一种煤炭抑尘剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于煤炭工业技术领域，具体涉及一种煤炭抑尘剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 煤炭是我国重要的基础能源，我国能源资源的基本特点是富煤、贫油、少气，将我 国煤炭资源与石油、天然气、水能和核能等一次能源资源相比，探明的资源储量折算为标准 煤，煤炭占85%以上，既有的资源结构造成了煤炭在我国一次能源消费结构中所占的绝对 比重达到70%，因此，我国的能源生产和消耗仍以煤炭为主。
[0003] 然而，煤尘作为煤炭生产和加工利用过程中的必然产物，严重威胁着煤炭开采、粉 碎和储存过程的安全，也增加了煤炭运输过程的损耗，并使空气质量显著降低。近年来，随 着高产高效矿井的发展，综采工作面产生的煤尘浓度越来越高，煤尘污染已经成为煤矿生 产中的最大污染源。煤尘的产生不仅会缩短仪器设备的使用寿命，降低其使用精度，还会严 重危及综采工作面工人的身体健康，甚至存在煤尘爆炸隐患。比如：1942年发生在日本本 溪湖煤矿的世界煤矿史上最大的瓦斯煤尘爆炸事故造成1549人遇难，246人伤残；2005年 的黑龙江七台河东风煤矿〃 11. 27〃煤尘爆炸就造成171人遇难，48人受伤，直接经济损失 4293万元。
[0004] 因此，对于煤炭抑尘剂的研宄，无论是从环境保护还是安全生产角度来讲都是迫 切需求的。目前，我国煤炭生产和转化利用过程中，多采取湿式抑尘技术，如煤层注水、预防 性灌浆、湿式凿岩、喷雾洒水等，但由于煤尘和岩粉均具有一定的疏水性，而水的表面张力 又较大，煤尘和岩尘不易被水迅速、有效地湿润和捕捉，达不到理想的抑尘效果。化学抑尘 剂作为一种新兴的煤尘治理手段，对煤炭的抑尘及降尘有很好效果，应用也越来越广泛。但 是，现有的大部分抑尘剂原料或者产品本身有一定腐蚀性、毒性、非亲水性及难降解性，对 环境和人体存在潜在威胁，抑或是性能较差。
[0005] 煤炭抑尘剂开发方面，国外早期已取得较多成果。代表性的有美国DCL-1803型粘 结型化学抑尘剂、Conherex型粘结型化学抑尘剂；德国的Mon-tan型粘结型化学抑尘剂；南 非的ANT-I型润湿型化学抑尘剂等。它们的主要成分或为天然石油树脂与润湿剂配制的乳 状液，或为高芳香族化合物的物料与重油渣乳化液，或是由CaCl 2、MgCl2、石灰、硅酸钠原料 等混合而成的吸湿性溶液等。国内方面，吴超研宄了阴离子表面活性剂添加硫酸盐，对煤尘 湿润效果的改善程度及其作用机理，证明阴离子表面活性剂添加含高价负离子电解质添加 剂，可改善煤尘湿润能力；舒新前通过对煤尘进行保水、润湿和凝聚性能测试，得出了较为 满意的抑尘剂配方；杜翠凤将黏结剂溶液喷洒在煤堆表面后，能使煤堆表面黏结形成具有 一定强度的硬壳，具有防尘作用；施春红采用无机盐、活性剂及辅助剂制备得到的抑尘剂能 够长时保持巷道表面湿润，防止粉尘二次飞扬，降低了巷道粉尘浓度；朱红采用改性淀粉、 纳米粒子母体、乙醇和水制备得到了具有以纳米粒子为核，改性淀粉分子为膜的网状结构 的抑尘剂，该抑尘剂在使用时能够形成一定厚度和韧性的固化层。
[0006] 抑尘剂的研宄近年来成为国内外学术界关注的热点，开发出的抑尘剂产品数量也 较多。不难看出，现有抑尘剂的配方大多相对单一，原料基本上集中在淀粉（降解性能虽 好，但产品易霉变且成本偏高）、氯化物无机盐（对抑尘剂喷洒设备有腐蚀作用）、合成的水 溶性聚合物（合成工艺复杂，不易控制）上，个别配方中虽然采用天然植物纤维替代了合成 的水溶性聚合物，但其制备工艺仍然沿用简单的乳液合成法，合成时间较长，产品成膜强度 普遍不高。而且，现有产品性能设计与开发也多停留在吸水和保水性两方面，功能化设计与 开发程度整体不足。
[0007] 另一方面，现有的煤炭抑尘剂虽然有些试验效果良好，但绝大多数并没能得以推 广应用，主要原因就在于煤尘产生量大，涉及煤种范围广，研发工作很少全面结合煤尘表面 微观性质，也缺乏对药剂分子结构的系统分析，普遍依赖于大量实验，研宄与开发盲目性明 显，导致产品开发周期延长、成本增高，产品性能也不够稳定。所以，开发一种高效、低成本、 环境友好的新型功能化煤炭抑尘剂，已成为当前迫切需要解决的难题。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤炭抑尘 剂，其基于分子设计的理念，采用含有丰富内部微孔结构的纯化硅藻土作为成核剂，水溶性 分子丙烯酸作为聚合单体，以纤维素含量高的改性葵花秸杆代替传统方法制备抑尘剂中使 用的淀粉，借助微波辐射促进引发剂分解，使丙烯酸和大量纤维素在硅藻土颗粒形成的核 表面进行原位接枝共聚，形成壳核包裹结构的共聚物，制备出具有优良吸水、保水性能和良 好成膜性能的煤炭抑尘剂。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种煤炭抑尘剂，其特征在于， 由以下重量份的原料制成：改性葵花秸杆1份，中和度为50%?70%的丙烯酸溶液14?32 份，乙二醇二甲基丙烯酸酯0. 0048?0. 0176份，纯化硅藻土 0. 2?0. 8份，引发剂0. 02? 〇. 04份；所述引发剂为过硫酸钾或过氧化氢；所述改性葵花秸杆为经碱化处理后的葵花秸 杆；所述引发剂为过硫酸钾或过氧化氢；所述中和度为50%?70%的丙烯酸溶液的配制方 法为：将质量浓度为15%?21 %的氢氧化钠溶液加入丙烯酸中搅拌均匀，所述丙烯酸与氢 氧化钠溶液中氢氧化钠的摩尔比为1 : (〇. 5?0. 7)。
[0010] 上述的一种煤炭抑尘剂，其特征在于，由以下重量份的原料制成：改性葵花秸杆1 份，中和度为70%的丙烯酸溶液18?22份，乙二醇二甲基丙烯酸酯0. 008?0. 012份，纯 化硅藻土 0. 4?0. 8份，引发剂0. 03?0. 04份。
[0011] 上述的一种煤炭抑尘剂，其特征在于，由以下重量份的原料制成：改性葵花秸杆1 份，中和度为70%的丙烯酸溶液18份，乙二醇二甲基丙烯酸酯0. 01份，纯化硅藻土 0. 6份， 引发剂0.04份。
[0012] 上述的一种煤炭抑尘剂，其特征在于，所述改性葵花秸杆的制备方法为：将葵花秸 杆粉碎后过80?120目筛，取筛下物置于质量浓度为10%?15%的氢氧化钠溶液中密封 浸泡20h?25h，过滤后采用去离子水洗涤滤渣至洗涤液pH值为7. 0?7. 5,干燥后得到改 性葵花秸杆。
[0013] 上述的一种煤炭抑尘剂，其特征在于，所述纯化娃藻土的制备方法为：
[0014] 步骤一、将硅藻土置于马弗炉中，在350°C?450°C条件下焙烧4h?6h，然后将水 与焙烧后的硅藻土按照液固比为（2?3) :1混合配制成浆液，搅拌均匀后待用；
[0015] 步骤二、向步骤一中搅拌均匀后的浆液中滴加浓硫酸，滴加完毕后在90°C? 100°C的水浴条件下反应4h?5h，然后向反应体系中加入去离子水搅拌反应Ih?2h，过 滤后干燥得到纯化硅藻土；所述浓硫酸与步骤一中焙烧前的硅藻土的质量比为1: (〇. 5? 0. 65)，所述浓硫酸的质量浓度不低于98% ;所述去离子水与步骤一中焙烧前的硅藻土的质 量比为（15?19) :1。
[0016] 所述重量份可为两、斤、公斤、克、千克、吨等重量计量单位。
[0017] 进一步地，本发明还公开了一种制备上述煤炭抑尘剂的方法，其特征在于，包括以 下步骤：
[0018] 步骤一、将中和度为50%?70%的丙烯酸溶液、引发剂和乙二醇二甲基丙烯酸酯 混合均匀，得到混合液；
[0019] 步骤二、将改性葵花秸杆在85°C?95°C的水浴条件下糊化25min?35min，然后 向糊化后的改性葵花秸杆中加入纯化硅藻土，搅拌均匀后再加入步骤一中所述混合液，在 40°C?60°C的水浴条件下反应4. 5h?5. 5h，得到中间产物；
[0020] 步骤三、对步骤二中所述中间产物进行微波辐射，然后将经微波辐射后