一种基于镁离子化合物的煤自燃阻化剂制备方法

1.本发明涉及煤自燃阻化剂制备技术领域，尤其涉及一种基于镁离子化合物的煤自燃阻化剂制备方法。


背景技术：

2.煤是可燃的黑色或棕黑色沉积岩，这样的沉积岩通常是发生在被称为煤床或煤层的岩石地层中或矿脉中。煤自燃过程是一个自加速的氧化放热反应，氧分子首先在煤表面形成物理、化学吸附热，使煤体温度缓慢上升，而温度升高又会促使氧分子克服势阻与煤分子表面活性官能团发生深度氧化分解反应，生成小分子气体，并释放大量反应热，这些热量在煤体内部积聚起来，最终导致了煤炭的自燃。
3.煤自燃是矿井的五大灾害之一，煤自燃易引起瓦斯、煤尘等爆炸事故，严重威胁矿井的安全开采；尤其是近年来采空区遗煤增多、温度升高、扰动增强、煤自燃起火形式愈发严重。目前学者普遍认为在煤临界温度之前采取措施是防止煤自燃的关键，而所用的物理阻化剂大多存在以下缺点：阻化时间短、稳定性低、易分解易氧化、产生可燃或有毒气体、工艺复杂等根本问题。
4.国内镁资源丰富易于工业化生产，因此镁式化合物来源广泛且制备方法简单，主要是有氯化镁、氢氧化镁等物质，而它们阻化温度各不相同决定了抑制温度范围广的优良特性，且对环境比较友好。其中氯化镁具有无毒、低成本、阻化效率高的特点；氢氧化镁具有热稳定性好、不挥发不产生有毒性气体、抑烟效果较好等特点。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于镁离子化合物的煤自燃阻化剂制备方法，将过量镁离子以氢氧根的形式存在于阻化剂中，具体为将碱式化合物与镁盐溶液以一定量的配比去反应，通过钠离子置换出镁离子，形成相对稳定的氢氧化合物并且溶液中还会有过量的镁离子，能够避免溶液不够饱和从而保证了煤自燃阻化剂的使用寿命。另外本发明还考虑到生成的氢氧化镁以薄膜状去覆盖、过量的六水氯化镁均匀分散到煤分子里，能够避免仅仅表面阻燃而增加内部抑制双重作用。
6.为实现此技术目的，本发明采用如下方案：一种基于镁离子化合物的煤自燃阻化剂制备方法，包括如下步骤：s1、以水作为溶剂，镁式化合物为溶质，配制20~40wt%的含有镁离子的溶液。
7.s2、将碱式化合物均匀加入s1得到的含有镁离子的溶液中进行金属离子置换反应。
8.s3、在碱式化合物添加完成后的0~5min内加入s2得到的混合液5~8wt%的分散剂，搅拌混合溶液10~20min。
9.s4、对上述混合液搅拌完成后，密封静置、抽滤、烘干得到基于镁离子化合物的煤自燃阻化剂。
10.本发明的优选方案为。
11.s1中镁式化合物为六水氯化镁。
12.s1中镁式化合物加入水中搅拌5~10min得到含有镁离子的溶液。
13.s2中碱式化合物是氢氧化钠或氨水。
14.s2中碱式化合物与镁式化合物的质量比为1:3.5~4。
15.s3中分散剂为硅烷偶联剂，让两种性质悬殊的材料恰好连接在一起，提高性能，增加粘结强度。
16.硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β
‑
甲氧乙氧基)硅烷、γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷其中的任意一种。
17.s4中静置时间为2~4h，烘干温度为80℃~100℃，烘干时间为3~5h。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：（1）本发明是基于镁离子的化合物，并具有氢氧化根的结构特点：镁离子的化合物既包含了氢氧化镁，又将六水氯化镁过量作为辅助阻化剂，在煤自燃前期六水氯化镁起到阻燃效果，在煤的自热期氢氧化镁起到很好的抑制效果，起到双重保险作用。
19.（2）本发明选取了硅烷偶联剂作为分散剂，硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性，利用这个特点把镁离子化合物与煤两种物质的界面之间架起一座“分子桥”，让这两种性质悬殊的材料恰好连接在一起，提高了阻化剂的性能和增加粘结强度的作用；此外分散剂还具有分散性的效果，它能让阻化剂有效地铺张在煤表面形成薄膜起到阻隔的作用。
20.（3）本发明将六水氯化镁过量作为辅助阻化剂，在煤自燃前期六水氯化镁吸水性很强，水蒸发时起到吸热降温作用使得煤温不易升高，从而很好抑制了煤前期自燃。
21.（4）本发明中的氢氧化镁物质是很好的阻燃剂，其一氢氧化镁受热分解释放出结晶水的同时从燃烧区吸收大量的热量，从而很好地抑制煤体温度上升，延缓煤体热分解并降低燃烧速度；其二氢氧化镁分解产生的稳定氧化镁覆盖在煤的表面，起到一定的隔热作用，切断氧气的供给，阻止可燃气体的流动起到阻燃效果；其三高温下产生的大量水蒸气降低了气相燃烧区中可燃物的浓度，稀释可燃性气体，因而起到阻燃作用；其四水蒸气不参与增强co释放的水汽反应，增强了本阻化剂的阻燃效果；另外氢氧化镁与六水氯化镁有协同抑烟作用，具有1+1>2的优点更好地防治煤自燃。
附图说明
22.图1为本发明实施例产品的阻燃性能测试热重分析图。
具体实施方式
23.为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。
24.本发明提供了一种基于镁离子化合物的煤自燃阻化剂制备方法，将过量镁离子以氢氧根的形式存在于阻化剂中，具体为将碱式化合物与镁盐溶液以一定量的配比去反应，通过钠离子置换出镁离子形成相对稳定的氢氧化合物并且溶液中还会有过量的镁离子，能够避免溶液不够饱和从而保证了煤自燃阻化剂的使用寿命。它们与煤的吸附及热效应耦合
机理是：在煤自燃前期，没有反应完全的六水氯化镁吸水性很强，水蒸发时起到吸热降温作用使得煤温不易升高，从而抑制了煤前期自燃；在煤的自热期里氢氧化镁正好受热分解释放大量的结晶水，同时能吸收大量热能从而降低煤的受热温度，氢氧化镁还具有很好的抑烟效果；并且氢氧化镁受热分解后生成的氧化镁能很好的覆盖在煤的表面隔绝氧气，另外氧化镁本身也是一种很好的耐火材料，从而起到的一定抑制煤自燃的作用。另外本发明还考虑到生成的氢氧化镁以薄膜状去覆盖、过量的六水氯化镁均匀分散到煤分子里，能够避免仅仅表面阻燃而增加内部抑制双重作用。
25.实施例1将称取的22质量份mgcl2·
6h2o粉末与50质量份水混合，搅拌5~10min，完全溶解后加入6质量份naoh粉末，用玻璃棒搅拌5min后添加0.37质量份乙烯基三乙氧基硅烷作为分散剂，用玻璃棒搅拌10min使其充分反应得到混合液；放置阴暗处密封静置2h，过滤、烘干、真空干燥（85℃，5h）得到基于镁离子化合物的煤自燃阻化剂。
26.实施例2将干燥后的30质量份mgcl2·
6h2o粉末与50质量份水混合，搅拌5~10min完全溶解后加入8质量份naoh粉末，用玻璃棒搅拌5min后添加0.51质量份乙烯基三甲氧基硅烷作为分散剂，继续搅拌15min使其充分反应得到混合液；放置阴暗处密封静置3h，过滤、烘干、真空干燥（90℃，3h）得到基于镁离子化合物的煤自燃阻化剂。
27.实施例3将干燥后的26质量份mgcl2·
6h2o粉末与44质量份水混合，完全溶解后加入7质量份naoh粉末，用玻璃棒搅拌5min后添加0.44质量份乙烯基三(β
‑
甲氧乙氧基)硅烷作为分散剂，用玻璃棒搅拌20min使其充分反应得到混合液；放置阴暗处密封静置2h，过滤、烘干、真空干燥（100℃，4h）得到基于镁离子化合物的煤自燃阻化剂。
28.用破碎机将煤块粉碎，过筛，得到粒径为小于80目的粉煤，在30℃恒温干燥箱中进行12h干燥处理后得到煤样，作为原煤。原煤不加阻化剂，作为对比例，进行性能检测。
29.对实施例1~3的样品加入到原煤中和原煤不加入阻化剂的对比例分别进行了阻燃性能测试，测试数据见图1和表1。
30.其中阻燃性能测试是通过阻化煤样活性温度点和着火温度点来表征，测定方法采用本领域常规的热重分析法。进行热重实验，是为了标准实验条件下，确定阻化煤样在煤氧过程中的阻化效果，通过阻化煤样的质量随温度变化关系来判断煤体的特征温度点。本测试采用的是hct
‑
301型号微机差热天平，在25℃时开始检测，持续按10℃/min升温速率升温至900℃结束检测导出数据并加以分析。
31.表1 阻燃性能检测结果。
32.如表1所示，实施例1
‑
3的阻化煤样活性温度点和阻化煤样着火温度点均高于对比
例，其中实施例3的两种温度点最高，说明实施例3的阻化性能更优异。
33.如图1所示，在将实施例制备的阻化剂加到原煤里做成阻化煤样后，可以明显看出实施例1~3的各特征温度点均优于对比例，并且最后所剩重量也比对比例多，其中实施例3的阻化性能更好。
34.通过表1和图1中数据可知，本发明实施例得到的产品应用到原煤中，起到了良好的阻化效果，其中实施例3得到的阻化剂阻化性能更好。
35.最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的优选实施例，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。