一种煤堆表面覆盖剂及其制备方法和应用与流程

1.本技术属于节能减排与环境污染治理领域，尤其涉及一种煤堆表面覆盖剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.中国是煤炭开采和使用大国，在发电厂、洗煤厂、露天煤矿等煤炭开采和使用场所中，大部分煤炭会储存在露天场所，由于煤炭的露天储存，在风力和雨水的侵蚀下，会造成大量能源损耗，同时，煤炭流失到环境中也会造成环境污染。
3.目前，对于风力和雨水的侵蚀导致的煤炭流失的治理手段主要包括物理手段和化学手段，物理手段一种是通过建造煤炭防风墙或储煤仓等建筑，帮助抵御风雨侵蚀，然而煤炭防风墙或储煤仓等建筑成本高，不容易普及，另外一种物理手段是通过喷水增加煤堆表面覆盖层的含水量，煤颗粒的质量会随之增大，从而起到一定的抵抗风力侵蚀，发挥抑尘效果，减少煤炭损耗，然而雨天煤炭表面的水分反而帮助了雨水侵蚀，增大了煤炭损耗，夏天水分易挥发，无法长时间维持较好的抑尘效果，冬天温度过低，煤堆表面易结冰，对煤炭转运不利，并且再加上煤炭被喷洒水后，其较高的含水量会降低燃煤的低位发热量，进而降低锅炉的热效率，因此洒水降尘并不是一种理想的降尘方法；化学手段是帮助煤炭抵御风雨侵蚀的一种重要手段，其机理是通过高粘液体吸附粉尘并使其凝聚，形成较大的尘粒或使煤堆表面成膜，从而对小粉尘起到抑制作用，然而煤堆表面覆盖剂的种类还不够多，人们迫切需要新的煤堆表面覆盖剂。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供了一种煤堆表面覆盖剂及其制备方法和应用，用于解决现有技术中煤堆表面覆盖剂的种类还不够多，人们迫切需要新的煤堆表面覆盖剂的技术问题。
5.本技术第一方面提供了一种煤堆表面覆盖剂，其组成包括苯乙烯基煤堆表面覆盖剂和表面活性剂；
6.所述苯乙烯基煤堆表面覆盖剂由二乙烯基苯、烷基酚聚氧乙烯醚、丁二烯、苯乙烯、丙烯酸以及引发剂聚合而成。
7.优选的，所述煤堆表面覆盖剂还包括保湿剂。
8.优选的，所述保湿剂选自甘油。
9.优选的，所述表面活性剂选自曲拉通，聚乙二醇、十二烷基苯磺酸钠、蔗糖酯。
10.需要说明的是，甘油保湿剂的加入可以保持表层煤样的水分，提高煤堆表面覆盖剂抑尘效果，且甘油保湿剂能够与表面活性剂曲拉通相互协同，发挥的抑制效果远远大于在二乙烯基苯基煤堆表面覆盖剂中加入单一的甘油保湿剂或表面活性剂曲拉通。
11.优选的，所述引发剂选自过硫酸铵。
12.所述煤堆表面覆盖剂中二乙烯基苯的质量分数为0～2％。
13.以质量份计算，所述苯乙烯基煤堆表面覆盖剂包括20～45质量份丁二烯、30～60质量份苯乙烯、0.5～3质量份丙烯酸、1～3.5质量份二乙烯基苯、1～3质量份烷基酚聚氧乙烯醚、0.1～2质量份曲拉通以及0.5～2质量份甘油。
14.优选的，以质量份计算，所述苯乙烯基煤堆表面覆盖剂包括30质量份丁二烯、45质量份苯乙烯、1质量份丙烯酸、1质量份二乙烯基苯以及1.5质量份烷基酚聚氧乙烯醚、0.5质量份曲拉通以及1质量份甘油。
15.优选的，以质量份计算，所述苯乙烯基煤堆表面覆盖剂包括40质量份丁二烯、50质量份苯乙烯、2质量份丙烯酸、2质量份二乙烯基苯以及1.5质量份烷基酚聚氧乙烯醚、0.5质量份曲拉通以及1质量份甘油。
16.优选的，以质量份计算，所述苯乙烯基煤堆表面覆盖剂包括35质量份丁二烯、60质量份苯乙烯、1.5质量份丙烯酸、3质量份二乙烯基苯以及2质量份烷基酚聚氧乙烯醚、0.5质量份曲拉通以及1质量份甘油。
17.优选的，以质量份计算，所述苯乙烯基煤堆表面覆盖剂包括35质量份丁二烯、60质量份苯乙烯、1.5质量份丙烯酸、5质量份二乙烯基苯以及2质量份烷基酚聚氧乙烯醚、1.5质量份曲拉通以及2质量份甘油。
18.本技术第二方面提供了一种煤堆表面覆盖剂的制备方法，包括步骤：
19.步骤1、将二乙烯基苯、烷基酚聚氧乙烯醚、丁二烯、苯乙烯、丙烯酸以及引发剂搅拌加热聚合反应，得到苯乙烯基煤堆表面覆盖剂；
20.步骤2、将表面活性剂、保湿剂加入苯乙烯基煤堆表面覆盖剂搅拌均匀，得到煤堆表面覆盖剂；
21.步骤1中，所述搅拌加热的温度为80℃，时间为60分钟。
22.本技术第三方面提供了一种煤堆表面覆盖剂在室外煤堆中的应用。
23.需要说明的是，本技术提供的煤堆表面覆盖剂能有效将内外层小煤粒与较大煤粒共同粘结，形成硬壳，减缓室外煤堆因为风雨侵蚀而流失。
24.综上所述，本技术提供了一种煤堆表面覆盖剂及其制备方法和应用，煤堆表面覆盖剂包括二乙烯基苯基煤堆表面覆盖剂和表面活性剂，二乙烯基苯基煤堆表面覆盖剂由二乙烯基苯、烷基酚聚氧乙烯醚、丁二烯、苯乙烯、丙烯酸以及引发剂聚合而成，粘度较低，在运输、管道输送和喷洒时都有极大的便利，同时，合成简便，成本较低，具有优良的粘结性，喷洒在煤堆上能粘煤粒，通过将小煤粒与较大煤粒共同粘结，形成硬壳，抵抗风雨侵蚀，更重要的是表面活性剂的加入会降低表面张力，使表面覆盖剂更容易渗透进入煤堆内层。随着渗透深度的增加，将表面及内层煤粒粘结，使结壳厚度增加，使煤堆表面覆盖剂渗透到较深的煤层，增大结壳厚度，提高煤堆表面覆盖剂抵抗风雨侵蚀的效果，从而解决现有技术中煤堆表面覆盖剂的种类还不够多，人们迫切需要新的煤堆表面覆盖剂的技术问题。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本技术实施例3提供的煤堆表面覆盖剂喷洒在煤样后以及纯水喷洒在煤样后的扫描电镜图；
27.图2为本技术实施例3提供的煤堆表面覆盖剂喷洒在煤样后以及纯水喷洒在煤样表面待干燥后，暴雨雨水冲刷10min后的煤堆表面形貌图；
28.图3为本技术实施例6和7提供的煤堆表面覆盖剂喷洒在煤样后以及纯水喷洒在煤样表面待干燥后，暴雨雨水冲刷10min后的煤堆表面形貌图；
29.其中，图1a为纯水喷洒在煤样后的扫描电镜图，图1b为煤堆表面覆盖剂喷洒在煤样后的扫描电镜图；
30.图2a为纯水喷洒在煤样表面干燥后，暴雨雨水冲刷10min后的煤堆表面形貌图，图2b为煤堆表面覆盖剂喷洒在煤样表面干燥后，暴雨雨水冲刷10min后的煤堆表面形貌图；
31.图3a为本技术实施例6提供的煤堆表面覆盖剂喷洒在煤样表面干燥后，暴雨雨水冲刷10min后的煤堆表面形貌图，图3b为本技术实施例6提供的煤堆表面覆盖剂喷洒在煤样表面干燥后，暴雨雨水冲刷10min后的煤堆表面形貌图。
具体实施方式
32.本技术提供了一种煤堆表面覆盖剂及其制备方法和应用，用于解决现有技术中煤堆表面覆盖剂的种类还不够多，人们迫切需要新的煤堆表面覆盖剂的技术问题。
33.下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
34.实施例1
35.本实施例提供了一种煤堆表面覆盖剂，其组成包括苯乙烯基煤堆表面覆盖剂和表面活性剂，苯乙烯基煤堆表面覆盖剂由二乙烯基苯、烷基酚聚氧乙烯醚、丁二烯、苯乙烯、丙烯酸以及引发剂聚合而成。
36.本技术提供的煤堆表面覆盖剂中，苯乙烯基煤堆表面覆盖剂粘度较低，在运输、管道输送和喷洒时都有极大的便利，同时，合成简便，成本较低，具有优良的粘结性，喷洒在煤堆上能粘结细小的煤粒，并将小煤粒与较大煤粒共同粘结，形成硬壳，抵抗风雨侵蚀，同时，表面活性剂的加入可以降低苯乙烯基煤堆表面覆盖剂的表面张力，改善二乙烯基苯基煤堆表面覆盖剂的渗透性，使煤堆表面覆盖剂渗透到较深的煤层，增大结壳厚度，提高煤堆表面覆盖剂抵抗风雨侵蚀的效果，同时，由于本专利申请提供的煤堆表面覆盖剂抵抗风雨侵蚀的机理是在煤堆表面结成硬壳，与传统的依赖粘度将小煤粒粘结在一起的煤堆表面覆盖剂不同，因此，对粘度依赖较少，本专利申请提供的煤堆表面覆盖剂即使稀释到100倍，降低粘度后也能发挥较好的抵御风雨侵蚀的效果。
37.本技术提供的煤堆表面覆盖剂中，表面活性剂优选曲拉通，其他的表面活性剂如果能够降低煤堆表面覆盖剂的表面张力，有利于煤堆表面覆盖剂渗透到较深的煤层，增大结壳厚度与本技术属于相同的发明构思；同时，对于煤堆表面覆盖剂本技术还可以添加保湿剂，保湿剂优选甘油，保湿剂的加入有效改善保湿性，保持表层煤样的水分，能够抵抗风力侵蚀，发挥抑尘效果，并且经过实验可知，保湿剂与表面活性剂是有协同作用的，在煤堆表面覆盖剂中同时添加保湿剂与表面活性剂抵抗风雨侵蚀的效果远远高于添加单一的保
湿剂或表面活性剂。
38.本技术提供的煤堆表面覆盖剂中，引发聚合制备苯乙烯基煤堆表面覆盖剂中的引发剂优选过硫酸铵，当然其他引发乙烯基苯、烷基酚聚氧乙烯醚、丁二烯、苯乙烯以及丙烯酸聚合的引发剂也在本技术的保护范围内。
39.本技术提供的煤堆表面覆盖剂中，对于各组分的比例优选包括20～45质量份丁二烯、30～60质量份苯乙烯、0.5～3质量份丙烯酸、1～3.5质量份二乙烯基苯、1～3质量份烷基酚聚氧乙烯醚、0.1～2质量份曲拉通以及0.5～2质量份甘油。
40.实施例2
41.本实施例提供了煤堆表面覆盖剂的制备方法，包括以下步骤：
42.步骤1、制备苯乙烯基煤堆表面覆盖剂
43.将30份丁二烯、45份苯乙烯、1份丙烯酸、1份二乙烯基苯和1.5份烷基酚聚氧乙烯醚搅拌混合并加热，之后加入0.8份过硫酸铵，于80℃持续搅拌聚合得到苯乙烯基煤堆表面覆盖剂。
44.步骤2、制备煤堆表面覆盖剂
45.将甘油1份、曲拉通0.5份以及25份水搅拌均匀后加入步骤1制备得到的苯乙烯基煤堆表面覆盖剂中搅拌均匀，得到煤堆表面覆盖剂。
46.实施例3
47.本实施例提供了煤堆表面覆盖剂的制备方法，包括以下步骤：
48.步骤1、制备苯乙烯基煤堆表面覆盖剂
49.将40份丁二烯、50份苯乙烯、2份丙烯酸、2份二乙烯基苯和1.5份烷基酚聚氧乙烯醚搅拌混合并加热，之后加入0.8份过硫酸铵，于80℃持续搅拌聚合得到苯乙烯基煤堆表面覆盖剂。
50.步骤2、制备煤堆表面覆盖剂
51.将甘油1份、曲拉通0.5份以及25份水搅拌均匀后加入步骤1制备得到的苯乙烯基煤堆表面覆盖剂中搅拌均匀，得到煤堆表面覆盖剂。
52.实施例4
53.本实施例提供了煤堆表面覆盖剂的制备方法，包括以下步骤：
54.步骤1、制备苯乙烯基煤堆表面覆盖剂
55.将35份丁二烯、60份苯乙烯、1.5份丙烯酸、3份二乙烯基苯和2份烷基酚聚氧乙烯醚搅拌混合并加热，之后加入1份过硫酸铵，于80℃持续搅拌聚合得到苯乙烯基煤堆表面覆盖剂。
56.步骤2、制备煤堆表面覆盖剂
57.将甘油1份、曲拉通0.5份以及25份水搅拌均匀后加入步骤1制备得到的苯乙烯基煤堆表面覆盖剂中搅拌均匀，得到煤堆表面覆盖剂。
58.实施例5
59.本实施例提供了煤堆表面覆盖剂的制备方法，包括以下步骤：
60.步骤1、制备苯乙烯基煤堆表面覆盖剂
61.将35份丁二烯、60份苯乙烯、1.5份丙烯酸、5份二乙烯基苯和2份烷基酚聚氧乙烯醚搅拌混合并加热，之后加入2.3份过硫酸铵，于80℃持续搅拌聚合得到苯乙烯基煤堆表面
覆盖剂。
62.步骤2、制备煤堆表面覆盖剂
63.将甘油1.5份、曲拉通2份以及50份水搅拌均匀后加入步骤1制备得到的苯乙烯基煤堆表面覆盖剂中搅拌均匀，得到煤堆表面覆盖剂。
64.实施例6
65.本实施例提供了煤堆表面覆盖剂的制备方法，包括以下步骤：
66.步骤1、制备苯乙烯基煤堆表面覆盖剂
67.将40份丁二烯、50份苯乙烯、2份丙烯酸、2份二乙烯基苯和1.5份烷基酚聚氧乙烯醚搅拌混合并加热，之后加入0.8份过硫酸铵，于80℃持续搅拌聚合得到苯乙烯基煤堆表面覆盖剂。
68.步骤2、制备煤堆表面覆盖剂
69.将甘油1份以及25份水搅拌均匀后加入步骤1制备得到的苯乙烯基煤堆表面覆盖剂中搅拌均匀，得到煤堆表面覆盖剂。
70.实施例7
71.本实施例提供了煤堆表面覆盖剂的制备方法，包括以下步骤：
72.步骤1、制备苯乙烯基煤堆表面覆盖剂
73.将40份丁二烯、50份苯乙烯、2份丙烯酸、2份二乙烯基苯和1.5份烷基酚聚氧乙烯醚搅拌混合并加热，之后加入0.8份过硫酸铵，于80℃持续搅拌聚合得到苯乙烯基煤堆表面覆盖剂。
74.步骤2、制备煤堆表面覆盖剂
75.将曲拉通0.5份以及25份水搅拌均匀后加入步骤1制备得到的苯乙烯基煤堆表面覆盖剂中搅拌均匀，得到煤堆表面覆盖剂。
76.测试例1
77.本测试例测试没有用水稀释煤堆表面覆盖剂喷洒在煤样表后，煤样抵抗风侵蚀的效果，测试步骤先测试煤堆表面覆盖剂的粘度，再进行煤样抵抗风侵蚀包括：先将煤堆表面覆盖剂和纯水分布喷洒在煤样，待干燥后进行抵抗风侵蚀测试，其中，测试样品煤堆表面覆盖剂中成分如实施例2-5所示，煤堆表面覆盖剂中二乙烯基苯的质量分数分别为1％、2％、3％、5％以及煤堆表面覆盖剂中不加入二乙烯基苯。
78.抵抗风力侵蚀测试包括：将等体积的使用不同含量二乙烯基苯的煤堆表面覆盖剂均匀喷洒于煤堆表面，待煤堆彻底干燥后，放入测试箱中，风力模拟八级风，调节风速为18.5m/s，连续吹5min，通过记录风吹前后的煤堆质量变化来评定抵抗风力侵蚀的效果，其结果如表1所示。
[0079][0080]
表1
[0081]
从表1可以看出，二乙烯基苯的加入增加了煤堆表面覆盖剂的粘度，这与二乙烯基苯作为交联剂可以提高煤堆表面覆盖剂的交联度有关，而煤堆表面覆盖剂粘度的增加有利于小煤粒与较大煤粒共同粘结，形成硬壳，从而提高抵抗风力侵蚀，从表1中可以看出，在二乙烯基苯质量分数为0～2％的范围内，随着二乙烯基苯质量分数的增加，能提高煤堆抵抗风力侵蚀的效果，然而当二乙烯基苯质量分数提高到3％以上，煤堆抵抗风力侵蚀的效果反而减弱，这可能是由于过量的二乙烯基苯导致了表面覆盖剂不容易渗透进入煤堆内层，使得硬壳厚度减弱，从而降低了抵抗风力侵蚀的效果。
[0082]
测试例2
[0083]
本测试例测试实施例3、实施例6以及实施例7提供的煤堆表面覆盖剂喷洒在煤样表后，煤样抵抗风雨侵蚀的效果，测试步骤包括：先将煤堆表面覆盖剂和纯水分布喷洒在煤样，待干燥后进行抵抗风雨侵蚀测试。
[0084]
其中，将煤堆表面覆盖剂和纯水分布喷洒在煤样表面，喷洒量为3l/m2，待干燥后的扫描电镜图如图1所示，从图1a可以看出，喷洒纯水后，煤样呈现松散状态，大小煤样没有粘结在一起形成硬壳，煤样整体呈现出凹凸不平的状态，且存在较大缝隙，风雨容易透过缝隙侵蚀煤样；从图1b可以看出，喷洒本技术提供的煤堆表面覆盖剂后，煤样表面平滑，形成一层薄膜将煤尘粘连，且将许多小型颗粒覆盖于膜下，煤样总体呈现出较为的平坦状态，缝隙也几乎被膜完全遮盖，说明本技术提供的煤堆表面覆盖剂喷洒在煤堆上能粘结细小的煤粒，并将小煤粒与较大煤粒共同粘结，形成硬壳，具有抵抗风雨侵蚀的潜力。
[0085]
抵抗风力侵蚀测试包括：用煤粉和煤块1:1混匀，在7块玻璃板上制作大小近似的煤堆，在煤堆表面按3l/m2分别喷洒水和煤堆表面覆盖剂。其中煤堆表面覆盖剂选用实施例3、实施例6以及实施例7所得样品，用水按体积比稀释50倍(煤堆表面覆盖剂-50)和100倍(煤堆表面覆盖剂-100)后使用，待煤堆彻底干燥后，放入测试箱中，用鼓风机调节风力为八
级，对应风速18.5m/s，连续吹2min。记录风吹前后的煤堆质量变化，计算出对照组(喷洒水)和实验组(喷洒不同稀释倍数的煤堆表面覆盖剂)各自的煤样损失率，结果如表1所示：
[0086]
[0087][0088]
表2
[0089]
从表2可以看出，喷洒纯水后的煤样抵抗风力侵蚀的效果弱，煤样损失率高达60％以上，而喷洒本技术实施例6、7提供的煤堆表面覆盖剂后，均能极大降低降低煤样损失率，并且煤堆表面覆盖剂6、7在稀释100倍后，依旧能够极大的降低煤样损失率；并且与实施例6、7提供的煤堆表面覆盖剂相比，实施例3提供的煤堆表面覆盖剂3，能够将煤样损失率降低到0.096％，远远高于实施例6、7提供的煤堆表面覆盖剂将煤样损失率降低到0.490％的效果，说明甘油保湿剂能够与表面活性剂曲拉通相互协同，发挥的抵抗风力侵蚀效果远远大于在二乙烯基苯基煤堆表面覆盖剂中加入单一的甘油保湿剂或表面活性剂曲拉通。
[0090]
抵抗雨水侵蚀测试包括：用煤粉和煤块1:1混匀，在4块玻璃板上制作大小近似的煤堆，在煤堆表面按3l/m2分别喷洒水和煤堆表面覆盖剂。其中煤堆表面覆盖剂选用实施例3、实施例6以及实施例7所得样品，用水按体积比稀释100倍(煤堆表面覆盖剂-100)后使用，
待煤堆彻底干燥后，放入测试箱中，用喷头模拟暴雨雨水，以相同流速冲刷10min，观察煤堆形貌变化。
[0091]
抵抗雨水侵蚀测试结果如图2、3所示，纯水喷洒在煤样表面干燥后，暴雨雨水冲刷10min后的煤堆表面形貌图为图2a，从图2a可以明显观察在水的冲刷下，煤粉混于水中一起流动，逐渐扩散到测试箱底部，说明喷洒纯水后的煤样抵抗雨水侵蚀的效果弱，而喷洒本技术实施例3提供的煤堆表面覆盖剂3煤样表面干燥后，暴雨雨水冲刷10min后的煤堆表面形貌图为图2b，从图2b可以看出煤样雨水冲刷前后，未观察到明显的变化，表明煤堆表面覆盖剂干燥后结成的外壳极好的保护了煤堆，证明喷洒煤堆表面覆盖剂后的煤堆有良好的抗雨水冲刷性能，而与图2b相比，图3a,b虽然抗雨水冲刷性能有所减弱，但依旧强于纯水，说明与纯水相比，本技术实施例6和7提供的只添加甘油或曲拉通的煤堆表面覆盖剂能够发挥抵抗风力侵蚀的效果
[0092]
以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。