一种煤堆阻燃复合覆盖剂及其制备方法与流程

1.本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种煤堆阻燃复合覆盖剂及其制备方法。


背景技术：

2.燃煤在存放过程受空气氧化造成损耗，不同品种的煤中在存放过程都会受到一定程度的氧化，当煤堆的温度上升到一定程度时还引起自燃，煤化程度越低的煤更容易被氧化，储存半年时间，高挥发分的气煤、长焰煤化学损失约为5％左右，而褐煤甚至达到5％以上，如果燃煤发生自燃则损失更大。
3.对于燃煤的低温氧化、自燃的治理基本上采用2个技术途径：1)隔绝氧气，没有或者减少氧气的参与，就可以阻止或者减缓低温氧化、自燃的进程。目前采用阻隔氧气的方法包括：硅凝胶法、喷注石膏浆、灌浆法、充惰性气体法等；硅凝胶法、喷注石膏浆、灌浆法均采用不可燃物质封闭煤中孔隙，隔断漏风通道，使空气不能浸入煤体中，会造成煤中不可燃成分增加，增加排灰量，降低煤的燃烧性能；充惰性气体法则危害封闭煤场工作人员的健康。2)减缓或者阻止氧化反应进行，目前采用这种方法包括卤盐阻化剂、铵盐阻化剂、氢氧化钙阻化剂等。卤盐阻化剂的作用机理是通过nacl等卤盐的吸湿性，能使煤长期处于潮湿的状态，或形成水膜层隔绝了氧气，同时水汽化时吸热降温，减小了煤堆的升温速率，但是卤素对锅炉的钢铁腐蚀作用较为严重；铵盐盐阻化剂通过吸湿降温、捕获煤氧化链反应中的自由基、分解产生nh3、co2惰性气体从而降低了氧化速率，阻止煤自燃发火，铵盐阻化剂分解产生nh3为有毒气体，危害煤场工作人员的健康。


技术实现要素：

4.本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种煤堆阻燃复合覆盖剂及其制备方法，该煤堆阻燃复合覆盖剂能够在煤堆表面形成一层固结层有效隔绝氧气进入煤体，同时还能够有效吸收煤氧化过程中产生的自由基，进一步阻止煤堆内部低温氧化反应的发生。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种煤堆阻燃复合覆盖剂，包括以下重量份计的组分：粘结剂5～8份、增稠剂5～7份、表面活性剂0.2～0.6份、阻化剂2～5份、水75～90份。
6.优选地，所述粘结剂为糊精胶、羟丙基瓜尔豆胶中一种或两种。
7.优选地，所述表面活性剂为仲烷基硫酸钠、烷基芳基磺酸钠一种或两种。
8.优选地，所述增稠剂为酪蛋白钠、罗望子多糖胶中一种或两种。
9.优选地，所述阻化剂为抗坏血酸钙、对羟基苯甲酸丙酯钠中一种或两种。
10.一种所述煤堆阻燃复合覆盖剂的制备方法，包括以下步骤：
11.在反应釜中加入配方量的水，加热，按比例依次加入粘结剂、增稠剂，搅拌，冷却，之后加入表面活性剂和阻化剂，搅拌直到所有组分完全溶解，即得煤堆阻燃复合覆盖剂。
12.优选地，所述加热为加热至45～60℃。
13.优选地，所述搅拌的搅拌时间为30～40min。
14.优选地，所述冷却为冷却至25～30℃。
15.进一步地，所述煤堆阻燃复合覆盖剂适用于5m以上的大型煤堆，并可实现机械喷洒。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
17.(1)本发明通过粘结剂、表面活性剂、阻化剂间的相互作用，不仅能够在煤堆表面形成一层致密的固结层，阻隔外界氧气进入到煤体内部，有效阻止煤堆氧化反应的发生，同时还能够有效地吸收煤堆氧化过程中产生的自由基，阻断自由基的链锁反应，进一步阻止煤堆内部低温氧化反应的发生，选用的阻化剂也具有抑菌作用，能够延长煤堆阻燃复合覆盖剂的保存时间，增强制得煤堆阻燃复合覆盖剂的稳定性。
18.(2)本发明选用的原料组分均能完全降解，对环境不会产生二次污染，且在制备煤堆阻燃复合覆盖剂的过程中也不会产生nh3等有毒气体或惰性气体，对人体健康无危害。
19.(3)本发明选用的原料组分均为有机物质，属于可燃物质，不增加排灰量，不影响煤的燃烧性能。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.实施例、对比例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
22.实施例1、本发明煤堆阻燃复合覆盖剂及其制备方法
23.配方：糊精胶50g、酪蛋白钠50g、仲烷基硫酸钠2g、抗坏血酸钙20g、水750g。
24.制备方法：在反应釜中加入配方量的水，加热至45℃，按比例依次加入糊精胶、酪蛋白钠，搅拌30min，冷却至25℃，之后加入仲烷基硫酸钠和抗坏血酸钙，搅拌直到所有组分完全溶解，即得煤堆阻燃复合覆盖剂。
25.实施例2、本发明煤堆阻燃复合覆盖剂及其制备方法
26.配方：羟丙基瓜尔豆胶80g、酪蛋白钠70g、烷基芳基磺酸钠6g、抗坏血酸钙50g、水820g。
27.制备方法：在反应釜中加入配方量的水，加热至45℃，按比例依次加入羟丙基瓜尔豆胶、酪蛋白钠，搅拌35min，冷却至25℃，之后加入烷基芳基磺酸钠和抗坏血酸钙，搅拌直到所有组分完全溶解，即得煤堆阻燃复合覆盖剂。
28.实施例3、本发明煤堆阻燃复合覆盖剂及其制备方法
29.配方：羟丙基瓜尔豆胶70g、罗望子多糖胶60g、烷基芳基磺酸钠4g、对羟基苯甲酸丙酯钠30g、水900g。
30.制备方法：在反应釜中加入配方量的水，加热至50℃，按比例依次加入羟丙基瓜尔豆胶、罗望子多糖胶，搅拌40min，冷却至30℃，之后加入烷基芳基磺酸钠和对羟基苯甲酸丙
酯钠，搅拌直到所有组分完全溶解，即得煤堆阻燃复合覆盖剂。
31.实施例4、本发明煤堆阻燃复合覆盖剂及其制备方法
32.配方：糊精胶80g、罗望子多糖胶70g、仲烷基硫酸钠6g、对羟基苯甲酸丙酯钠50g、水820g。
33.制备方法：在反应釜中加入配方量的水，加热至45℃，按比例依次加入糊精胶、罗望子多糖胶，搅拌35min，冷却至25℃，之后加入仲烷基硫酸钠和对羟基苯甲酸丙酯钠，搅拌直到所有组分完全溶解，即得煤堆阻燃复合覆盖剂。
34.对比例1
35.与实施例2相比，本对比例的区别仅在于：不加入烷基芳基磺酸钠和抗坏血酸钙，相应将羟丙基瓜尔豆胶的质量调整为136g。
36.制备方法参考实施例2。
37.对比例2
38.与实施例2相比，本对比例的区别仅在于：不加入抗坏血酸钙，相应将羟丙基瓜尔豆胶的质量调整为130g。
39.制备方法参考实施例2。
40.对比例3
41.与实施例2相比，本对比例的区别仅在于：用等量的硬脂酸钠替换烷基芳基磺酸钠。
42.制备方法参考实施例2。
43.对比例4
44.与实施例2相比，本对比例的区别仅在于：用等量的mgcl2替换抗坏血酸钙。
45.制备方法参考实施例2。
46.实验一、抑制低温氧化和自燃效果实验
47.一、样品的选取与制备
48.实验样品：实施例1～4、对比例1～4制备得到的煤堆阻燃复合覆盖剂。
49.煤样制备：选取印尼褐煤作为试验样品，实验室用制样机将煤样破碎，筛分出50目，真空干燥后密封保存。
50.二、实验方法
51.称取质量为12mg印尼褐煤分别浸泡在实施例1～4、对比例1～4制备得到的煤堆阻燃复合覆盖剂以及水(空白对照组)中2h取出烘干备用，之后测试煤块在不同阶段的温度和活化能。
52.实验设备为瑞士梅特勒同步热分析仪，试验条件：
①
升温速率5℃/min；
②
初始温度25℃，终止温度600℃；
③
保护气体和气氛气体分别采用99.9％的氮气和氧气，其流量分别为40ml/min和10ml/min；
④
样品初始质量10～13mg。
53.三、实验结果
54.实验结果如表1所示。
55.表1各样品抑制低温氧化和自燃效果实验结果
[0056][0057]
从表1中的数据可以得知，本发明实施例制得的煤堆阻燃复合覆盖剂，相比于空白对照组，在失水失重阶段能够保持在较高的温度，同时失水失重阶段到氧化增重阶段的活化能明显提高；燃烧阶段，煤的燃烧活化能几乎无变化，表明燃烧阶段煤堆阻燃复合覆盖剂对煤块的阻化作用消失，煤堆阻燃复合覆盖剂中的阻化剂等组分对煤的燃烧无影响。
[0058]
对比例1～2中缺少烷基芳基磺酸钠、抗坏血酸钙中的一种或两种，导致煤块在失水失重阶段所具有的温度低于实施例，失水失重阶段以及氧化增重阶段的活化能均明显低于实施例，表明对比例1～2相比于实施例更容易发生氧化自燃现象；对比例3中选用硬脂酸钠替换烷基芳基磺酸钠、对比例4选用mgcl2替换抗坏血酸钙最终具有的阻燃效果均明显变差。由此可以证明本发明中表面活性剂、阻化剂、粘结剂等组分间的相互作用能够有效提高煤堆阻燃复合覆盖剂对煤堆的阻燃效果。
[0059]
实验二、阻燃效果实验
[0060]
一、实验样品
[0061]
实施例1～4以及对比例1～4制备得到的煤堆阻燃复合覆盖剂。
[0062]
二、实验方法
[0063]
分别堆出9个5000t对比煤堆，1个不喷洒煤堆阻燃复合覆盖剂，其余几个分别喷洒实施例1～4和对比例1～4制备得到的煤堆阻燃复合覆盖剂，固结后形成大于2cm的固结层。分别对煤堆进行长达150天的阻燃试验，放置到达第150天时，对煤堆分别取5个点测定深度2米以下煤堆内部温度(主要取未出现自燃现象的点，出现自燃现象的点另外测定)。
[0064]
三、实验结果
[0065]
实验结果如表2所示。
[0066]
表2各样品在150天测得的煤堆内部温度(℃)
[0067][0068]
从表2中的数据可以得知，本发明实施例1～4在喷洒了150天之后煤堆内部依旧能够保持较低的温度，避免了自燃现象的发生。
[0069]
对比例1缺少表面活性剂烷基芳基磺酸钠，导致制得的煤堆阻燃复合覆盖剂扩散、渗透能力下降，难以形成厚度大于2cm的覆盖剂，阻隔氧气进入煤体的能力下降，同时缺少抗氧化剂抗坏血酸钙，未有效吸收煤氧化过程中产生的自由基，抑制低温氧化效果下降，从而提升了煤堆内部的温度，使自燃现象更容易发生；对比例2缺少抗氧化剂抗坏血酸钙，未有效吸收煤氧化过程中产生的自由基，抑制低温氧化效果下降，煤堆内部的温度提升液也较快，使自燃现象也较容易发生；对比例3选用硬脂酸钠替换烷基芳基磺酸钠、对比例4选用mgcl2替换抗坏血酸钙，从实验结果可以看出喷洒了对比例3和对比例4煤堆阻燃复合覆盖剂的煤堆内部温度虽然相比于不喷洒的有所降低，但降低的效果仍差于实施例。
[0070]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。