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阻化剂的种类及特点

阻化剂又叫负催化剂,阻化剂的种类及特点卤盐类阻化剂 铵盐阻化剂 碱类阻化剂 抗氧化类、粉末状阻化剂 泥浆阻化剂 凝胶类阻化剂 高聚物乳液阻化剂 惰性气体阻化剂泡沫阻化剂 复合阻化剂
阻化剂是催化剂的一种,当催化剂的作用减慢反应速率时,称为阻化剂,又叫负催化剂。例如核反应中的石墨。
阻化剂的种类及特点
卤盐类阻化剂

卤盐类阻化剂主要是一类具有吸水性的含有卤素元素的无机盐,其中最常用的是CaCl2,MgCl2和NaCl的水溶液。这些阻化剂可以在煤体表面形成水膜层从而阻断氧气与煤体接触,并可以使煤处于含水潮湿的状态。由于卤盐类阻化剂中含有水,所以在煤自燃过程中,水通过汽化时吸热可以给煤体降温,减小了煤的升温速率,从而在一定程度上抑制了煤的自燃。同时卤盐阻化剂处理的煤,减少了煤氧化反应中的官能团,并有助于阻止自由基反应,抑制氧化反应速度。卤盐类阻化剂价格比较低廉,但是其阻化时间具有一定的局限性,卤盐类阻化剂中的水分被蒸发完后,其阻化作用将明显降低。
此类阻化剂成本较低,来源广泛,工艺简单,阻化效果较好。
铵盐阻化剂
铵盐阻化剂种类较多,主要有碳酸氢铵、磷酸二氢铵等。这些阻化剂热解过程是吸热反应,能够吸收煤自燃产生的热量。热解产生的气体氨气、二氧化碳可以稀释空气中的氧气,降低浓度,减小氧化反应速度。氯化铵和磷酸氢二铵不仅具有优良的吸湿性能,在自燃初期水分蒸发起到明显的降温作用,抑制煤自热的升温速率,而且能够捕获煤氧化链反应中的自由基,遏制煤的低温氧化。
这类阻化剂阻化效率不高,阻化过程是延长了着火时间,并未真正阻止煤的燃烧。
碱类阻化剂
碱类阻化剂常用的为氢氧化钙。高硫煤(主要富含黄铁矿FeS2易自燃,主要原因在于黄铁矿易发生水解白氧化循环反应,且放出热量;氧化过程体积增大,膨胀裂缝,与氧气的接触面增大,促进氧化发生,直至煤体升温自燃。而氢氧化钙能中断高硫煤的自氧化循环反应。分别从化学阻化、物理阻化及负催化3个方面进行阻燃。
氢氧化钙阻化剂成本低,阻化率高,但由于溶解度小,易出现堵塞现象,影响阻化效果;另外,具有强腐蚀性,对设备材质要求较高。
抗氧化类、粉末状阻化剂
抗氧化类、粉末状阻化剂主要有碳酰二胺(尿素)、硼酸二胺、磷酸二胺、防老剂、氨基甲酸脂等,它们的阻化作用主要为化学作用,能与煤在低温环境下生成的活性分子和活性自由基发生化学反应,从而中断煤氧化反应的自由基反应链,达到阻止煤进一步氧化自燃的目的。研究发现防老剂阻化效果要高于硼砂、磷酸二氢胺、氯化镁等其他阻化剂,加入分散剂能大大提高防老剂的阻化效果,浓度也是影响防老剂的一个重要因素,一般而言浓度越高,防老剂的阻化效果越好,防老剂的后期阻化效果优于前期阻化效果。
泥浆阻化剂
泥浆阻化剂主要是水与泥土形成的悬浮液。泥浆阻化剂通过钻孔或专门的灌浆引管向防灭火区域灌注,在泥浆脱水的过程中,降低了煤体温度,泥浆阻化剂失水后泥浆则沉积覆盖在煤表面上,使防灭火区域的浮煤及煤柱龟裂部分布满泥浆,从而隔绝了空气,防止煤氧化。同时泥浆中的水蒸发使灌浆区的水分提高,有利于减缓煤的水分蒸发,直接或间接达到防止煤自燃的目的。
凝胶类阻化剂
凝胶类阻化剂主要由基体和同化剂组成,其阻化机理主要是基体和固化剂混合后凝固成凝胶,凝胶可封闭煤中孔隙,隔断漏风通道,使空气不能渗入到煤体中,从而阻止了煤的氧化反应。防止了煤的自燃。凝胶是高含水材料,利用凝胶阻化剂可以使防灭火区域含水量湿著升高,起到降温作用,从而预防煤自燃,因此凝胶阻化技术兼有降低煤温度和堵漏风两种作用,是一种优良的防止煤自燃技术。
目前,最常用的凝胶阻化剂为硅凝胶阻化剂。在该凝胶阻化剂中,硅和氧形成的共价键骨架,呈立体网状空间结构,水填充在硅氧骨架之间,由于水与硅氧骨架之间具有较强的分子作用力,胶体很难流动。传统硅凝胶阻化剂基料为硅酸钠,促凝剂为碳酸氢铵,但该型凝胶阻化剂存在一些不足之处,如在成凝胶过程中释放大量刺激强烈的氨气,并且凝胶失水后易开裂,封堵作用减弱。目前,新型环保凝胶的研究受到越来越广泛的重视。
无氨硅凝胶是在硅凝胶的基础上,选用无氨促凝剂(如铝酸盐等)作为铵盐的替代品,无毒、无害。复合凝胶是由基料、促凝剂、增强剂和溶剂按一定比例混合后,经一定时间形成的复合凝胶胶体。特点是轻度高、能滞留在工作面顶部较高的发火部位,成本低。
此类阻化剂有望在煤场防灭火技术领域发挥重要作用,但硅凝胶阻化剂成胶过程中释放出大量氨气,对人体造成一定的危害;其他凝胶阻化剂或者黏度、阻化效果不理想;或者成本相对较高;或者制备工艺复杂、程序繁琐等,存在一定的缺陷。
高聚物乳液阻化剂
高聚物乳液阻化剂主要由高聚物加表面活性剂及少量助剂组成,其主要阻化机理为,当高聚物乳液阻化剂喷洒到煤表面时,随着高聚物乳液中水分蒸发,高聚物分子在煤粒表面固化,形成致密的同化层高聚物膜覆盖在煤表面上,阻止和延缓氧气与煤体的接触,从而起到隔氧阻化的作用,从而阻止了煤的自燃。高聚物乳液阻化剂中表面活性剂的作用主要是促使煤粒很快被阻化液湿润,使阻化液与煤体充分接触。
高聚物乳液阻化剂也存在一定的缺陷。随着煤温的升高,高聚物也参与氧化反应,并且易热解,失去阻化作用,同时高聚物热解可能会释放出可燃气体,从而加剧了煤场发生火灾的危险性。例如,聚丙烯酞胺在低温下可以形成稳定的固相膜层并具有隔氧阻化作用,但温度升高到100℃左右时以后会发生氧化分解,不仅失去阻化作用,而且由于稀释的程度,防止煤堆自燃的发生。因为放出可燃气体,加速了煤的自燃。所以,此类阻化剂使用时必须提高其高温抗氧化性能。
惰性气体阻化剂
惰性气体如氮气、二氧化碳等充入煤场封闭区域内可稀释此煤场封闭区域内的氧浓度,从而降低空间内氧气含量,达到降低煤氧化速度,防止煤自燃的目的。此方法具有广泛的适用性,适用于任意粒径的煤,由于小粒径煤的比表面积较大,所以对小粒径煤的惰化阻化效果更好。但选择此种技术防止煤自燃时需要提高空间的密闭性,否则惰性气体易通过泄漏点流出,造成惰性气体浪费,并且降低惰性气体阻化效果。
泡沫阻化剂
泡沫阻化剂主要是通过向防灭火区域注入泡沫,并让它们保存于冒落研石缝隙之中形成堵漏带,阻止风流进入防灭火区域,从而预防了煤自燃。泡沫阻化剂主要有化学和物理泡沫两种。化学泡沫大多使用尿醛泡沫以及快速凝固而成的聚胺醋泡沫。物理泡沫则多用稳定的低倍数泡沫或者在其中添加增塑剂通过机械搅拌形成的可塑性泡沫。泡沫阻化剂除含有主要的发泡剂外,还有多种添加剂如稳泡剂、增稠剂等,从而可以延长泡沫存在时间,可以提高泡沫的堆积能力和附着能力。由于泡沫最终要破碎,液膜难以持久存在于煤的表面,特别是在煤的顶部、侧面,所以如何进一步提高泡沫阻化剂泡沫的稳定性是泡沫阻化剂研究的一个重点要解决的问题
复合阻化剂
复合阻化剂主要是将几种不同种类的阻化剂结合起来使用,从而克服单一阻化剂存在的缺陷。例如,有学者将阻止自由基链反应的阻化剂与高聚物阻化剂复配制备了一种复合阻化剂。既能够覆盖煤表面,减少煤体与空气的接触,又能捕获煤氧化链反应中的自由基,实质性地提高了自燃阻化效果,这种复合阻化剂还具有高效无毒和阻化成本低的特点,使阻化煤具有优良的抗氧化性,并且可以较长时期保持高的热值。
复合阻化剂具有代表性的是DDS系列复合水溶液阻化剂,它是由海藻类水解的天然聚合物、阴离子表面活性剂和阻化剂(胺盐)组成的。每一种成分都起到阻燃的作用,因此既能覆盖煤表面活性中心,又能捕获煤氧化链反应中的自由基,阻化效果特别明显。该阻化剂具有高效无毒和阻化成本低的特点。
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