CN113444491A - 一种糖蜜基防爆抑尘剂及其制备方法 - Google Patents

一种糖蜜基防爆抑尘剂及其制备方法 Download PDF

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刘建国
徐晶格
陶国银
金龙哲
欧盛南
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    • E21F5/02—Means or methods for preventing, binding, depositing, or removing dust; Preventing explosions or fires by wetting or spraying
    • E21F5/06—Fluids used for spraying

Abstract

本发明涉及一种煤尘防爆抑尘剂及其制备方法，所述抑尘剂由以下质量百分比的原料组成：糖蜜为10％～30％、非离子型表面活性剂为1～5‰、淀粉基高倍吸水树脂(SAP)为5～10％，其余为水和微量pH中和剂Ca(OH)2。该抑尘剂成分中99.5％以上为环保可降解性材料，其中糖蜜是糖工业副产品，为本抑尘剂主料，具有价格低廉、环保可降解的特点。该抑尘剂对煤尘具有润湿、粘结、保湿与抑爆的功能。现场实测得该抑尘剂对井下回风巷沉积煤尘的抑制率三天内不低于62.86％；对次烟煤、烟煤和无烟煤煤尘爆炸指数的抑制率分别为57.45％、51.47％和76.98％。

Description

一种糖蜜基防爆抑尘剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及抑尘剂技术领域，具体涉及一种糖蜜基防爆抑尘剂及其制备方法。
背景技术
煤矿井下作业过程中会产生大量煤尘，煤尘对井下工人职业安全与健康具有重要影响。井下沉积煤尘在人员、车辆及风流的扰动一下极易发生二次飞扬，对人员与环境产生影响；此外，井下沉积煤尘在冒顶片帮、煤与瓦斯突出等事故中，极易被冲击波击起，达到煤尘爆炸浓度，严重影响矿井安全生产与工人生命安全。因此，研究煤矿井下用防爆抑尘剂具有重要意义。
化学抑尘剂对煤尘的抑制效果较好，然而传统抑尘剂功能单一，所含有的一些吸湿性无机盐类添加剂具有一定的腐蚀性，不利于其在井下进行规模化应用。而目前尚未对具有抑尘与抑爆双重功能的抑尘剂进行研究。因此需要一种针对沉积煤尘的复合环保型防爆抑尘剂，既能保证显著的抑尘与抑爆效果，也不会对环境与设备造成污染，并且原材料易获取、价格低廉，符合经济环保的发展理念。
发明内容
本发明较好地解决了现有抑尘剂的不足，提出一种糖蜜基防爆抑尘剂及其制备方法。该抑尘剂对井下沉积煤尘具有抑尘与抑爆双重功能，且组成成分中99.5％以上为生物可降解性材料，对环境无毒无害，为环境友好型抑尘剂。
为实现上述目的，本发明的技术方案为，各组分的质量百分比如下：糖蜜为10％～30％、非离子型表面活性剂为1～5‰、高倍吸水树脂(SAP)为5～10％，其余为水和微量pH中和剂Ca(OH)2。
本发明中所述的非离子表面活性剂由脂肪醇聚氧乙烯醚、辛基苯基聚氧乙烯醚按3：1复配而成。
进一步地，本发明中所述的高倍吸水树脂(SAP)为淀粉基聚丙烯酸钠。
进一步地，所述中和剂Ca(OH)2溶液是将CaO与水按1:1000的比例在溶解池混合后进行溶解。
另一方面，本发明还提供了一种上述抑尘剂的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)首先取适量由CaO配置好的Ca(OH)2溶液于一搅拌器中；之后，取适量糖蜜溶液与搅拌器中，开启搅拌器，待完全溶解后测试溶液pH值。
(2)按比例称取适量SAP放入搅拌器并搅拌均匀，之后缓慢加入一定量的水，边进水边搅拌，待混合溶液呈粘稠状时停止进水。
(3)按比例称取适量非离子表面活性剂放入搅拌器，并搅拌均匀直至完全融合。将混合溶液出料，糖蜜基防爆抑尘剂制备完毕
进一步地，所述步骤(1)中Ca(OH)2溶液用量由搅拌器最大工作容量计算所得。
进一步地，所述步骤(1)中需要对溶液的酸碱度进行测定，糖蜜的用量需使混合溶液的pH达到7±1。
进一步地，所述步骤(2)中糖蜜与SAP的质量比为1:0.17；所述步骤(3)中糖蜜与非离子表面活性剂的质量比为1：0.017。
进一步地，所述步骤(1)-(3)中需将搅拌器置于水浴加热器中，加热器温度保持在80℃以上。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1.该抑尘剂对煤尘具有润湿、粘结、保湿与抑爆功能。
2.本发明糖蜜基防爆抑尘剂的基质糖蜜来源与工业副产品，具有弱氧化性、保水性、粘结性等优良性质，基本满足抑尘剂的功能需求。并且来源广泛，价格低廉，无毒无害，绿色环保可降解；
3.本发明糖蜜基防爆抑尘剂的组成成分中99.5％为生物可降解型材料，且对环境与人员无毒无害，为环境友好型抑尘剂。
4.本发明糖蜜基防爆抑尘剂具有显著的粘结凝聚作用，抗蒸发性与保水性较好，对于沉积粉尘的抑尘效率较高，现场实测得该抑尘剂对井下回风沉积煤尘的抑制率三天内不低于62.86％。
4..本发明糖蜜基防爆抑尘剂对不同煤阶的煤尘均有优良的抑爆作用，对次烟煤、烟煤和无烟煤煤尘爆炸指数的抑制率分别为57.45％、51.47％和76.98％。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施示例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明典型的实施方式中，本发明的一种糖蜜基防爆抑尘剂是由以下质量百分比的原料组成：糖蜜为10％～30％、非离子型表面活性剂为1～5‰、高倍吸水树脂(SAP)为5～10％，其余为水和微量pH中和剂Ca(OH)2。
若无特别说明，本发明所使用的中和剂Ca(OH)2是将CaO与水按1:1000的比例在溶解池混合后进行溶解所得，用于调节溶液pH值，降低抑尘剂腐蚀性，对抑尘效果影响较小，在实施示例中的具体用量不再进行说明。
实施例1
一种糖蜜基防爆抑尘剂，包括以下质量百分比的原料：糖蜜为15％、非离子型表面活性剂为5‰、高倍吸水树脂(SAP)为3％,其余为水和微量pH中和剂Ca(OH)2。
制备方法包括以下步骤：
(1)将CaO与水按1:1000的比例在溶解池混合后进行溶解得到Ca(OH)2溶液。
(2)首先取适量由CaO配置好的Ca(OH)2溶液于一搅拌器中；之后，取质量分数为15％的糖蜜于搅拌器中，搅拌器置于水浴加热器中，加热器温度保持在80℃以上，搅拌均匀后测试其pH值。
(3)按比例称取质量分数为3％的SAP放入搅拌器并搅拌均匀，之后缓慢加入一定量的水，边进水边搅拌，待混合溶液呈粘稠状时停止进水。
(4)按比例称取质量分数为5‰的非离子表面活性剂放入搅拌器，并搅拌均匀直至完全融合。将混合溶液出料，糖蜜基防爆抑尘剂制备完毕
实施例2
一种糖蜜基防爆抑尘剂包括以下质量百分比的原料：糖蜜为15％、非离子型表面活性剂为1％、高倍吸水树脂(SAP)为1％,其余为水和微量pH中和剂Ca(OH)2。
制备方法包括以下步骤
(1)将CaO与水按1:1000的比例在溶解池混合后进行溶解得到Ca(OH)2溶液。
(2)首先取适量由CaO配置好的Ca(OH)2溶液于一搅拌器中；之后，取质量分数为15％的糖蜜于搅拌器中，搅拌器置于水浴加热器中，加热器温度保持在80℃以上，搅拌均匀后测试其pH值。
(3)按比例称取质量分数为5％的SAP放入搅拌器并搅拌均匀，之后缓慢加入一定量的水，边进水边搅拌，待混合溶液呈粘稠状时停止进水。
(4)按比例称取质量分数为1％的非离子表面活性剂放入搅拌器，并搅拌均匀直至完全融合。将混合溶液出料，糖蜜基防爆抑尘剂制备完毕
实施例3一种糖蜜基防爆抑尘剂，包括以下质量百分比的原料：糖蜜为30％、非离子型表面活性剂为5‰、高倍吸水树脂(SAP)为5％，其余为水和微量PH中和剂Ca(OH)2。
制备方法包括以下步骤
(1)将CaO与水按1:1000的比例在溶解池混合后进行溶解得到Ca(OH)2溶液。
(2)首先取适量由CaO配置好的Ca(OH)2溶液于一搅拌器中；之后，取质量分数为30％的糖蜜于搅拌器中，搅拌器置于水浴加热器中，加热器温度保持在80℃以上，搅拌均匀后测试其pH值。
(3)按比例称取质量分数为5％的SAP放入搅拌器并搅拌均匀，之后缓慢加入一定量的水，边进水边搅拌，待混合溶液呈粘稠状时停止进水。
(4)按比例称取质量分数为5‰的非离子表面活性剂放入搅拌器，并搅拌均匀直至完全融合。将混合溶液出料，糖蜜基防爆抑尘剂制备完毕
实施例4
一种糖蜜基防爆抑尘剂，包括以下质量百分比的原料：糖蜜为30％、非离子型表面活性剂为1％、高倍吸水树脂(SAP)为1％,其余为水和微量PH中和剂Ca(OH)2。
制备方法包括以下步骤
(1)将CaO与水按1:1000的比例在溶解池混合后进行溶解得到Ca(OH)2溶液。
(2)首先取适量由CaO配置好的Ca(OH)2溶液于一搅拌器中；之后，取质量分数为30％的糖蜜于搅拌器中，搅拌器置于水浴加热器中，加热器温度保持在80℃以上，搅拌均匀后测试其pH值。
(3)按比例称取质量分数为1％的SAP放入搅拌器并搅拌均匀，之后缓慢加入一定量的水，边进水边搅拌，待混合溶液呈粘稠状时停止进水。
(4)按比例称取质量分数为1％的非离子表面活性剂放入搅拌器，并搅拌均匀直至完全融合。将混合溶液出料，糖蜜基防爆抑尘剂制备完毕
实施例5
一种糖蜜基防爆抑尘剂，包括以下质量百分比的原料：糖蜜为30％、非离子型表面活性剂为3％、高倍吸水树脂(SAP)为3％,其余为水和微量PH中和剂Ca(OH)2。
制备方法包括以下步骤
(1)将CaO与水按1:1000的比例在溶解池混合后进行溶解得到Ca(OH)2溶液。
(2)首先取适量由CaO配置好的Ca(OH)2溶液于一搅拌器中；之后，取质量分数为30％的糖蜜于搅拌器中，搅拌器置于水浴加热器中，加热器温度保持在80℃以上，搅拌均匀后测试其pH值。
(3)按比例称取质量分数为3％的SAP放入搅拌器并搅拌均匀，之后缓慢加入一定量的水，边进水边搅拌，待混合溶液呈粘稠状时停止进水。
(4)按比例称取质量分数为3％的非离子表面活性剂放入搅拌器，并搅拌均匀直至完全融合。将混合溶液出料，糖蜜基防爆抑尘剂制备完毕
选取5个质地与表面积相同的正方形亚克力板(质量为m1)，在其表面均匀铺上200g的100目以下煤尘；之后，分别取10mL按实施例1～5制备的抑尘剂溶液，均匀喷洒在煤尘表面，喷洒后在室温下放置7天，并测量其质量(m2)；随后，通过调节鼓风机位置，使得测试位置处的风速为10m/s(6级强风)，之后将制备好的煤尘样放在测试位置处，开启风机吹风5min，测其质量(m3)，记录各数据计算抑尘率η：
Figure BDA0003154378240000051
分别取实施例1～5制备的抑尘剂溶液，将其与煤尘按1:2进行混合，得到五份混合煤尘，之后在常温环境中放置7天；7天后将凝聚的煤尘倒入坩埚中，利用坩埚锤手动将其研磨成粉；对研磨后的煤尘粉末过200目筛子，使用20L标准球形爆炸罐分别对混合煤尘进行爆炸参数的测定，设置爆炸浓为200g/m3，爆炸气氛为空气，记录爆炸指数(Kst1)。对未进行抑尘剂溶液处理的原煤尘进行爆炸测试，爆炸浓度为为200g/m3，爆炸气氛为空气，记录爆炸指数(Kst2)，计算抑爆效率σ。
Figure BDA0003154378240000052
表1各实施例所得抑尘剂的抑尘效率与抑爆效率
表1
测试项 抑尘效率(η)％ 抑爆效率(σ)％
实施例1 79.77 47.36
实施例2 82.31 80.27
实施例3 90.27 86.33
实施例4 83.25 52.14
实施例5 87.44 76.31
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种糖蜜基防爆抑尘剂，其特征在于：由以下质量百分比的原料组成：糖蜜为10％～30％、非离子型表面活性剂为1～5‰、淀粉基高倍吸水树脂(SAP)为5～10％，其余为水和微量pH中和剂Ca(OH)2。
2.根据权利要求1所述的糖蜜基防爆抑尘剂，其特征在于：非离子型表面活性剂由脂肪醇聚氧乙烯醚、辛基苯基聚氧乙烯醚按质量分数3:1复配而成。
3.根据权利要求1所述的糖蜜基防爆抑尘剂及其制备方法，其特征在于：所述pH中和剂Ca(OH)2溶液是将CaO与水按1:5000溶解过滤所得。
4.根据权利要求1所述的糖蜜基防爆抑尘剂及其制备方法，其特征在于：所述的高倍吸水树脂(SAP)为淀粉基聚丙烯酸钠。
5.根据权利要求1所述的糖蜜基防爆抑尘剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤；
(1)首先取适量由CaO配置好的Ca(OH)2溶液于一搅拌器中；之后，取适量糖蜜溶液与搅拌器中，开启搅拌器，待完全溶解后测试溶液pH值；
(2)接着，按比例称取适量SAP放入搅拌器并搅拌均匀，之后缓慢加入一定量的水，边进水边搅拌，待混合溶液呈粘稠状时停止进水；
(3)最后，按比例称取适量非离子表面活性剂放入搅拌器，并搅拌均匀直至完全融合，糖蜜基防爆抑尘剂制备完毕。
6.根据权利要求5所述的糖蜜基防爆抑尘剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中Ca(OH)2溶液用量由搅拌器最大工作容量计算所得。
7.根据权利要求5所述的糖蜜基防爆抑尘剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中需要对溶液的酸碱度进行测定，糖蜜的用量需使混合溶液的pH达到7±1。
8.根据权利要求5所述的糖蜜基防爆抑尘剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中糖蜜与SAP的质量比为1:0.17；所述步骤(3)中糖蜜与非离子表面活性剂的质量比为1：0.017。
9.根据权利要求5所述的糖蜜基防爆抑尘剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)—(3)过程中需将搅拌器置于水浴加热器中，加热器温度保持在80℃以上。
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