CN112999557A - 一种抑制粮食粉尘爆炸的复合型抑爆剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂及其制备方法，属于抑爆剂技术领域。该抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂由：十水合碳酸钠、十二水硫酸铝钾、硫酸铁铵、氨基甲基铵、氨基磺酸、焦磷酸二氢二钠、聚丙烯酸钠等物质材料组成。本发明所述抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂各组分之间通过特殊比例配比，从而具有很好的协同抑爆作用，抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂还具有抑爆性能好，并且具有用量少、制备简单等优点，本发明所述抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂尤其适用于粮食粉尘易爆区域，降低爆炸危险性。

Description

一种抑制粮食粉尘爆炸的复合型抑爆剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及抑爆剂技术领域，尤其涉及一种抑制粮食粉尘爆炸的复合型抑爆剂及其制备方法。

背景技术

我国的粮食粉尘厂发展已经逐步完成了从小规模经营向大型集约化生产的转变,同时生产过程中粉尘爆炸的潜在安全隐患也随着增长。目前，因粮食粉尘爆炸事故的低频性，国内学者对其关注度较金属粉尘、煤粉粉尘爆炸低，但粮食粉尘厂的粉尘爆炸危险性大,发生粉尘爆炸事故之后扑救难度大,且极易造成重大的人员伤亡和财产损失。粮食粉尘抑爆技术是防治粮食粉尘爆炸的重要手段，抑爆技术核心是研究开发具有较好抑爆性能的抑爆剂。

因此，现有粮食粉尘抑爆技术有待于发展。

发明内容

为提供具有抑爆性能好、用量少、效率高、制备简单的复合粉体抑爆剂，本发明提出了一种抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂及其制备方法，具体技术方案如下。

一种抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂，抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂包括重量份百分比的原料：十水合碳酸钠：17.2％～30.4％，十二水硫酸铝钾：12.5％～20.2％，硫酸铁铵：18.6％～25.3％，氨基甲基铵：11.5％～18.5％，氨基磺酸：12.6％～21.4％，焦磷酸二氢二钠：3.2％～8.6％，聚丙烯酸钠：0.6％～3.2％。

优选的是，所述抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂重量份百分比的原料组分为：十水合碳酸钠：18.2％～28.28％，十二水硫酸铝钾：15.2％～19.6％，硫酸铁铵：21.1％～23.6％，氨基甲基铵：12.5％～16.2％，氨基磺酸：14.7％～19.5％，焦磷酸二氢二钠：3.5％～7.4％，聚丙烯酸钠：1.2％～3.0％。

还优选的是，十水合碳酸钠、十二水硫酸铝钾、硫酸铁铵、氨基甲基铵、氨基磺酸、焦磷酸二氢二钠、聚丙烯酸钠粉体粒径均小于75μm。

一种抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂制备方法，制备上述的抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂，步骤包括：

步骤一.分别取十水合碳酸钠、十二水硫酸铝钾、硫酸铁铵、氨基甲基铵、氨基磺酸、焦磷酸二氢二钠、聚丙烯酸钠，将所取原料组份分别用磨粉机器磨成粉体；

步骤二.用600目的分子筛进行筛选，然后按照比例称取一定量研磨后的粉体；

步骤三.将一定比例的粉体放入气流粉碎机中，在气流粉碎机中粉体被两股高压高速气流冲击并迅速分散，两组粉体在机器内进行碰撞、摩擦和结合等作用，使其均匀分散、机械冲击包覆和细小颗粒粉碎，从而最终得到复合粉体抑爆剂。

进一步优选的是，步骤二还包括分别收集过筛后未通过筛网并且粒径大于75μm的原料，分别再次加入到球磨机进行粉磨。

本发明提供的一种抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂具有抑爆效率高、抑爆效果好的特点。尤其适用于抑制面制品加工过程的粮食粉尘爆炸。组成所述抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂的各种材料分别从不同的抑爆机理发挥作用，各种材料协同作用，在多种综合作用下最终达到抑爆的目的。

在粮食粉尘爆炸发生时，将所述抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂喷出，当爆炸燃烧火焰与所述抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂相遇后，十水合碳酸钠、十二水硫酸铝钾和硫酸铁铵瞬间吸收热量分解出大量结晶水，然后继续吸收大量热量破坏化学键并分解出游离的钠离子、硫酸根、铵离子、铝离子、钾离子和铁离子，结晶水吸热熔化成液体水，液态水继续吸热蒸发成水蒸气，由于水的比热容很大，结晶水的吸热熔化蒸发这个过程中可以吸收爆炸时产生的大量热量，从而快速降低粮食粉尘爆炸前驱火焰温度，使得爆炸前驱火焰温度降低到粮食粉尘云的最小着火温度(MIT)以下，最终使得粮食粉尘爆炸无法进行传播；同时，分解生成的铵离子能与爆炸火焰燃烧反应中产生的·OH自由基反应并生成氨气，可快速消耗粮食粉尘爆炸反应中·OH自由基。此外，十二水硫酸铝钾和硫酸铁铵在高温分解后生成的铝离子、钾离子和铁离子会与火焰中维持燃烧所必须的活性游离基·OH发生反应生成氢氧化铝、氢氧化钾和氢氧化铁，生成的氢氧化铝、氢氧化钾和氢氧化铁一部分会和火焰中的·H发生反应生成水，液态水吸收爆炸时产生的热量蒸发成水蒸气，与上述结晶水蒸发形成的水蒸气共同作用使得粮食粉尘颗粒团聚，团聚后的粮食粉尘颗粒在重力的作用下会迅速沉降，使得空气中的粮食粉尘浓度得到有效降低，并且水蒸气的产生可使粮食粉尘的爆炸下限浓度(MEC)上升，最终使得空气中粮食粉尘浓度降低到煤尘爆炸下限浓度(MEC)以下，使得粮食粉尘爆炸终止；另一部分的氢氧化铝、氢氧化钾和氢氧化铁吸热分解成氧化铝、氧化钾和氧化铁，这不仅大大地消耗了活性游离基·OH和·H，中断燃烧反应链，而且生成物氧化铝、氧化钾和氧化铁会附着在粮食粉尘的表面，使之与空气隔绝，阻止其进一步燃烧爆炸。

同时，氨基甲基铵和氨基磺酸瞬间吸收大量热量降低爆炸火焰温度并且分解出大量的NH₃、CO₂、SO₂和N₂气体，分解生成的碳酸氢钠与硫酸铝钾和焦磷酸二氢二钠分别反应产生CO₂气体，CO₂气体的产生可以迅速降低空气中的氧气浓度，可使空气中的氧气浓度降低到粮食粉尘爆炸极限氧浓度(LOC)之下，达到窒息的效果，最终可使粮食粉尘爆炸不能够继续进行。

其中添加的聚丙烯酸钠具有润滑、抗黏、助流、耐火等作用，聚丙烯酸钠的添加能够极大提高抑爆剂喷撒时的分散性。

通过各种粉体材料的综合抑制作用，使得粮食粉尘爆炸不能够继续进行，最终达到抑制粮食粉尘爆炸的目的。由于上述综合作用，使得抑制粮食粉尘爆炸的复合型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粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂及其制备方法，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。

一种抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂，抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂包括重量份百分比的原料：十水合碳酸钠：17.2％～30.4％，十二水硫酸铝钾：12.5％～20.2％，硫酸铁铵：18.6％～25.3％，氨基甲基铵：11.5％～18.5％，氨基磺酸：12.6％～21.4％，焦磷酸二氢二钠：3.2％～8.6％，聚丙烯酸钠：0.6％～3.2％。

优选的是，所述抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂重量份百分比的原料组分为：十水合碳酸钠：18.2％～28.28％，十二水硫酸铝钾：15.2％～19.6％，硫酸铁铵：21.1％～23.6％，氨基甲基铵：12.5％～16.2％，氨基磺酸：14.7％～19.5％，焦磷酸二氢二钠：3.5％～7.4％，聚丙烯酸钠：1.2％～3.0％。

抑制粮食粉尘爆炸的复合型抑爆剂组分的粉体材料粒径均小于75μm，从而达到更好的抑爆效果，也能方便使用。

一种制备上述抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂的方法，其包括以下步骤：

步骤一.分别取十水合碳酸钠、十二水硫酸铝钾、硫酸铁铵、氨基甲基铵、氨基磺酸、焦磷酸二氢二钠、聚丙烯酸钠，将所取原料组份分别用磨粉机器磨成粉体；

步骤二.用600目的分子筛进行筛选，然后按照比例称取一定量研磨后的粉体；

步骤三.将一定比例的粉体放入气流粉碎机中，在气流粉碎机中粉体被两股高压高速气流冲击并迅速分散，两组粉体在机器内进行碰撞、摩擦和结合等作用，使其均匀分散、机械冲击包覆和细小颗粒粉碎。

步骤4：将混合均匀后的物料放入真空干燥箱中进行干燥，真空干燥箱按照15℃/h的升温速率从室温升温至25℃，然后在25℃下恒温干燥24h后，得到上述抑制粮食粉尘爆炸的复合型抑爆剂。

为了更进一步的描述本发明提供的一种抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂的效果，通过实验对其进行说明，抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂具有用量少、抑爆效果好、制备简单等优点。利用上述抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂进行抑爆实验，为此选择了3种不同种类的粮食粉尘进行实验。

实验1：抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂配方：按质量分数，十水合碳酸钠30％、十二水硫酸铝钾14％、硫酸铁铵16％、氨基甲基铵15％、氨基磺酸19％、焦磷酸二氢二钠5％、聚丙烯酸钠1％。

采用标准AQ1045-2007测定抑制粮食粉尘爆炸所需的最低所述抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂的用量。实验实验结果见表一。

实验2：

抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂配方：按质量分数，十水合碳酸钠25％、十二水硫酸铝钾16％、硫酸铁铵25％、氨基甲基铵13％、氨基磺酸14％、焦磷酸二氢二钠6％、聚丙烯酸钠1％。

采用标准AQ1045-2007测定抑制粮食粉尘爆炸所需的最低所述抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂的用量。实验实验结果见表一。

实验3：

抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂配方：按质量分数，十水合碳酸钠20％、十二水硫酸铝钾17％、硫酸铁铵20％、氨基甲基铵14％、氨基磺酸20％、焦磷酸二氢二钠7％、聚丙烯酸钠2％。

采用标准AQ1045-2007测定抑制粮食粉尘爆炸所需的最低所述抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂的用量。实验实验结果见表一。

对比实施

抑爆剂为ABC粉(主要成分为碳酸钙)

采用标准AQ1045-2007测定抑制粮食粉尘爆炸所需的最低ABC粉的用量。实验实验结果见表一。

表1为实验1至实验3以及对比实验进行抑爆对比试验的结果对照表。

表一

从上表1可以看出，实验1至实验3，抑制3种粮食粉尘爆炸所需的复合型粉体抑爆剂最低用量都在33％左右，要低于常规的ABC粉抑制粮食粉尘爆炸所需的最低用量。

本发明具体的抑爆机理为：

在粮食粉尘爆炸发生时，将所述抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂喷出，当爆炸燃烧火焰与所述抑制粮食粉尘爆炸的粉体抑爆剂相遇后，十水合碳酸钠、十二水硫酸铝钾和硫酸铁铵瞬间吸收热量分解出大量结晶水，然后继续吸收大量热量破坏化学键并分解出游离的钠离子、硫酸根、铵离子、铝离子、钾离子和铁离子，结晶水吸热熔化成液体水，液态水继续吸热蒸发成水蒸气，由于水的比热容很大，结晶水的吸热熔化蒸发这个过程中可以吸收爆炸时产生的大量热量，从而快速降低粮食粉尘爆炸前驱火焰温度，使得爆炸前驱火焰温度降低到粮食粉尘云的最小着火温度(MIT)以下，最终使得粮食粉尘爆炸无法进行传播；同时，分解生成的铵离子能与爆炸火焰燃烧反应中产生的·OH自由基反应并生成氨气，可快速消耗粮食粉尘爆炸反应中·OH自由基。此外，十二水硫酸铝钾和硫酸铁铵在高温分解后生成的铝离子、钾离子和铁离子会与火焰中维持燃烧所必须的活性游离基·OH发生反应生成氢氧化铝、氢氧化钾和氢氧化铁，生成的氢氧化铝、氢氧化钾和氢氧化铁一部分会和火焰中的·H发生反应生成水，液态水吸收爆炸时产生的热量蒸发成水蒸气，与上述结晶水蒸发形成的水蒸气共同作用使得粮食粉尘颗粒团聚，团聚后的粮食粉尘颗粒在重力的作用下会迅速沉降，使得空气中的粮食粉尘浓度得到有效降低，并且水蒸气的产生可使粮食粉尘的爆炸下限浓度(MEC)上升，最终使得空气中粮食粉尘浓度降低到煤尘爆炸下限浓度(MEC)以下，使得粮食粉尘爆炸终止；另一部分的氢氧化铝、氢氧化钾和氢氧化铁吸热分解成氧化铝、氧化钾和氧化铁，这不仅大大地消耗了活性游离基·OH和·H，中断燃烧反应链，而且生成物氧化铝、氧化钾和氧化铁会附着在粮食粉尘的表面，使之与空气隔绝，阻止其进一步燃烧爆炸。

同时，氨基甲基铵和氨基磺酸瞬间吸收大量热量降低爆炸火焰温度并且分解出大量的NH₃和CO₂气体，分解生成的碳酸氢钠与硫酸铝钾和焦磷酸二氢二钠分别反应产生CO₂气体，CO₂气体的产生可以迅速降低空气中的氧气浓度，可使空气中的氧气浓度降低到粮食粉尘爆炸极限氧浓度(LOC)之下，达到窒息的效果，最终可使粮食粉尘爆炸不能够继续进行。

其中添加的聚丙烯酸钠具有润滑、抗黏、助流、耐火等作用，聚丙烯酸钠的添加能够极大提高抑爆剂喷撒时的分散性。

通过各种粉体材料的综合抑制作用，使得粮食粉尘爆炸不能够继续进行，最终达到抑制粮食粉尘爆炸的目的。由于上述综合作用，使得抑制粮食粉尘爆炸的复合型抑爆剂具有优良的抑爆性能。

从上述表1的分析中不难理解，上述技术方案的抑制粮食粉尘爆炸的复合型抑爆剂，抑爆性能好、用量少、抑爆效率高。与现有常规技术相比，具有比较突出的优势。

上述关于抑制粮食粉尘爆炸的复合型抑爆剂抑爆机理文字说明中，所涉及的主要化学反应方程如下：

NH₂COONH₄→NH₃+CO₂

Na₂CO₃·10H₂O→Na₂CO₃+H₂O

Na₂CO₃+H₂O+CO₂→Na₂HCO₃

Na₂HCO₃+KAI(SO₄)₂·12H₂O→CO₂+AI³⁺+K⁺+SO4^2-

NH₄Fe(SO₄)₂·12H₂O→Fe₂O₃+SO₂+H₂O+SO₃+SO₄ ^2-+NH₄ ⁺

NH₄ ⁺+OH^－→NH₃↑+H₂O

K⁺+OH^－→KOH

HSO₃NH₂→SO₂+SO₃+N₂+H₂+H₂O

H₂Na₂O₇P₂+NaHCO₃→CO₂+Na₄P₂O₇+H₂O

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 (4)

1.一种抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂，特征在于，抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂包括重量份百分比的原料：十水合碳酸钠：17.2%～30.4%，十二水硫酸铝钾：12.5%～20.2%，硫酸铁铵：18.6%～25.3%，氨基甲基铵：11.5%～18.5%，氨基磺酸：12.6%～21.4%，焦磷酸二氢二钠：3.2%～8.6%，聚丙烯酸钠：0.6%～3.2%。

2.根据权利要求1所述的抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂，特征在于，所述抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂重量份百分比的原料组分为：十水合碳酸钠：18.2%～28.28%，十二水硫酸铝钾：15.2%～19.6%，硫酸铁铵：21.1%～23.6%， 氨基甲基铵：12.5%～16.2%，氨基磺酸：14.7%～19.5%，焦磷酸二氢二钠：3.5%～7.4%，聚丙烯酸钠：1.2%～7.5%。

3.根据权利要求1所述的一种抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂，其特征在于，所述的十水合碳酸钠、十二水硫酸铝钾、硫酸铁铵、氨基甲基铵、氨基磺酸、焦磷酸二氢二钠、聚丙烯酸钠粉体粒径均小于75μm。

4.一种抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂制备方法，其特征在于，制备权利要求1~3任一项所述的抑制粮食粉尘爆炸的复合粉体抑爆剂，步骤包括：

步骤一.分别取十水合碳酸钠、十二水硫酸铝钾、硫酸铁铵、氨基甲基铵、氨基磺酸、焦磷酸二氢二钠、聚丙烯酸钠，将所取原料组份分别用磨粉机器磨成粉体；

步骤二.用600目的分子筛进行筛选，然后按照比例称取一定量研磨后的粉体；

步骤三.将一定比例的粉体放入气流粉碎机中，在气流粉碎机中粉体被两股高压高速气流冲击并迅速分散，两组粉体在机器内进行碰撞、摩擦和结合等作用，使其均匀分散、机械冲击包覆和细小颗粒粉碎，从而最终得到复合粉体抑爆剂。