CN109736874A - 一种新型复合瓦斯抑爆剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型复合瓦斯抑爆剂，由无机填料、多孔矿物材料、无机磷系物质组成。将以上组分粉碎并均匀混合干燥后即可得到瓦斯抑爆剂。本发明所制备的多孔矿物材料复合抑爆剂具有质地细腻、均匀、成本低廉、吸潮性低、高效抑制爆、易于工业化生产等优点，可在瓦斯抑爆领域获得应用。

Description

一种新型复合瓦斯抑爆剂

技术领域

本发明涉及一种复合抑爆材料及其制备方法。

背景技术

瓦斯爆炸是煤矿采掘、工业生产以及日常生活中的重大灾害之一，严重影响安全生产效率和工人生命安全。瓦斯爆炸机理主要是链式反应机理和热爆炸理论。热爆炸理论认为可燃性气体受高温作用后以一定的速度发生化学反应，并放出大量燃烧热使系统温度升高，温度的升高又会加快化学反应和热量释放的速率，使系统温度进一步升高，温度和反应速率之间的正耦合作用能够加剧爆炸反应的进行。同时，热量释放速率与温度是呈非线性指数关系的，而热量损失的速率与温度近似线性关系，系统放热速度大于散热速度使化学反应产生的热量不能及时散失，在可燃性气体中积聚，热量积累和损失的失衡导致反应恶化，使其形成正反馈机制。链式反应机理认为瓦斯爆炸属于分支链式反应，由链引发、链传递、链分支、链终止等阶段构成，一次反应可以生成两个活化中心，OH·和O·自由基是维持燃烧链锁反应的关键自由基，是引发爆炸反应的关键环节，它们具有较高的能量，活泼性高，一经生成立即引发下一步反应，生成更多的自由基，使燃烧过程得以延续且不断扩大，如此循环不止，化学反应也越来越快，最后发展为爆燃或爆轰式的氧化反应即产生瓦斯爆炸。

当前使用的抑爆剂大多为单一组分的粉体，如二氧化硅纳米粉体、碳酸盐粉体、磷酸盐粉体，考虑到其制作成本较高、易吸潮结块、流动性以及分散性较差的劣势，不能满足大量的工业生产需求。程方明等人研究发现质量浓度为0.1g/L、粒径为50nm的SiO₂粉体可使瓦斯与空气混合气体(瓦斯体积分数为7％)爆炸最大压力平均降低幅度为70％，最大压力上升速率的平均降低幅度为90％，对较高瓦斯浓度的爆炸抑制效果不明显，且二氧化硅价格为135元/500g，较为昂贵。余明高等人研究表明质量浓度为0.15g/L的改性赤泥粉体可使甲烷－空气预混气体(瓦斯体积分数为9.5％)的爆炸最大压力平均降低幅度为30％，王燕等人利用浓度0.10g/L的碳酸氢钠-赤泥粉体，可使甲烷－空气预混气体(瓦斯体积分数为9.5％)的爆炸最大压力降低44.9％，最大压力上升速率的平均降低幅度约为96.3％，但赤泥粉体改性过程复杂，很难做到大量投产。王秋红等人研究表明，质量浓度为0.25g/L氢氧化铝粉体可使瓦斯与甲烷混合气体(瓦斯体积分数9.5％)的爆炸最大压力平均降低幅度为11.08％，最大压力上升速率的平均降低幅度为66.15％，抑制效果较差。如何获得性价比高且环保的抑爆剂是瓦斯安全领域的研究重点之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种瓦斯抑爆效果好，且价格较为低廉，可以大量工业生产的的复合抑爆材料。

本发明的技术方案可以通过以下技术措施来实现：

一种新型复合瓦斯抑爆剂，包括以下组分：

无机填料2份；

多孔矿物材料1-3份；

无机磷系物质5份。

优选地，所述各组分以粉体形式共混，粉体粒径为5～20μm，优选12μm。

优选地，所述无机填料为氢氧化铝。

优选地，所述多孔矿物材料为高岭土、沸石、海泡石、蛭石、膨胀珍珠岩、蒙脱土、勃姆石粉体中的任意一种或者多种的混合物。

优选地，所述多孔矿物材料为高岭土、沸石或高岭土和沸石粉体的混合物。

优选地，无机磷系物质为聚磷酸铵。

本发明还提供上述新型复合瓦斯抑爆剂的制备方法，将各个原料研磨粉碎成粉末并置于50～60℃真空干燥箱中干燥12～36小时，按照比例混合均匀，将混合后的产品再次在50～60℃条件下干燥12～36小时即可得到成品。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1，本发明粉体抑爆剂相较于液体和水雾抑爆剂，具有易运输、易储存以及储存时效长的优点，使其能广泛应用于瓦斯抑爆领域。

2，本产品价格低廉，制作过程简单，可以大量工业生产，少量抑爆剂即可达到明显抑制效果。

3，多孔矿物材料具有较大的表面积、空隙发达、细腻松散、质轻和不含有害化学物质等特点，并且自然界储备丰富且价格低廉，通过工业生产可以大量获取，能有效降低抑爆材料的成本，多孔矿物材料的微孔结构可对爆炸过程中所产生的能量进行分散、疏导储存。多孔矿物材料具有良好的热稳定性，对热的低传导性和屏障作用，是燃烧爆炸过程中的非活性物质，孔隙结构增加了其与自由基的接触面积，减少了参与链式反应的活化自由基数量，致使燃烧的链反应受到抑制甚至中断，从而抑制瓦斯爆炸。另外，可将抑爆剂的某些组分通过高速搅拌可插入多孔矿物材料中储存，进一步降低某些抑爆剂的吸潮率，改善复合抑爆剂的分散性和流动性，提高复合抑爆剂的抑爆性能。

本发明将传统的抑爆粉体、工业副产品或自然界富含的具有潜在抑爆性能的矿物材料、无机填料等物质相结合，制造出了新型复合型抑爆粉体材料，降低制备成本和吸湿率，改善了其流动性，提高其抑爆性能，其制作方法简单可工业化生产。

具体实施方式

为使本发明更加容易理解，下面将进一步阐述本发明的具体实施例。

实施例1

将原料氢氧化铝、高岭土粉体以及聚磷酸铵按照质量比例为2：1：5进行配料。将上述所有配料粉碎至均匀粉体并按照上述配比在高速搅拌机中混合均匀，将混合后的产品干燥即得到成品。

实施例2

制备方法与实施例1相同，不同之处在于，氢氧化铝、高岭土粉体以及聚磷酸铵的质量比为2：2：5。

实施例3

制备方法与实施例1相同，不同之处在于，氢氧化铝、高岭土粉体以及聚磷酸铵的质量比为2：3：5。

实施例4

将原料氢氧化铝、沸石粉以及聚磷酸铵按照质量比例为2：2：5进行配料。将上述所有配料粉碎至均匀粉体并按照上述配比在高速搅拌机中混合均匀，将混合后的产品干燥即得到成品。

实施例5

将原料氢氧化铝、海泡石粉体以及聚磷酸铵按照质量比例为2：2：5进行配料。将上述所有配料粉碎至均匀粉体并按照上述配比在高速搅拌机中混合均匀，将混合后的产品干燥即得到成品。

实施例6

将原料氢氧化铝、蛭石粉体以及聚磷酸铵按照质量比例为2：2：5进行配料。将上述所有配料粉碎至均匀粉体并按照上述配比在高速搅拌机中混合均匀，将混合后的产品干燥即得到成品。

实施例7

将原料氢氧化铝、膨胀珍珠岩粉体以及聚磷酸铵按照质量比例为2：2：5进行配料。将上述所有配料粉碎至均匀粉体并按照上述配比在高速搅拌机中混合均匀，将混合后的产品干燥即得到成品。

实施例8

将原料氢氧化铝、勃姆石粉体以及聚磷酸铵按照质量比例为2：2：5进行配料。将上述所有配料粉碎至均匀粉体并按照上述配比在高速搅拌机中混合均匀，将混合后的产品干燥即得到成品。

采用国际通用的20L球形爆炸测试装置(整个测试系统主要由装置本体、控制系统和数据采集系统三部分组成)对上述实施例1～8中的复配抑爆剂的抑爆性能进行试验。

依据HG/T 2770-2008(2014)和GB11986-89标准分别对抑爆剂进行溶解度(耐水性)和流动性进行测试。

实验抑爆剂粉体浓度为0.1g/L，瓦斯浓度为为9.5％(此条件下爆炸产冲击波压力最大即危害最为严重)，经测试，本发明中的实例方案中产品的抑爆性能如下：

普通聚磷酸铵溶解度为2.0g/100mL水；流动性测试中休止角远远大于40°，不能满足生产需要，由上表可知，本发明得到的产品实施例2和4抑爆效果优异、耐水性较好且流动性显著改善。

由于反应受到抑爆剂的吸热、吸收反应自由基以及热解过程释放惰性气体(氨气、二氧化碳)稀释反应区氧气，复合抑爆剂直接影响到爆炸强度，表现在有效地降低最大爆炸压力和压力上升速率。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单的变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开。

Claims (7)

1.一种新型复合瓦斯抑爆剂，其特征在于，包括以下组分：

无机填料2份；

多孔矿物材料1-3份；

无机磷系物质5份。

2.根据权利要求1所述的新型复合瓦斯抑爆剂，其特征在于，所述各组分以粉体形式共混，粉体粒径为5～20μm。

3.根据权利要求1所述的新型复合瓦斯抑爆剂，其特征在于，所述无机填料为氢氧化铝。

4.根据权利要求1所述的新型复合瓦斯抑爆剂，其特征在于，所述多孔矿物材料为高岭土、沸石、海泡石、蛭石、膨胀珍珠岩、蒙脱土、勃姆石粉体中的任意一种或者多种的混合物。

5.根据权利要求1所述的新型复合瓦斯抑爆剂，其特征在于，所述多孔矿物材料为高岭土、沸石或高岭土和沸石粉体的混合物。

6.根据权利要求1所述的新型复合瓦斯抑爆剂，其特征在于，无机磷系物质为聚磷酸铵。

7.如权利要求1～6任一项所述新型复合瓦斯抑爆剂的制备方法，其特征在于，将各个原料研磨粉碎成粉末并置于50～60℃真空干燥箱中干燥12～36小时，按照比例混合均匀，将混合后的产品再次在50～60℃条件下干燥12～36小时即可得到成品。