CN109882233B - 一种抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物及其制备方法，以重量百分比计，包括如下组分：37.3%～75.4%的三氧化钼、15.0%～40.0%的亚硫酸铵、1.5%～2.5%的六水合硝酸钴、1.5%～2.5%的贝壳粉、1.5%～3.0%的二氧化硅、3.7%～41.8%的氯化亚锡、1.4%～2.0%的天冬氨酸。本发明所述一种抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物各组分之间有很好的协同作用，从物理和化学方面都发挥出抑制煤尘爆炸作用，使得这种抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物抑爆剂抑爆性能大大提升，且具有粉体弥漫性能好，易悬浮于空气中，受热分解速度快，捕获自由基能力特强，斥水性能好，流动性能强，抗结块性能强的优点。
Description
技术领域
本发明涉及抑爆剂技术领域，尤其涉及一种抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物及其制备方法。
背景技术
我国大部分的矿井煤尘具有爆炸性，煤尘爆炸是影响煤矿安全生产的重大灾害之一。煤尘抑爆技术是防治煤尘爆炸的重要手段，抑爆技术核心是研究开发具有较好抑爆性能的抑爆剂。目前，煤矿井下普遍使用的抑制煤尘爆炸的粉体类抑爆剂为岩粉，煤尘爆炸时通过撒播岩粉来降低氧浓度，从而达到抑制煤尘爆炸火焰传播的目的，然而岩粉在抑制煤尘爆炸时所发挥的作用单一，并且用量大易吸潮结块，在抑爆方面的性能有限，传统粉体抑爆剂抑爆效率低、抑爆性能不够好。
因此，现有煤尘抑爆技术有待于更进一步的改进和发展。。
发明内容
针对现有技术的不足，为提供具有抑爆性能好、用量少、效率高、制备简单的抑爆剂，本发明提出了一种抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物及其制备方法，具体技术方案如下。
一种抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物，抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物包括重量份百分比的原料：三氧化钼：37.3%～75.4%，亚硫酸铵：15.0%～40.0%，六水合硝酸钴：1.5%～2.5%，贝壳粉：1.5%～2.5%，二氧化硅：1.5%～3.0%，氯化亚锡：3.7%～41.8%，天冬氨酸：1.4%～2.0%。
优选的是，抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物重量份百分比的原料组分为：三氧化钼：40.0%～60.0%，亚硫酸铵：20.0%～35.0%，六水合硝酸钴：1.5%～2.5%，贝壳粉：1.5%～2.5%，二氧化硅：1.5%～3.0%，氯化亚锡：4.0%～30.0%，天冬氨酸：1.5%～2.0%。
一种抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物制备方法，制备上述的抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物，步骤包括：
步骤一.按对应比例分别称取三氧化钼、亚硫酸铵、六水合硝酸钴、贝壳粉、氯化亚锡、二氧化硅、天冬氨酸，然后混合均匀，将混合物放入搅拌机搅拌20～40分钟，得到产物1；
步骤二.将产物1放进粉粹机里粉碎，粉碎20分钟，得到产物2；
步骤三.将产物2加入真空干燥箱中进行干燥，按照15℃/h的升温速率从室温升温至30℃，保持恒温并继续干燥12h，然后冷却至常温，过筛包装，得到成品。
进一步优选的是，所述的制备方法，其中，步骤一中搅拌操作是通过高速粉末混合机进行搅拌；步骤二中粉碎操作是通过气流式超微粉碎机进行粉碎，且粉碎操作得到的产物2粉体粒径小于18μm。
本发明提供的一种抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物的粉体粒径小，粉体弥漫性能好，易悬浮于着空间；而且分别从物理和化学抑爆机理发挥作用，受热分解速度快，吸热反应快，捕获自由基能力特强，抑制煤尘爆炸效能大大提升；且本发明采用二氧化硅作为辅料介质，避免了粉体混合物结块的现象，贝壳粉使得抑爆剂流动性更好，抑爆效果更优秀。
当煤尘发生爆炸时，将抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物喷向爆炸火焰传播空间，本发明抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物中的亚硫酸铵会瞬间与局部环境氧气发生反应生成硫酸铵，让一定范围内环境出现缺氧，并且吸收大量的热量，从而降低空气氧浓度和温度，从而达到抑爆作用；六水合硝酸钴高温热解成水，硫酸铵吸热分解为氨气、氮气和水，生成的氨气与爆炸产生的一氧化氮气体发生反应生成氮气和水，氮气的产生降低爆炸环境中的氧浓度，使得空气中的氧气浓度降低到煤尘爆炸极限氧浓度（LOC）之下，使得煤尘爆炸不能够继续进行；分解出的水能够吸收大量的热量然后蒸发成水蒸气，从而降低爆炸火焰以及火焰存在的时间，使得爆炸火焰温度降低到煤尘云的最小着火温度（MIT）以下，使得煤尘爆炸无法继续进行；并且水能够使得煤尘颗粒团聚，团聚后的煤尘颗粒粒径变大，比表面积变小，与空气中的氧气接触面积减小，使得煤尘爆炸难于进行下去，并且发生团聚后的煤尘颗粒质量增大，在重力的作用下会迅速沉降，空气中的煤尘浓度降低，使得空气中煤尘浓度降低到煤尘爆炸下限浓度（MEC）以下，使得煤尘爆炸终止；天冬氨酸密度小，易于长期漂浮在空气中，从而降低空气中煤尘的浓度，高温分解出CO2，促进氧气与二氧化碳生成尿素，气体的产生可以迅速降低空气中的氧气浓度，使得空气中的氧气浓度降低到煤尘爆炸极限氧浓度(LOC)之下，达到室息的效果，最终使得煤尘爆炸不能够继续进行。
同时，氯化亚锡吸热分解出锡离子，锡离子会与火焰中维持燃烧所必须的•OH自由基发生反应生成氢氧化锡，生成的氢氧化锡吸热分解成氧化亚锡，氧化亚锡不稳定结合空气中的氧生成氧化锡，这不仅大大地消耗了•OH自由基，中断燃烧反应链，而且生成物氧化锡稳定会附着在煤的表面，使之与空气隔绝，阻止其进一步燃烧爆炸；三氧化钼会与火焰中的•H自由基发生化学反应，生成金属钼和水，吸收大量的热，使爆炸所需的自由基数量急剧减少,致使燃烧的链反应中断，并且导致火焰的氧化能力下降，爆炸减弱。
抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物中的二氧化硅，防止此抑爆剂发生板结、团聚等情况，而导致抑爆剂功能下降。
通过这种综合的抑制作用使得所述抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物抑爆剂具有优良的抑爆性能。
具体实施方式
本发明提供了一种抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。
一种抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物，包括重量份百分比的原料：三氧化钼：37.3%～75.4%，亚硫酸铵：15.0%～40.0%，六水合硝酸钴：1.5%～2.5%，贝壳粉：1.5%～2.5%，二氧化硅：1.5%～3.0%，氯化亚锡：3.7%～41.8%，天冬氨酸：1.4%～2.0%。
另外还可以选用不同的原料配比，例如包括重量百分比的原料：三氧化钼：40.0%～60.0%，亚硫酸铵：20.0%～35.0%，六水合硝酸钴：1.5%～2.5%，贝壳粉：1.5%～2.5%，二氧化硅：1.5%～3.0%，氯化亚锡：4.0%～30.0%，天冬氨酸：1.5%～2.0%。
抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物的组分的粉体材料粒径均小于18μm，从而达到更好的抑爆效果，也能方便使用。
一种制备上述抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物的方法，其包括以下步骤：
步骤1：按对应比例分别称取三氧化钼、亚硫酸铵、六水合硝酸钴、贝壳粉、氯化亚锡、二氧化硅、天冬氨酸，然后混合均匀，将混合物放入搅拌机搅拌20～40分钟，得到产物1；
步骤2：将产物1放进粉粹机里粉碎，粉碎20分钟，得到产物2；
步骤3：将产物2加入真空干燥箱中进行干燥，按照15℃/h的升温速率从室温升温至30℃，保持恒温并继续干燥12h，然后冷却至常温，过筛包装，得到成品。
为了更进一步的描述本发明提供的一种抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物的效果，通过实验对其进行说明，抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物具有用量少、抑爆效果好、制备简单等优点。利用上述抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物进行抑爆实验，选择了3种不同的煤样进行实验。
实验1
抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物的原料配方为：按重量份百分比，45%的三氧化钼、20%的亚硫酸铵、1.5%的六水合硝酸钴、2%的贝壳粉、28%的氯化亚锡、2%的二氧化硅、1.5%的天冬氨酸。
实验2
抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物的原料配方为：按重量份百分比，50%的三氧化钼、25%的亚硫酸铵、2.5%的六水合硝酸钴、2%的贝壳粉、17%的氯化亚锡、2%的二氧化硅、1.5%的天冬氨酸。
实验3
抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物的原料配方为：按重量份百分比，43%的三氧化钼、30%的亚硫酸铵、1.5%的六水合硝酸钴、2%的贝壳粉、29%的氯化亚锡、2.7%的二氧化硅、1.8%的天冬氨酸。
采用标准AQ1045-2007测定抑制煤尘爆炸所需的最低所述抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物抑爆剂的用量。对比实施例抑爆剂为碳酸钙粉体抑爆剂。实验结果见表一。
表一 实施例实验结果汇总
从上表一中可以看出，抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物的最低用量在30%左右，要比传统碳酸钙抑爆剂粉体低很多。所以本发明抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物对煤尘的爆炸有着很好的抑制效果。
以上实施例所述仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。
本发明具体的抑爆机理为：
当煤尘发生爆炸时，将抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物喷向爆炸火焰传播空间，本发明抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物中的亚硫酸铵会瞬间与局部环境氧气发生反应生成硫酸铵，让一定范围内环境出现缺氧，并且吸收大量的热量，从而降低空气氧浓度和温度，从而达到抑爆作用；六水合硝酸钴高温热解成水，硫酸铵吸热分解为氨气、氮气和水，生成的氨气与爆炸产生的一氧化氮气体发生反应生成氮气和水，氮气的产生降低爆炸环境中的氧浓度，使得空气中的氧气浓度降低到煤尘爆炸极限氧浓度（LOC）之下，使得煤尘爆炸不能够继续进行；分解出的水能够吸收大量的热量然后蒸发成水蒸气，从而降低爆炸火焰以及火焰存在的时间，使得爆炸火焰温度降低到煤尘云的最小着火温度（MIT）以下，使得煤尘爆炸无法继续进行；并且水能够使得煤尘颗粒团聚，团聚后的煤尘颗粒粒径变大，比表面积变小，与空气中的氧气接触面积减小，使得煤尘爆炸难于进行下去，并且发生团聚后的煤尘颗粒质量增大，在重力的作用下会迅速沉降，空气中的煤尘浓度降低，使得空气中煤尘浓度降低到煤尘爆炸下限浓度（MEC）以下，使得煤尘爆炸终止；天冬氨酸密度小，易于长期漂浮在空气中，从而降低空气中煤尘的浓度，高温分解出CO2，促进氧气与二氧化碳生成尿素，气体的产生可以迅速降低空气中的氧气浓度，使得空气中的氧气浓度降低到煤尘爆炸极限氧浓度(LOC)之下，达到室息的效果，最终使得煤尘爆炸不能够继续进行。
同时，氯化亚锡吸热分解出锡离子，锡离子会与火焰中维持燃烧所必须的•OH自由基发生反应生成氢氧化锡，生成的氢氧化锡吸热分解成氧化亚锡，氧化亚锡不稳定结合空气中的氧生成氧化锡，这不仅大大地消耗了•OH自由基，中断燃烧反应链，而且生成物氧化锡稳定会附着在煤的表面，使之与空气隔绝，阻止其进一步燃烧爆炸；三氧化钼会与火焰中的•H自由基发生化学反应，生成金属钼和水，吸收大量的热，使爆炸所需的自由基数量急剧减少,致使燃烧的链反应中断，并且导致火焰的氧化能力下降，爆炸减弱。
抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物中的二氧化硅，防止此抑爆剂发生板结、团聚等情况，而导致抑爆剂功能下降。
通过这种综合的抑制作用使得所述抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物抑爆剂具有优良的抑爆性能。
上述关于一种抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物抑爆剂机理文字说明中，所涉及的主要化学反应方程式如下：
(NH4)2 SO3+O2→(NH4)2SO4
(NH4)2SO4→NH3↑+N2↑+H2O+SO2↑
NH4 ++OH－→NH3↑+H2O
NO+NH3→N2↑+H2O
NH4+O2→N2↑+H2O
MnO3+H+→Mo+H2O
SnCl2H2O→HCl+Sn(OH)Cl
Sn2++OH→Sn(OH)2
Sn(OH)2→SnO+H2O
SnO+O2→SnO2
C4H7NO4→CO2↑+H2O+CH4N2O
CO(NH2)2→NH3↑+HCNO
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物，其特征在于，抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物包括重量份百分比的原料：三氧化钼：37.3%～75.4%，亚硫酸铵：15.0%～40.0%，六水合硝酸钴：1.5%～2.5%，贝壳粉：1.5%～2.5%，二氧化硅：1.5%～3.0%，氯化亚锡：3.7%～41.8%，天冬氨酸：1.4%～2.0%。
2.根据权利要求1所述的一种抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物，其特征在于，所述抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物重量份百分比的原料组分为：三氧化钼：40.0%～60.0%，亚硫酸铵：20.0%～35.0%，六水合硝酸钴：1.5%～2.5%，贝壳粉：1.5%～2.5%，二氧化硅：1.5%～3.0%，氯化亚锡：4.0%～30.0%，天冬氨酸：1.5%～2.0%。
3.一种抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物制备方法，其特征在于，制备权利要求1~2任一项所述的抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物，步骤包括：
步骤一.按对应比例分别称取三氧化钼、亚硫酸铵、六水合硝酸钴、贝壳粉、氯化亚锡、二氧化硅、天冬氨酸，然后混合均匀，将混合物放入搅拌机搅拌20～40分钟，得到产物1；
步骤二.将产物1放进粉粹机里粉碎，粉碎20分钟，得到产物2；
步骤三.将产物2加入真空干燥箱中进行干燥，按照15℃/h的升温速率从室温升温至30℃，保持恒温并继续干燥12h，然后冷却至常温，过筛包装，得到成品。
4.根据权利要求3所述的一种抑制煤尘爆炸的超细粉体组合物制备方法，其特征在于，所述步骤一中搅拌操作是通过高速粉末混合机进行搅拌。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤二中粉碎操作是通过气流式超微粉碎机进行粉碎。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤二中粉碎操作得到的产物2粉体粒径小于18μm。
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