本發(fā)明屬于防止煤自燃的技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種防治煤炭自燃用復(fù)合阻化劑的制備方法。
背景技術(shù):
煤的自燃火災(zāi)一直威脅著煤炭生產(chǎn)和儲存的安全,影響了開采效率,甚至引發(fā)瓦斯爆炸或井下火災(zāi),嚴(yán)重威脅著礦井和礦工的人身安全。煤層自燃著火的主要原因是煤層中破碎煤體存在裂隙,空氣中的氧氣隨裂隙進(jìn)入煤層與煤反應(yīng)放出熱量,熱量積聚至著火點(diǎn)即發(fā)生自燃。因此,阻止煤氧接觸,就能使煤氧復(fù)合放熱量小于煤巖體向周圍巖體的散熱量,從而使煤溫不斷下降,最終實(shí)現(xiàn)防止煤自燃發(fā)生。
預(yù)防性灌漿是防止煤自燃發(fā)火的一項(xiàng)傳統(tǒng)的、有效的、穩(wěn)定可靠的重要措施,在煤礦中得到普遍應(yīng)用。例如發(fā)明專利201210526943.9公開的基于煤低溫氧化機(jī)理的防治煤炭自燃的復(fù)合阻化劑,是根據(jù)煤炭氧化自燃時活性基團(tuán)的不同反應(yīng)活性而獲得的一種針對性復(fù)合阻化劑。井下自燃火災(zāi)通常處于工作面或巷道頂部較高部位,水或泥漿不能滯留在頂部包裹火區(qū);另外,泥漿脫水量大、施工量大、附壁性差。無機(jī)鹽類阻化劑主要為氯化鈣、氯化鎂等水溶液,可通過噴灑、壓注或霧化的形式附著在易被氧化的煤體表面形成含水液膜,惰化媒體表面、阻止煤氧接觸;但當(dāng)煤體溫度升高使阻化劑吸收的水份蒸發(fā),其阻化效果消失,且阻化劑會催化煤氧復(fù)合速度。凝膠類阻化劑可在煤體表面形成阻隔膜,隔絕煤體與空氣中氧氣的氧化反應(yīng),達(dá)到阻化效果;但水玻璃凝膠阻化劑具有用量大、體積收縮大、干燥后易開裂等缺點(diǎn),有機(jī)凝膠阻化劑往往熱穩(wěn)定性差、易燃燒且成本較高。聚氨酯、酚醛樹脂、脲醛樹脂等封堵劑對阻隔煤體氧化也具有良好效果,但其成本高、操作復(fù)雜、原料有腐蝕性及污染環(huán)境。因此,研究開發(fā)一種不易受溫度影響,阻化效果極佳的復(fù)合阻化劑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題:針對傳統(tǒng)的無機(jī)鹽類阻化劑易受溫度的影響,煤體溫度升高易使阻化劑吸收的水分蒸發(fā),影響阻化效果,且阻化劑會催化煤氧復(fù)合速度的缺陷,提供了一種防治煤炭自燃用復(fù)合阻化劑的方法。
為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案:
1.一種防治煤炭自燃用復(fù)合阻化劑的制備方法,其特征在于具體制備步驟為:
(1)取鈉基蒙脫土加入去離子水中超聲分散30~40min,再加入三氯化鐵,攪拌反應(yīng)15~20h,過濾得濾渣,將濾渣水洗干燥后粉碎過篩,得鐵基蒙脫土;
(2)取鐵基蒙脫土加入去離子水中,在70~80℃下攪拌30~40min,再加入十六烷基三甲基溴化銨,反應(yīng)1~2h,離心分離得沉淀,將沉淀水洗干燥后過篩,得改性鐵基蒙脫土;
(3)取還原鐵粉、石墨粉、銅粉球磨6~10h,得鐵基合金粉末,將鐵基合金粉末、改性鐵基蒙脫土、氯化鎂混合均勻后加入去離子水中攪拌1~2h,得混合液;
(4)取羧甲基纖維素加入乙酸乙酯中混合均勻后加入混合液中,攪拌10~12min后,再加入明膠、吐溫-80,攪拌1~2h得防治煤炭自燃用復(fù)合阻化劑。
步驟(1)所述的鈉基蒙脫土與去離子水的質(zhì)量比為0.10~0.16。
步驟(1)所述的三氯化鐵的質(zhì)量為鈉基蒙脫土質(zhì)量的15~30%。
步驟(2)所述的十六烷基三甲基溴化銨的質(zhì)量為鐵基蒙脫土質(zhì)量的25~60%。
步驟(3)所述的還原鐵粉、石墨粉、銅粉為56~84重量份還原鐵粉,1.2~1.8重量份石墨粉,1.6~2.4重量份銅粉。
步驟(3)所述的鐵基合金粉末、改性鐵基蒙脫土、氯化鎂為45~60重量份鐵基合金粉末,18~24重量份改性鐵基蒙脫土,4.5~6.0重量份氯化鎂。
步驟(4)所述的羧甲基纖維素、乙酸乙酯、明膠、吐溫-80為6~8重量份羧甲基纖維素,10~18重量份乙酸乙酯,7.5~10.0重量份明膠,9~12重量份吐溫-80。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:本發(fā)明以鈉基蒙脫土為原料,經(jīng)超聲分散后與三氯化鐵進(jìn)行離子交換,再以十六烷基三甲基溴化銨為插層劑,擴(kuò)大蒙脫土的層間距的同時制得高分散性的改性鐵基蒙脫土,接著將還原鐵粉、石墨粉和銅粉球磨合金化,通過壓力作用物理結(jié)合,共同構(gòu)成短接的腐蝕微電池,可吸收空氣中的游離氧,再將其與氯化鎂負(fù)載在改性鐵基蒙脫土上,最后與羧甲基纖維素、乙酸乙酯、明膠等復(fù)配,制得防治煤炭自燃用復(fù)合阻化劑,本發(fā)明所得的防治煤炭自燃用復(fù)合阻化劑能深入煤炭孔隙中,消耗周圍環(huán)境中氧氣,再利用其吸水性降低煤體溫度,并減少煤與氧氣的接觸,降低煤炭自燃的可能性。本發(fā)明制備的防治煤炭自燃用復(fù)合阻化劑受溫度影響小,能有效防治煤炭自燃。
具體實(shí)施方式
為便于理解本發(fā)明,本發(fā)明列舉實(shí)施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了,所述實(shí)施例僅僅是幫助理解本發(fā)明,不應(yīng)視為對本發(fā)明的具體限制。
稱取60~80g鈉基蒙脫土,加入500~600ml去離子水中,以500w超聲波超聲分散30~40min,再加入12~18g三氯化鐵,以300~400r/min攪拌15~20h,隨后過濾,用去離子水洗滌濾渣3~5次,再將濾渣置于干燥箱中,在60~70℃下干燥20~24h,冷卻至室溫后裝入粉碎機(jī)中粉碎,過200目篩,得鐵基蒙脫土;稱取50~75g鐵基蒙脫土加入500~600ml去離子水中,在70~80℃恒溫水浴下,以300~400r/min攪拌30~40min,再加入20~30g十六烷基三甲基溴化銨,繼續(xù)攪拌1~2h,隨后裝入離心機(jī)中,以5000~6000r/min離心分離10~15min,得沉淀,用去離子水洗滌沉淀3~5次后,將沉淀置于干燥箱中,在105~110℃下干燥至恒重,冷卻至室溫后裝入粉碎機(jī)中粉碎,過200目篩,得改性鐵基蒙脫土;稱取56~84g還原鐵粉,1.2~1.8g石墨粉,裝入球磨機(jī)中,以400~500r/min球磨4~5h,再加入1.6~2.4g銅粉,繼續(xù)球磨4~5h,過200目篩,得鐵基合金粉末,將45~60g鐵基合金粉末,18~24g改性鐵基蒙脫土,4.5~6.0g氯化鎂混合均勻后加入300~500ml去離子水中,以300~400r/min攪拌1~2h,得混合液;稱取6~8g羧甲基纖維素,加入12~18ml乙酸乙酯中,以300~400r/min攪拌至羧甲基纖維素完全溶解,再加入混合液,繼續(xù)攪拌10~12min,隨后加入7.5~10.0g明膠,9~12ml吐溫-80,以1000~1200r/min攪拌1~2h后出料,得防治煤炭自燃用復(fù)合阻化劑。
實(shí)例1
稱取60g鈉基蒙脫土,加入500ml去離子水中,以500w超聲波超聲分散30min,再加入12g三氯化鐵,以300r/min攪拌15h,隨后過濾,用去離子水洗滌濾渣3次,再將濾渣置于干燥箱中,在60℃下干燥20h,冷卻至室溫后裝入粉碎機(jī)中粉碎,過200目篩,得鐵基蒙脫土;稱取50g鐵基蒙脫土加入500ml去離子水中,在70℃恒溫水浴下,以300r/min攪拌30min,再加入20g十六烷基三甲基溴化銨,繼續(xù)攪拌1h,隨后裝入離心機(jī)中,以5000r/min離心分離10min,得沉淀,用去離子水洗滌沉淀3次后,將沉淀置于干燥箱中,在105℃下干燥至恒重,冷卻至室溫后裝入粉碎機(jī)中粉碎,過200目篩,得改性鐵基蒙脫土;稱取56g還原鐵粉,1.2g石墨粉,裝入球磨機(jī)中,以400r/min球磨4h,再加入1.6g銅粉,繼續(xù)球磨4h,過200目篩,得鐵基合金粉末,將45g鐵基合金粉末,18g改性鐵基蒙脫土,4.5g氯化鎂混合均勻后加入300ml去離子水中,以300r/min攪拌1h,得混合液;稱取6g羧甲基纖維素,加入12ml乙酸乙酯中,以300r/min攪拌至羧甲基纖維素完全溶解,再加入混合液,繼續(xù)攪拌10min,隨后加入7.5g明膠,9ml吐溫-80,以1000r/min攪拌1h后出料,得防治煤炭自燃用復(fù)合阻化劑。
將本發(fā)明所得的防治煤炭自燃用復(fù)合阻化劑裝入噴槍中,在噴槍壓力為0.8mpa下,將其均勻噴覆于煤炭表面,噴覆量為煤炭的2.7‰,待噴灑完成后,在室溫下靜置固化3h即可,經(jīng)檢測,本發(fā)明所得的防治煤炭自燃用復(fù)合阻化劑的平均阻化率由67%提高至74%,可使煤炭的臨界溫度由98℃提高至108℃,干裂溫度由127℃提高至135℃。
實(shí)例2
稱取80g鈉基蒙脫土,加入600ml去離子水中,以500w超聲波超聲分散40min,再加入18g三氯化鐵,以400r/min攪拌20h,隨后過濾,用去離子水洗滌濾渣5次,再將濾渣置于干燥箱中,在70℃下干燥24h,冷卻至室溫后裝入粉碎機(jī)中粉碎,過200目篩,得鐵基蒙脫土;稱取75g鐵基蒙脫土加入600ml去離子水中,在80℃恒溫水浴下,以400r/min攪拌40min,再加入30g十六烷基三甲基溴化銨,繼續(xù)攪拌2h,隨后裝入離心機(jī)中,以6000r/min離心分離15min,得沉淀,用去離子水洗滌沉淀5次后,將沉淀置于干燥箱中,在110℃下干燥至恒重,冷卻至室溫后裝入粉碎機(jī)中粉碎,過200目篩,得改性鐵基蒙脫土;稱取84g還原鐵粉,1.8g石墨粉,裝入球磨機(jī)中,以500r/min球磨5h,再加入2.4g銅粉,繼續(xù)球磨5h,過200目篩,得鐵基合金粉末,將60g鐵基合金粉末,24g改性鐵基蒙脫土,6.0g氯化鎂混合均勻后加入500ml去離子水中,以400r/min攪拌2h,得混合液;稱取8g羧甲基纖維素,加入18ml乙酸乙酯中,以400r/min攪拌至羧甲基纖維素完全溶解,再加入混合液,繼續(xù)攪拌12min,隨后加入10.0g明膠,12ml吐溫-80,以1200r/min攪拌2h后出料,得防治煤炭自燃用復(fù)合阻化劑。
將本發(fā)明所得的防治煤炭自燃用復(fù)合阻化劑裝入噴槍中,在噴槍壓力為2.5mpa下,將其均勻噴覆于煤炭表面,噴覆量為煤炭的4.9‰,待噴灑完成后,在室溫下靜置固化5h即可,經(jīng)檢測,本發(fā)明所得的防治煤炭自燃用復(fù)合阻化劑的平均阻化率由71%提高至76%,可使煤炭的臨界溫度由105℃提高至112℃,干裂溫度由133℃提高至139℃。
實(shí)例3
稱取70g鈉基蒙脫土,加入550ml去離子水中,以500w超聲波超聲分散35min,再加入15g三氯化鐵,以350r/min攪拌18h,隨后過濾,用去離子水洗滌濾渣4次,再將濾渣置于干燥箱中,在65℃下干燥22h,冷卻至室溫后裝入粉碎機(jī)中粉碎,過200目篩,得鐵基蒙脫土;稱取63g鐵基蒙脫土加入550ml去離子水中,在75℃恒溫水浴下,以350r/min攪拌35min,再加入25g十六烷基三甲基溴化銨,繼續(xù)攪拌1.5h,隨后裝入離心機(jī)中,以5500r/min離心分離12min,得沉淀,用去離子水洗滌沉淀4次后,將沉淀置于干燥箱中,在108℃下干燥至恒重,冷卻至室溫后裝入粉碎機(jī)中粉碎,過200目篩,得改性鐵基蒙脫土;稱取70g還原鐵粉,1.5g石墨粉,裝入球磨機(jī)中,以450r/min球磨4.5h,再加入2.0g銅粉,繼續(xù)球磨4.5h,過200目篩,得鐵基合金粉末,將52g鐵基合金粉末,21g改性鐵基蒙脫土,5.2g氯化鎂混合均勻后加入400ml去離子水中,以350r/min攪拌1.5h,得混合液;稱取7g羧甲基纖維素,加入15ml乙酸乙酯中,以350r/min攪拌至羧甲基纖維素完全溶解,再加入混合液,繼續(xù)攪拌11min,隨后加入8.8g明膠,11ml吐溫-80,以1100r/min攪拌1.5h后出料,得防治煤炭自燃用復(fù)合阻化劑。
將本發(fā)明所得的防治煤炭自燃用復(fù)合阻化劑裝入噴槍中,在噴槍壓力為1.7mpa下,將其均勻噴覆于煤炭表面,噴覆量為煤炭的3.8‰,待噴灑完成后,在室溫下靜置固化4h即可,經(jīng)檢測,本發(fā)明所得的防治煤炭自燃用復(fù)合阻化劑的平均阻化率由69%提高至75%,可使煤炭的臨界溫度由101℃提高至110℃,干裂溫度由130℃提高至137℃。