聚乙酸乙烯酯乳液复合阻化剂阻燃煤的试验研究

为探究高分子材料复合阻化剂的阻化性能,制备聚乙酸乙烯酯乳液,分别与氯化镁(Mg Cl2)、抗坏血酸、镁铝层状双氢氧化物(Mg/Al-LDHs)复配,制成3种乳液复合阻化剂,并以清水和MgCl2水溶液作为对比阻化剂,分别处理煤样;采用程序升温氧化试验装置对煤样完成程序升温氧化试验,对比分析乳液复合阻化剂与对比阻化剂的阻化效果。结果表明:MgCl2乳液复合阻化剂的阻化效果优于Mg Cl2水溶液阻化剂;乳液复合阻化剂处理后的煤样,阻化率和活化能都有所提高;Mg/Al-LDHs乳液阻化效果最优。     

无机磷化合物对煤自燃的阻化作用研究

为减少及控制煤矿井下自然发火现象,利用实验对比分析在15%,17%,20% 3种不同浓度下的磷酸二氢钠、次亚磷酸钠、磷酸三钠和磷酸铝对荆各庄气煤的阻化作用及效果。通过程序升温-气相色谱联机实验,对比分析原煤样与阻化煤样程序升温过程中CO气体释放规律,发现20%次亚磷酸钠、20%磷酸二氢钠、15%磷酸三钠以及20%磷酸铝阻化效果最好;傅里叶红外光谱实验对比分析原煤样与阻化煤样的分子结构,随着温度的升高分解出的次亚磷酸根和磷酸二氢根可以维持苯环的稳定,磷酸三钠分解的磷酸根与甲基及亚甲基中的H+进行结合,生成具有还原性的酸;利用电子自旋共振实验分析原煤样与阻化煤样的自由基随着温度变化规律,随着温度的升高阻化煤样的自由基浓度低于原煤样,阻化剂的添加改变了煤内部结构,使g因子值呈现出下降的趋势;通过综合热分析仪发现在燃烧阶段加入次亚磷酸钠和磷酸三钠可提高煤分子中较稳定结构裂解所需能量,从而使煤-氧化学反应出现一定的延迟。通过实验筛选出20%次亚磷酸对气煤的阻化效果最好。研究成果对预防或减少矿井自然发火具有重要的指导意义。     

聚丙烯酸酯褐煤阻化剂的热分析

为防止褐煤自燃,提升其存储和运输过程中的安全性,首次采用聚丙烯酸酯(PA)作为褐煤阻化剂,借助热分析(TA)技术研究其阻化作用。热重(TG)分析结果显示,PA具有良好的热稳定性,其在180℃以下未发生热分解;当温度高于600℃时,PA可以完全分解,在燃烧过程中不产生新的灰分;PA添加到褐煤中,对褐煤的起燃点温度、燃烧终了温度和最大质量损失温度均无明显影响,不影响褐煤原有的燃烧特性。阻化作用分析表明,添加PA能显著减小褐煤的CO释放量,有效抑制褐煤氧化。     

添加协效剂的灵石煤自燃阻化剂的研究

为了防止煤的自燃,采用双氧水氧化升温实验,对灵石肥煤在不同阻化剂下的阻化效果进行了研究。利用阻化时间变化率判定阻化效果。结果表明,添加氧化铝厂赤泥作为协效物质的协效阻化剂有效抑制了煤样的氧化升温,提高了阻化效果,阻化时间变化率达50.78%,为灵石肥煤最佳新型协效阻化剂。新型阻化剂原料廉价易得、反应条件温和、制备过程简单、环境友好,且实现了尾矿废渣的综合利用。     

氯盐阻化剂对煤自燃极限参数影响的试验研究

阻化技术是防治煤自燃的常用技术之一,研究阻化剂对煤自燃极限参数的影响是确定阻化效果的关键.采用程序升温试验,分析气煤和长焰煤的原煤样和经MgCl2、KCl、CaCl2、NaCl 4种阻化剂处理后的煤样耗氧速率和放热强度,并计算自燃极限参数和阻化率.结果表明:氯盐阻化剂可降低煤自燃低温阶段的煤耗氧速率和放热强度;4种阻化剂中对气煤煤样的平均阻化率最高是MgCl2 (63.6％),对长焰煤则是CaCl2 (45.9％),平均阻化率与自燃极限参数变化率呈正相关;气煤经MgCl2处理后自燃极限参数变化率最大,长焰煤经CaCl2阻化处理后的自燃极限参数变化率最大,对于气煤4种阻化剂阻化能力由大到小为MgCl2 KCl、CaCl2、NaCl,对长焰煤则为CaCl2、MgCl2、KCl、NaCl;氯盐阻化剂中MgCl2对气煤自燃极限参数影响最大,阻化效果好,而对长焰煤则为CaCl2.     

煤氧化阻化过程中的热特性研究

化学阻燃剂通过化学作用破坏或降低煤分子中活化能较低易被氧化的活性基团,使煤自燃链式反应中断难以达到自燃。为研究煤氧化阻化过程中的热特性变化,通过煤的热重实验,从微观角度研究了次磷酸盐在煤自燃氧化过程中对其表面官能团的影响,分析了阻化剂添加前后的热特性曲线和特征温度,研究了不同升温速率及不同粒径下阻化煤样的热特性变化规律。结果显示:随升温速率的增大和煤样粒径的减小,热特性曲线及特征温度均出现向后推移,特征温度出现不同程度的升高。     

硫化矿石自燃阻化剂优选试验研究

为防治硫化矿自燃并改善矿区环境质量,得到高效硫化矿自燃阻化剂配方,通过优化组合试验筛选水玻璃(Na2SiO3·9H2O)和高倍吸水剂(聚丙烯酸钠)2种阻化剂基料.室内试验条件下,向冬瓜山铜矿的硫铁精矿矿样中分别添加不同配方的阻化剂,并采用氧化增重法测得各配方的阻化率.结果表明,硫铁精矿的适宜阻化剂为水玻璃.本文得到了对硫铁精矿具有良好阻化效果的阻化剂配方,其研究方法对硫化矿石自燃的防治具有指导意义.     

DDS系列煤炭自燃阻化剂实验研究

为寻找高效阻化剂以防止煤炭自热引燃，在控温炉中对ＤＤＳ系列煤自燃阻化剂的阻化效果进行了实验研究，并与经前的阻化剂做了比较。实验采用烟煤作为试样，借助于著名的Ｆｒａｎｋ－Ｋａｍｅｎｅｔｓｋｉｉ模型，利用４，６，８和１０厘米立方体阻化煤磁地６０－２２０℃温度范围估测其氧化反应的活化能。     

煤氧化和阻化机理的红外光谱法研究

利用红外光谱法分析煤氧化和阻化的微观结构变化特征,对研究煤低温氧化和阻化机理有重要意义.采用TENSOR37傅里叶变换红外光谱仪,通过对阳泉无烟煤氧化和阻化的红外光谱图的分析.研究阳泉无烟煤在添加化学阻化剂前后煤分子结构的变化特征.结果表明:红外光谱图中位于高波数的羟基(-OH)吸收峰较弱,吸光度只有0.086～0.122.在加入吸水盐类阻化剂(MgCl2)后,吸光度约为原煤样的1.5倍,谱峰明显加强;在阻化前的低温氧化过程中,酚、醇、醚、酯的C-O吸光度由0.309降到0.207,甲基(-CH3)、亚甲基(-CH2-)的吸光度分别由0.027、0.019、0.042和0.056降到0.012、0.010、0.031和0.047,吸收峰强度逐渐减弱,芳烃C-H吸光度分别由0.031和0.040升高到0.077和0.087;在阻化后的低温氧化过程中,C-O含量基本不变,甲基、亚甲基的吸光度分别由0.017、0.011、0.034和0.040降到0.012、0.009、0.031和0.038,吸收峰减弱的速度明显降低,芳烃C-H的变化并不大.研究表明:在高变质阳泉煤中,含氧官能团和脂肪侧链的含量很低,在低温氧化过程中,很容易被氧化;吸水盐类阻化剂MgCl2可以通过与煤分子间发生取代和络合等作用,增加煤分子的稳定性,提高煤分子氧化的活化能,降低煤的氧化速率.     

水玻璃/聚电解质复合凝胶阻化材料及其性能

以水玻璃和有机聚电解质杂化复合,制备水玻璃/聚电解质复合凝胶材料,并将该凝胶材料与原煤复合,研究其阻化性能。结果表明:相同时间内,随着水玻璃与聚电解质质量比的降低,凝胶粘度从913 mPa.s提高到3 780mPa.s;当水玻璃与聚电解质质量比为9∶1,反应时间为20~35 min时,制备的复合凝胶具有良好的保水性;SEM表明复合凝胶与原煤复合良好;TG-DTA热分析表明复合凝胶的添加提高了煤的分解燃烧温度;原煤与凝胶复合后,能有效地抑制煤受热时的CO释放量,并且随温度的升高,阻化效果增强;当阻燃剂与制备的复合凝胶复合后,所制备的阻化剂在150℃时阻化率为73.4%。     

矸石山自燃阻化剂的阻化机理研究

为了防治矸石山的自燃和改善矿区环境质量,揭示和研究矸石山煤矸石自燃阻化剂的阻化作用机理,寻求高效的煤矸石山自燃阻化剂,通过在煤矸石中添加各类自燃阻化剂,在柱箱中进行空气氧化程序升温实验,并利用气相色谱仪对不同氧化温度下分离出的气体中O2,CO,CO2以及各种烃类组分的含量进行分析,研究其自燃发生、发展的规律,从而为研究矸石山煤矸石的自燃阻化提供理论依据。实验研究表明,带有吸附基团的高聚物和表面活性剂组成的聚合物乳液对煤矸石自燃具有较好的阻化作用。该研究成果对矸石山煤矸石自燃治理具有一定的指导意义。     

用单一脱氧剂阻煤自燃并耗氧的可行性研究

为预防煤自燃,研究用一种脱氧剂阻止煤自燃并耗氧的可行性。在添加与不添加阻化剂和不同供氧条件下,对取自宣东煤矿的煤样进行持续升温试验。提出用单一脱氧剂阻煤自燃并且耗氧的观点。分析脱氧剂在煤矿井下的适用性,计算其在阻氧过程中的焓变。结果表明,阻化剂能够降低煤氧化的概率,氧浓度下降会减小煤氧化的剧烈程度,用脱氧剂能同时阻止煤自燃和消耗氧气。预防井下煤自燃较为理想的脱氧剂是铁系脱氧剂。     

煤中掺比伴生硫化物的自燃特性分析

为了深入探究矿井下伴生硫化物对煤自燃及着火燃烧特性的影响,向原煤中添加不同量的含硫物配制4种不同含硫量的煤样,通过TG实验、DSC测试和XRD分析,研究伴生硫化物对煤自燃及着火燃烧特性的影响规律;基于Coats-Redfern法计算煤中掺加不同伴生硫化物时煤燃烧阶段的活化能。研究结果表明:随着煤中掺比伴生硫化物的增多,煤的特征温度相应减小,而吸氧量、可燃和稳燃指数相应增大,原煤中混入伴生硫化物后更易自燃;随着煤中掺比伴生硫化物的增多,煤燃烧阶段的活化能降低,煤更易着火燃烧;伴生硫化物的主要成分为水绿矾、叶绿矾,这些物质在常温下遇水和氧气能够发生化学循环反应,反应放热促使了煤更易自燃;伴生硫化物在温度高于200℃以后整体表现为放热,在温度为565℃时达到放热峰值,这使得煤燃烧阶段的活化能降低,煤更易燃烧。     

碱性水对煤自燃特性影响实验研究

为了研究碱性水对煤自燃特性的影响,选取葫芦素煤矿102工作面煤样作为实验煤样,利用STA-449C型同步热分析仪进行热重实验,研究加入PH=8 NaOH的煤样与原煤以及加入蒸馏水煤样在空气氛围中燃烧失重、放热量、特征温度点等变化规律,并根据Coats-Redfern积分模型计算了3种煤样燃烧反应动力学参数（活化能、指前因子）。研究结果表明:加入碱性水的2号煤样失重量较1,3号少,燃烧失重速率更低;2号煤氧化燃烧温度区间缩短,着火温度点升高,放热量少,比1,3号煤分别少485.0,480.4 J/g;3种煤样反应机理基本遵循一级化学反应函数,2号煤各段活化能高于1,3号煤,但2号煤失水活化能小于3号,表明碱性水具有抑制煤自燃效应。     

棕垫材料的热解燃烧特性试验研究

利用热重分析仪研究了棕垫材料在火灾中的热解燃烧过程。结果表明,在升温速率为20℃/min时,空气气氛下燃烧过程表现为两步反应,在335℃和470℃出现失重峰,总失重率为95%,两阶段反应活化能分别为108.95 kJ/mol和261.15 kJ/mol;氮气气氛下热解表现为一步反应,在335℃出现失重峰,失重率为80%,反应活化能为103.24 kJ/mol。随升温速率增加,棕垫材料的起始分解温度、失重峰值温度及主阶段热解结束温度均向高温侧移动。燃烧过程中低温段活化能增大,高温段则降低;热解过程中活化能增大;反应级数不变。研究表明,棕垫材料与常见生物质可燃物具有类似的热解燃烧性能,其潜在火灾危险性值得人们关注。     

Fe2+抑控煤中α硫酚结构氧化机理及效果

应用Gaussian 03程序,采用密度泛函方法,在B3LYP/6-31G(d,p)水平下,分析Fe~(2+)抑制煤中α位硫酚结构氧化的效果,从而为阻化剂的配制与优选提供数值依据。首先,根据自然键轨道理论分析煤的特征结构C_(10)H_7SH与过渡金属Fe~(2+)形成配合物的成键本质,并结合分子中的原子理论分析其稳定性;然后,分别计算C_(10)H_7SH结构和[FeSH_8CC_(10)]~(2+)配合物吸附O_2的反应过程,得到反应过程所需活化能,以此活化能为指标,表征Fe~(2+)抑控煤中α位硫酚结构氧化的效果。计算结果表明,Fe~(2+)与C_(10)H_7SH结构中的S原子间形成了配位键,根据电子密度拓扑分析得其键能E_(S-Fe)为-128.56 kJ/mol,C_(10)H_7SH结构吸附O_2的反应过程所需活化能为E_C=62.71 kJ/mol,[FeSH_8C_(10)]~(2+)配合物吸附O_2的反应过程所需活化能与其相比增加了35.60 kJ/mol。研究表明,Fe~(2+)对煤中α位硫酚结构氧化具有明显的控制作用。     

氧化煤阻化性能的FTIR研究

氧化煤低温自燃会威胁矿井生产和工人生命安全,因此必须对煤自燃的阻燃效果进行研究。在程序升温-气相色谱实验中得到煤自燃氧化过程的产出物,用CO浓度判断氧化煤自燃程度,再比较阻化剂的阻化能力并计算阻化率;利用FTIR绘制特征吸收峰,从微观结构研究阻化机理。实验结果表明:煤自燃的阻燃效果受阻化剂种类和浓度的影响,磷酸三钠阻化效果与其添加浓度呈正相关关系,20%甲基膦酸二甲酯阻化率最高为32.6%,10%磷酸三钠阻化率最低为5.1%;煤分子结构中脂肪烃数量的降低,引起气态烯烃与烷烃产生,从160℃后C-O键开始裂解破坏,导致CO含量剧烈上升,阻化剂的加入能抑制CO的产生,减缓煤氧化速度。     

新型高聚物阻化剂的阻化效果研究

煤炭自燃会造成资源的浪费和环境污染,是重大灾害之一.采用阻化剂防止煤炭自燃是目前应用最多的技术,但普遍存在阻化效果不稳定、寿命短等不足之处.结合选择阻化剂的基本理论,选择合适的高聚物分子作为阻化剂,并以水玻璃、表面活性剂等为添加剂.通过程序升温氧化实验、阻化性实验和堵漏风性能实验等多方面验证:在煤体表面喷洒这种新型的阻化剂能使煤粒相互粘结,最后能在煤层表面形成一定厚度和一定强度的固化层,覆盖在煤表面,阻缓氧气进入煤体,提高了对煤炭的阻化效果,并且在高温条件下性能稳定,不会发生氧化.     

一种凝胶泡沫及其对硫化矿石自燃的阻化性能研究

针对目前常用的防治高硫矿石自燃的阻化剂存在的不足,开发一种以水玻璃为基料的凝胶泡沫阻化剂来预防硫化矿石自燃的新方法。采用四因素三水平正交试验、凝胶时间试验和氧化增重对比阻化试验,研究凝胶泡沫阻化剂的配方、配比及其对硫化矿石自燃的阻化效果。结果表明,凝胶泡沫阻化剂的最佳配方为:发泡剂为月桂酸钠和十二烷基硫酸钠(SDS)按2∶3比例复配,质量分数为0.6%;稳泡剂为羧甲基纤维素钠(CMC-Na),质量分数为0.1%;凝胶剂水玻璃质量分数为10%;交联剂碳酸氢钠质量分数为2%;该配方形成的阻化剂对硫化矿石自燃的平均阻化率为86%。     

吸湿性新型煤堆抑尘阻化剂的实验研究

煤堆自燃和煤堆扬尘会带来很大的灾害,目前主要采用喷洒药剂防止煤堆自燃和扬尘.现有的抑尘阻化剂普遍存在抑尘阻化效果不稳定、寿命短等不足.通过阻化性实验、成膜性实验、抗风吹能力测定实验研制出一种抑尘阻化剂.该抑尘阻化剂具有很好的阻化效果,阻化率能达到90%以上,通过抗风吹能力测定实验可知,喷洒该抑尘阻化剂后,煤粒能抵御20 m/s的风吹,抑尘效果好.该抑尘阻化剂无毒、无害,成本低,材料来源广,具有良好的应用前景.