.1g羧甲基纤维素钠、0.1g十二烷基磺酸钠和70g水加入反应釜中搅拌加热到60℃，反应0.5h，得混合液；

(2)将混合液冷却完全后，加入1.67g30％甲基硅酸钠水溶液(3010型甲基硅酸钠)，并加水将溶液补足到100g，充分搅拌均匀，得到黄绿色溶液，即为煤堆表面隔水性覆盖剂。

上述煤堆表面隔水性覆盖剂的使用方法如下：

将煤堆表面隔水性覆盖剂充分搅拌，使其起泡，后注入喷雾器中，向露天煤堆上均匀喷洒在露天煤堆表面，即可。

抑尘性能测试结果：经测量，该煤堆表面隔水性覆盖剂粘度为3.24mP·s，pH为11.39，以3kg/m²的剂量喷洒到煤堆表面，可得其抗压强度为432kPa，以14-15m/s的风力即7级风的作用下，可以观察到煤堆的表面没有任何变化，没有扬尘的产生，防风率达到了99％以上。

耐阳光曝晒性能测试：将喷洒抑尘剂后的煤堆放在氙灯灯光下照射2小时，再测试防风性能，发现固化层没有出现破损，防风率依然在99％以上，说明该固化层具有比较好的耐阳光曝晒性能。

防水性能测试：将煤堆表面隔水性覆盖剂与煤粉混合制成圆柱体煤块模型，分别测量模型在浸水前及浸水1h后的抗压强度，经测量，浸水前煤块抗压强度为478kPa，浸水后煤块抗压强度为505kPa，浸水前后煤块抗压强度相当，故抑尘剂喷洒后在煤堆表面形成的固化层具有良好的防水性。

实施例2

本实施例一种煤堆表面隔水性覆盖剂，所述煤堆表面隔水性覆盖剂是由下述重量的原料制备而成的：

大豆分离蛋白：1g，

羧甲基纤维素钠(分子量为800-1200)：0.2g，

十二烷基苯磺酸钠：0.2g，

30％甲基硅酸钠：1.67g，含甲基硅酸钠：0.5g，

水：补足至100g。

上述煤堆表面隔水性覆盖剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将1g大豆分离蛋白、0.2g羧甲基纤维素钠、0.2g十二烷基苯磺酸钠和70g水加入反应釜中搅拌加热到60℃，反应半个小时,得混合液；

(2)将混合液冷却完全后，加入1.67g30％甲基硅酸钠水溶液(型号3010甲基硅酸钠)，并加水将溶液补充到100g，充分搅拌均匀，得到黄绿色溶液，即为煤堆表面隔水性覆盖剂。

将煤堆表面隔水性覆盖剂均匀喷洒在露天煤堆表面，进行测定(使用方法参见实施例1)。

抑尘性能测试结果：经测量，该煤堆表面隔水性覆盖剂粘度为5.55mPa·s，pH为11.35，以3kg/m²的剂量喷洒到煤堆表面，可得其抗压强度为457kPa，以14-15m/s的风力即7级风的作用下，可以观察到煤堆的表面没有任何变化，没有扬尘的产生，防风率达到了99％以上。

耐阳光曝晒性能测试：将喷洒抑尘剂后的煤堆放在氙灯灯光下照射2小时，再测试防风性能，发现固化层没有出现破损，防风率依然在99％以上，该固化层具有比较好的耐阳光曝晒性能。

防水性能测试：将煤堆表面隔水性覆盖剂与煤粉混合制成圆柱体煤块模型，分别测量模型在浸水前及浸水1h后的抗压强度，经测量，浸水前煤块抗压强度为469kPa，浸水后煤块抗压强度为483kPa，浸水前后煤块抗压强度相当，故抑尘剂喷洒后在煤堆表面形成的固化层具有良好的防水性。

实施例3

本实施例一种煤堆表面隔水性覆盖剂，所述煤堆表面隔水性覆盖剂是由下述重量的原料制备而成的：

大豆分离蛋白：0.1g，

羧甲基纤维素钠(分子量为800-1200)：0.1g，

十二烷基磺酸钠：0.1g，

30％甲基硅酸钠：1.67g，含甲基硅酸钠：0.5g，

水：补足至100g。

上述煤堆表面隔水性覆盖剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将0.1g大豆分离蛋白、0.1g羧甲基纤维素钠、0.1g十二烷基磺酸钠和70g水加入反应釜中搅拌加热到60℃，反应半个小时,得混合液；

(2)将混合液冷却完全后，加入1.67g30％甲基硅酸钠水溶液(3010型甲基硅酸钠)，并加水将溶液补足到100g，充分搅拌均匀，得到黄绿色溶液，即为煤堆表面隔水性覆盖剂。

将煤堆表面隔水性覆盖剂均匀喷洒在露天煤堆表面，进行测定(使用方法参见实施例1)。

抑尘性能测试结果：经测量，该煤堆表面隔水性覆盖剂粘度为1.88mPa·s，pH为11.42，以3kg/m²的剂量喷洒到煤堆表面，可得其抗压强度为182.9kPa，以14-15m/s的风力即7级风的作用下，可以观察到煤堆的表面没有任何变化，没有扬尘的产生，抗风率达到了99％以上。

耐阳光曝晒性能测试：将喷洒抑尘剂后的煤堆放在氙灯灯光下照射2小时，再测试防风性能，发现固化层没有出现破损，防风率依然在99％以上，该固化层具有比较好的耐阳光曝晒性能。

防水性能测试：将煤堆表面隔水性覆盖剂与煤粉混合制成圆柱体煤块模型，分别测量模型在浸水前及浸水一小时后的抗压强度，经测量，浸水前煤块抗压强度为176.7kPa，浸水后煤块抗压强度为192.0kPa，浸水前后煤块抗压强度相当，故抑尘剂喷洒后在煤堆表面形成的固化层具有良好的防水性。

实施例4

本实施例一种煤堆表面隔水性覆盖剂，所述煤堆表面隔水性覆盖剂是由下述重量的原料制备而成的：

大豆分离蛋白：0.1g，

羧甲基纤维素钠(分子量为800-1200)：0.05g，

十二烷基硫酸钠：0.05g，

30％甲基硅酸钠：0.03333g，含甲基硅酸钠：0.01g，

水：补足至100g。

上述煤堆表面隔水性覆盖剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将0.1g大豆分离蛋白、0.05g羧甲基纤维素钠、0.05g十二烷基磺酸钠和70g水加入反应釜中搅拌加热到30℃，反应1小时，得混合液；

(2)将混合液冷却完全后，加入0.03333g30％甲基硅酸钠水溶液(3010型甲基硅酸钠)，并加水将溶液补足到100g，充分搅拌均匀，得到黄绿色溶液，即为煤堆表面隔水性覆盖剂。

抑尘性能测试结果：经测量：该煤堆表面隔水性覆盖剂粘度为1.34mPa·s，pH为11.19，以3kg/m²的剂量喷洒到煤堆表面，可得其抗压强度为161.6kPa，以14-15m/s的风力即7级风的作用下，可以观察到煤堆的表面没有任何变化，没有扬尘的产生，防风率达到了99％以上。

耐阳光曝晒性能测试：将喷洒抑尘剂后的煤堆放在氙灯灯光下照射2小时，再测试防风性能，发现固化层没有出现破损，防风率依然在99％以上，该固化层具有比较好的耐阳光曝晒性能。

防水性能测试：将煤堆表面隔水性覆盖剂与煤粉混合制成圆柱体煤块模型，分别测量模型在浸水前及浸水一小时后的抗压强度，经测量，浸水前煤块抗压强度为159.5kPa，浸水后煤块抗压强度为154.1kPa，浸水前后煤块抗压强度相当，故抑尘剂喷洒后在煤堆表面形成的固化层具有良好的防水性。

实施例5

本实施例一种煤堆表面隔水性覆盖剂，所述煤堆表面隔水性覆盖剂是由下述重量的原料制备而成的：

大豆分离蛋白：5g，

羧甲基纤维素钠(分子量为800-1200)：0.3g，

脂肪醇聚氧乙烯醚(渗透剂JFC)：0.3g，

30％甲基硅酸钠：10g，含甲基硅酸钠：3g，

水：补足至100g。

上述煤堆表面隔水性覆盖剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将5g大豆分离蛋白、0.3g羧甲基纤维素钠、0.3g十二烷基磺酸钠和70g水加入反应釜中搅拌加热到80℃，反应1小时,得混合液；

(2)将混合液冷却完全后，加入10g30％甲基硅酸钠水溶液(3010型甲基硅酸钠)，并加水将溶液补足到100g，充分搅拌均匀，得到黄绿色溶液，即为煤堆表面隔水性覆盖剂。

抑尘性能测试结果：经测量，该煤堆表面隔水性覆盖剂粘度为21.65mPa·s，pH为12.18，以3kg/m²的剂量喷洒到煤堆表面，可得其抗压强度为1345kPa，以14-15m/s的风力即7级风的作用下，可以观察到煤堆的表面没有任何变化，没有扬尘的产生，防风率达到了99％以上。

耐阳光曝晒性能测试：将喷洒抑尘剂后的煤堆放在氙灯灯光下照射2小时，再测试防风性能，发现固化层没有出现破损，防风率依然在99％以上，该固化层具有比较好的耐阳光曝晒性能。

防水性能测试：将煤堆表面隔水性覆盖剂与煤粉混合制成圆柱体煤块模型，分别测量模型在浸水前及浸水一小时后的抗压强度，经测量，浸水前煤块抗压强度为1322kPa，浸水后煤块抗压强度为1383kPa，浸水前后煤块抗压强度相当，故抑尘剂喷洒后在煤堆表面形成的固化层具有良好的防水性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种煤堆表面隔水性覆盖剂，其特征在于，所述煤堆表面隔水性覆盖剂主要由下述重量百分比的原料制备而成：

2.根据权利要求1所述的煤堆表面隔水性覆盖剂，其特征在于，所述煤堆表面隔水性覆盖剂主要由下述重量百分比的原料制备而成：

3.根据权利要求1或2所述的煤堆表面隔水性覆盖剂，其特征在于，所述羧甲基纤维素钠的分子量为500-1500。

4.根据权利要求3所述的煤堆表面隔水性覆盖剂，其特征在于，所述羧甲基纤维素钠的分子量为800-1200。

5.根据权利要求1或2所述的煤堆表面隔水性覆盖剂，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的煤堆表面隔水性覆盖剂，其特征在于，所述脂肪醇聚氧乙烯醚中烃基碳链中C的个数为4-20，聚合度n为3-15。

7.根据权利要求6所述的煤堆表面隔水性覆盖剂，其特征在于，所述脂肪醇聚氧乙烯醚中烃基碳链中C的个数为6-10，聚合度n为3-7。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的煤堆表面隔水性覆盖剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将大豆分离蛋白、羧甲基纤维素钠、表面活性剂和适量水混合，反应，得混合液；所述反应的温度为30-80℃，时间为0.5-1h；

(2)将甲基硅酸钠和剩余的水混合，得甲基硅酸钠溶液；

(3)待混合液冷却，将混合液和甲基硅酸钠溶液混匀，即可，

步骤(2)所述的甲基硅酸钠溶液的浓度为25-35％w/w。

9.根据权利要求8所述的煤堆表面隔水性覆盖剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的反应的温度为55-65℃，时间为0.5-0.6h。