CN106869988B - 一种防止煤炭自燃用阻化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防止煤炭自燃用阻化剂的制备方法，属于阻化剂制备技术领域。本发明先将珍珠石用有机酸浸泡、煅烧，增大珍珠石的孔容与比表面积，再与壳聚糖、生活污水混合发酵，用微生物腐蚀珍珠岩增加孔隙率，并使含有活性基团的壳聚糖负载于珍珠岩上，增加吸水量同时中断煤氧化反应链，然后将蛋白粉与十二烷基苯磺酸钠等混合加热，待冷却后与改性珍珠岩、氨基磺酸胍混合制得基料，蛋白膜具有优良的气体阻隔性，可隔绝氧气，且氨基磺酸胍可分解吸热并生成不燃气体，抑制煤自燃，最后与硅酸钠、黄原胶等混合出料，即可得防止煤炭自燃用阻化剂，本发明制得的阻化剂阻化效果好、效率高，且阻化寿命长，无火灾危险性，具有较好的使用前景。
Description
技术领域
本发明公开了一种防止煤炭自燃用阻化剂的制备方法，属于阻化剂制备技术领域。
背景技术
煤炭自燃是煤炭矿井的重大灾害之一。在我国国有重点煤矿中，存在较严重煤自燃的矿井占矿井总数的56%，由煤自燃而引起的火灾占矿井火灾总数的90～94%。煤炭自燃严重威胁到煤矿矿井的安全生产，并且还可能引起瓦斯爆炸造成重大人员伤亡，破坏资源设备造成重大的经济损失等。
防治煤炭自燃的主要原则是阻止煤氧化过程的发生和消除热量集聚。现有防治矿井煤自燃的阻化剂可分为物理阻化剂和化学阻化剂两大类。物理阻化剂主要以无机盐为主，包括氯化钠、氯化钙和氯化镁等，由于这类无机盐具有较强的吸水性，当它们附着在煤的表面时可以吸收空气中的水份，从而降低煤层的温度并在煤粒表面形成含水液膜，阻止煤与氧接触，起到隔氧阻化作用，然而物理阻化剂改变的只是煤及其环境的物理条件，不能从根本上解决煤自燃的危险，随着阻化剂的消耗流失，其阻化效果也逐渐消失，因此这些阻化剂存在着阻化效果差、阻化衰退期短等缺点，相对而言，化学阻化剂是近年来提出的新型阻化剂，主要是针对煤炭自燃的机理，采用化学反应破坏或减少煤体中反应活性较高的官能团或中间体，从而阻止煤的氧化，具有不可逆性，防灭火效果不随外在条件改变而发生改变，阻化效果优于物理阻化剂。现在常用的化学阻化剂主要是氧化剂，其主要作用是使煤中的活性基团被氧化而失去氧化性，降低煤的自燃倾向性。但是，由于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，操作不当会造成严重损失，且阻化剂的阻化效果不甚理想，阻化寿命较短，导致其使用受限。
现有的上述传统方法对煤炭自燃要求较高的矿井煤都难以达到理想的防治效果，因此，寻求一种高效、阻化效果好的阻化剂成为亟需解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对传统的煤炭自燃阻化剂阻化效果差、阻化寿命短，且具有较大的火灾危险性的缺陷，提供一种用有机酸增大珍珠石的孔容与比表面积，再用微生物腐蚀珍珠岩增加孔隙率，然后再负载吸湿性壳聚糖，再复配表面活性剂、氨基磺酸胍等制备防止煤炭自燃用阻化剂的方法，本发明先将珍珠石用有机酸浸泡、煅烧，增大珍珠石的孔容与比表面积，再与壳聚糖、生活污水混合发酵，用微生物腐蚀珍珠岩增加孔隙率，并使含有活性基团的壳聚糖负载于珍珠岩上，增加吸水量同时中断煤氧化反应链，然后将蛋白粉与十二烷基苯磺酸钠等混合加热，待冷却后与改性珍珠岩、氨基磺酸胍混合制得基料，蛋白膜具有优良的气体阻隔性，可隔绝氧气，且氨基磺酸胍可分解吸热并生成不燃气体，抑制煤自燃，最后与硅酸钠、黄原胶等混合出料，即可得防止煤炭自燃用阻化剂，本发明制得的阻化剂阻化效果好、效率高，且阻化寿命长，无火灾危险性，具有较好的使用前景。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取400～500g珍珠石加入到粉碎机中粉碎，并过80～100目筛，收集过筛物，将过筛物加入到盛有质量分数为15%柠檬酸溶液的烧杯中，浸泡处理30～40min后，过滤并收集滤渣，将滤渣移入马弗炉中，加热升温至450～550℃，保温煅烧1～2h后取出，得到预处理珍珠石；
（2）将上述预处理珍珠石、壳聚糖和生活污水按质量比1:2:15加入到烧杯中，用塑料薄膜密封烧杯，并将烧杯移入阴凉处放置10～15天，使生活污水中的微生物发酵，待发酵结束，将发酵产物移入灭菌箱中，控制灭菌箱温度在95～100℃，高温灭菌15～20min，将灭菌后的物料移入离心机中，以4000～5000r/min的转速离心处理15～20min，收集沉淀，并用水清洗3～5次，得到改性珍珠岩；
（3）称取30～40g蛋白粉加入到盛有400～500mL水的烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制温度在50～60℃，再加入3～5g十二烷基苯磺酸钠和1～3g硅烷偶联剂KH-550，搅拌混合15～20min，停止加热，待温度自然冷却至室温后，再加入50～60g上述改性珍珠岩和8～12g氨基磺酸胍，搅拌混合30～40min，得到基料；
（4）按重量份数计，称取50～60份上述基料，2～5份硅酸钠、1～3份硫酸铝、1～3份椰油脂肪酸二乙醇胺、8～12份黄原胶，加入到搅拌机中，搅拌混合20～30min后，出料，即可得到防止煤炭自燃用阻化剂。
本发明的应用方法是：首先按质量比1:40～1:50，将本发明制得的阻化剂与水在常温下搅拌混合3～5min，随后将混合均匀的阻化剂溶液利用喷洒机均匀喷洒在煤炭表面，阻化剂溶液喷洒量为1～2L/kg，待全部喷洒完毕，使煤炭自然风干即可。经检测，本发明制得的阻化剂喷洒在煤炭表面后，煤炭在水分蒸发阶段的活化能为40.5～42.3kJ/mol，较原煤提高了30.5～32.5%，而煤炭在吸氧氧化阶段的活化能为3.05～3.25kJ/mol，较原煤提高了183～192%，同时阻化剂使用后可使煤炭着火点提高至150℃以上，阻化效果显著，阻化率达94%以上，与传统阻化剂相比，阻化率提高了15～20%，且本发明阻化剂阻化寿命长，寿命较传统阻化剂延长了25～30天。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制得的阻化剂能高效发挥对煤炭的阻化作用，同时阻化寿命长，效率高，阻化剂不存在安全隐患，且操作简便，对煤的加工、仓储及运输具有广阔的应用前景；
（2）本发明制得的阻化剂能够有效的预防煤炭自燃火灾的发生，降低矿井防灭火的成本，特别是提高矿井内因火灾防范的有效性、经济性和安全性，对煤矿生产具有十分重大的理论意义和现实意义。
具体实施方式
首先称取400～500g珍珠石加入到粉碎机中粉碎，并过80～100目筛，收集过筛物，将过筛物加入到盛有质量分数为15%柠檬酸溶液的烧杯中，浸泡处理30～40min后，过滤并收集滤渣，将滤渣移入马弗炉中，加热升温至450～550℃，保温煅烧1～2h后取出，得到预处理珍珠石；随后将上述预处理珍珠石、壳聚糖和生活污水按质量比1:2:15加入到烧杯中，用塑料薄膜密封烧杯，并将烧杯移入阴凉处放置10～15天，使生活污水中的微生物发酵，待发酵结束，将发酵产物移入灭菌箱中，控制灭菌箱温度在95～100℃，高温灭菌15～20min，将灭菌后的物料移入离心机中，以4000～5000r/min的转速离心处理15～20min，收集沉淀，并用水清洗3～5次，得到改性珍珠岩；再称取30～40g蛋白粉加入到盛有400～500mL水的烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制温度在50～60℃，再加入3～5g十二烷基苯磺酸钠和1～3g硅烷偶联剂KH-550，搅拌混合15～20min，停止加热，待温度自然冷却至室温后，再加入50～60g上述改性珍珠岩和8～12g氨基磺酸胍，搅拌混合30～40min，得到基料；最后按重量份数计，称取50～60份上述基料，2～5份硅酸钠、1～3份硫酸铝、1～3份椰油脂肪酸二乙醇胺、8～12份黄原胶，加入到搅拌机中，搅拌混合20～30min后，出料，即可得到防止煤炭自燃用阻化剂。
实例1
首先称取400g珍珠石加入到粉碎机中粉碎，并过80目筛，收集过筛物，将过筛物加入到盛有质量分数为15%柠檬酸溶液的烧杯中，浸泡处理30min后，过滤并收集滤渣，将滤渣移入马弗炉中，加热升温至450℃，保温煅烧1h后取出，得到预处理珍珠石；随后将上述预处理珍珠石、壳聚糖和生活污水按质量比1:2:15加入到烧杯中，用塑料薄膜密封烧杯，并将烧杯移入阴凉处放置10天，使生活污水中的微生物发酵，待发酵结束，将发酵产物移入灭菌箱中，控制灭菌箱温度在95℃，高温灭菌15min，将灭菌后的物料移入离心机中，以4000r/min的转速离心处理15min，收集沉淀，并用水清洗3次，得到改性珍珠岩；再称取30g蛋白粉加入到盛有400mL水的烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制温度在50℃，再加入3g十二烷基苯磺酸钠和1g硅烷偶联剂KH-550，搅拌混合15min，停止加热，待温度自然冷却至室温后，再加入50g上述改性珍珠岩和8g氨基磺酸胍，搅拌混合30min，得到基料；最后按重量份数计，称取50份上述基料，2份硅酸钠、1份硫酸铝、1份椰油脂肪酸二乙醇胺、8份黄原胶，加入到搅拌机中，搅拌混合20min后，出料，即可得到防止煤炭自燃用阻化剂。
本实例操作简便，使用时，首先按质量比1:40，将本发明制得的阻化剂与水在常温下搅拌混合3min，随后将混合均匀的阻化剂溶液利用喷洒机均匀喷洒在煤炭表面，阻化剂溶液喷洒量为1L/kg，待全部喷洒完毕，使煤炭自然风干即可。经检测，本发明制得的阻化剂喷洒在煤炭表面后，煤炭在水分蒸发阶段的活化能为40.5kJ/mol，较原煤提高了30.5%，而煤炭在吸氧氧化阶段的活化能为3.05kJ/mol，较原煤提高了183%，同时阻化剂使用后可使煤炭着火点提高至152℃，阻化效果显著，阻化率达95%，与传统阻化剂相比，阻化率提高了15%，且本发明阻化剂驻华寿命长，寿命较传统阻化剂延长了25天。
实例2
首先称取450g珍珠石加入到粉碎机中粉碎，并过90目筛，收集过筛物，将过筛物加入到盛有质量分数为15%柠檬酸溶液的烧杯中，浸泡处理35min后，过滤并收集滤渣，将滤渣移入马弗炉中，加热升温至500℃，保温煅烧1h后取出，得到预处理珍珠石；随后将上述预处理珍珠石、壳聚糖和生活污水按质量比1:2:15加入到烧杯中，用塑料薄膜密封烧杯，并将烧杯移入阴凉处放置13天，使生活污水中的微生物发酵，待发酵结束，将发酵产物移入灭菌箱中，控制灭菌箱温度在98℃，高温灭菌18min，将灭菌后的物料移入离心机中，以4500r/min的转速离心处理18min，收集沉淀，并用水清洗4次，得到改性珍珠岩；再称取35g蛋白粉加入到盛有450mL水的烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制温度在55℃，再加入4g十二烷基苯磺酸钠和2g硅烷偶联剂KH-550，搅拌混合18min，停止加热，待温度自然冷却至室温后，再加入55g上述改性珍珠岩和10g氨基磺酸胍，搅拌混合35min，得到基料；最后按重量份数计，称取55份上述基料，4份硅酸钠、2份硫酸铝、2份椰油脂肪酸二乙醇胺、10份黄原胶，加入到搅拌机中，搅拌混合25min后，出料，即可得到防止煤炭自燃用阻化剂。
本实例操作简便，使用时，首先按质量比1:45，将本发明制得的阻化剂与水在常温下搅拌混合4min，随后将混合均匀的阻化剂溶液利用喷洒机均匀喷洒在煤炭表面，阻化剂溶液喷洒量为1L/kg，待全部喷洒完毕，使煤炭自然风干即可。经检测，本发明制得的阻化剂喷洒在煤炭表面后，煤炭在水分蒸发阶段的活化能为41.4kJ/mol，较原煤提高了31.5%，而煤炭在吸氧氧化阶段的活化能为3.15kJ/mol，较原煤提高了188%，同时阻化剂使用后可使煤炭着火点提高至155℃，阻化效果显著，阻化率达96%，与传统阻化剂相比，阻化率提高了18%，且本发明阻化剂驻华寿命长，寿命较传统阻化剂延长了28天。
实例3
首先称取500g珍珠石加入到粉碎机中粉碎，并过100目筛，收集过筛物，将过筛物加入到盛有质量分数为15%柠檬酸溶液的烧杯中，浸泡处理40min后，过滤并收集滤渣，将滤渣移入马弗炉中，加热升温至550℃，保温煅烧2h后取出，得到预处理珍珠石；随后将上述预处理珍珠石、壳聚糖和生活污水按质量比1:2:15加入到烧杯中，用塑料薄膜密封烧杯，并将烧杯移入阴凉处放置15天，使生活污水中的微生物发酵，待发酵结束，将发酵产物移入灭菌箱中，控制灭菌箱温度在100℃，高温灭菌20min，将灭菌后的物料移入离心机中，以5000r/min的转速离心处理20min，收集沉淀，并用水清洗5次，得到改性珍珠岩；再称取40g蛋白粉加入到盛有500mL水的烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制温度在60℃，再加入5g十二烷基苯磺酸钠和3g硅烷偶联剂KH-550，搅拌混合20min，停止加热，待温度自然冷却至室温后，再加入60g上述改性珍珠岩和12g氨基磺酸胍，搅拌混合40min，得到基料；最后按重量份数计，称取60份上述基料，5份硅酸钠、3份硫酸铝、3份椰油脂肪酸二乙醇胺、12份黄原胶，加入到搅拌机中，搅拌混合30min后，出料，即可得到防止煤炭自燃用阻化剂。
本实例操作简便，使用时，首先按质量比1:50，将本发明制得的阻化剂与水在常温下搅拌混合5min，随后将混合均匀的阻化剂溶液利用喷洒机均匀喷洒在煤炭表面，阻化剂溶液喷洒量为2L/kg，待全部喷洒完毕，使煤炭自然风干即可。经检测，本发明制得的阻化剂喷洒在煤炭表面后，煤炭在水分蒸发阶段的活化能为42.3kJ/mol，较原煤提高了32.5%，而煤炭在吸氧氧化阶段的活化能为3.25kJ/mol，较原煤提高了192%，同时阻化剂使用后可使煤炭着火点提高至158℃，阻化效果显著，阻化率达97%，与传统阻化剂相比，阻化率提高了20%，且本发明阻化剂驻华寿命长，寿命较传统阻化剂延长了30天。
Claims (1)
1.一种防止煤炭自燃用阻化剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取400～500g珍珠石加入到粉碎机中粉碎，并过80～100目筛，收集过筛物，将过筛物加入到盛有质量分数为15%柠檬酸溶液的烧杯中，浸泡处理30～40min后，过滤并收集滤渣，将滤渣移入马弗炉中，加热升温至450～550℃，保温煅烧1～2h后取出，得到预处理珍珠石；
（2）将上述预处理珍珠石、壳聚糖和生活污水按质量比1:2:15加入到烧杯中，用塑料薄膜密封烧杯，并将烧杯移入阴凉处放置10～15天，使生活污水中的微生物发酵，待发酵结束，将发酵产物移入灭菌箱中，控制灭菌箱温度在95～100℃，高温灭菌15～20min，将灭菌后的物料移入离心机中，以4000～5000r/min的转速离心处理15～20min，收集沉淀，并用水清洗3～5次，得到改性珍珠岩；
（3）称取30～40g蛋白粉加入到盛有400～500mL水的烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制温度在50～60℃，再加入3～5g十二烷基苯磺酸钠和1～3g硅烷偶联剂KH-550，搅拌混合15～20min，停止加热，待温度自然冷却至室温后，再加入50～60g上述改性珍珠岩和8～12g氨基磺酸胍，搅拌混合30～40min，得到基料；
（4）按重量份数计，称取50～60份上述基料，2～5份硅酸钠、1～3份硫酸铝、1～3份椰油脂肪酸二乙醇胺、8～12份黄原胶，加入到搅拌机中，搅拌混合20～30min后，出料，即可得到防止煤炭自燃用阻化剂。
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