[发明专利]预防煤炭自燃的阻化剂及制备和使用方法

权利要求书

1.一种预防煤炭自燃的阻化剂，由以下四种化学药品原料组成，按重量计：氯化镁88份；四硼酸钠和葡萄糖酸钠按1∶9至6∶4的任一比例混合4份，十二烷基硫酸钠8份；以上四种原料均粉碎成100目以下，均匀混合成阻化剂粉。

2.一种预防煤炭自燃的阻化剂的制备方法：

A、制样：将在采煤工作面采集的煤样密封后带回实验室，将煤样研磨成100目，标签注明采样的地点和时间密封保存；

B、将氯化镁88份，四硼酸钠和葡萄糖酸钠按1∶9至6∶4中的任一比例混合4份，十二烷基硫酸钠8份，以上原料均粉碎成100目以下，均匀混合成阻化剂粉；

C、取阻化剂粉和水按重量计1∶40的比例进行充分混合成阻化剂溶液；

D、取煤样0.5克与阻化剂溶液0.5mL均匀混合，将加阻化剂溶液与煤混合后的煤样放在室温0℃～25℃的条件下放置48小时；

E、应用热重分析仪，实验测定条件确定为：煤样重量(14±0.5)mg，反应气体为O₂，氧气流速为10mL/min，载气为N₂，氮气流速为40mL/min，升温速率为5℃·min^-1，从室温25℃升至试样恒重为止，得到煤样程序升温条件下的热重曲线；分别做出未加阻化剂煤样程序升温条件下的热重曲线A和添加阻化剂溶液后的煤样程序升温条件下的热重曲线B；

F、根据热重曲线：定义起始温度为T₀，热重曲线上从加热失重开始到失重结束转为增重拐点处的温度为失水结束点温度T₁；热重曲线上从增重开始到增重结束转为失重拐点处的温度为着火温度T₂；热重曲线上从增重结束转为失重开始到试样质量恒重处的温度为燃尽温度T_end；煤的氧化自燃反应过程划分为三个阶段：当煤样剩余质量占总质量的百分比由起始温度T₀对应的100％持续减小到失水结束点温度T₁对应的值时为失水失重阶段H₁；当煤样剩余质量占总质量的百分比由失水结束点温度T₁对应的值持续增大到着火温度T₂对应的值时为氧化增重阶段H₂；当煤样剩余质量占总质量的百分比由着火温度T₂对应的值持续减小到燃尽温度T_end对应的恒重值时为燃烧失重阶段H₃；失水失重阶段的活化能为失水活化能，氧化增重阶段的活化能为着火活化能，燃烧失重阶段的活化能为燃烧活化能；反应活化能的计算利用Coats Redfern法，计算公式为：

ln[g(α)T2]=ln(ARβE)-ERT]]>

式中α-转化百分率；

g(α)-失重曲线的积分函数；

T-热力学温度，K；

A-指前因子；

R-普适气体常数，R＝8.314J/mol·K；

β-升温速率，K·min^-1。

根据热分析动力学，利用线性回归分析考察ln[g(α)/T²]与1/T的线性相关性，线性相关性最好的就是煤氧化自燃反应过程的反应机制，从而选择正确的反应机理函数；令y＝ln[g(α)/T²]，b＝-E/R，x＝1/T作图，根据斜率即可求出反应过程中各阶段的活化能E；温度和活化能的具体操作和计算方法如下：

a、应用热重分析仪自带的分析软件，点击“文件”菜单下的“打开”，弹出“打开测量文件”窗口，点击打开要进行分析处理的由热重实验得到的文件，此时在软件的主窗口可以得到热重曲线；

b、鼠标左键单击选中热重曲线，点击设置菜单中的“X-温度”或工具栏中的“X-时间/X-温度”图标，将X轴由时间切换为温度；

c、鼠标左键单击选中热重曲线，点击“附加功能”菜单下的“导出数据”，在弹出的窗口中选择“全范围”，步长设为2.5，然后点击“输出”按钮，在新弹出的窗口中给生成的文本文件命名并保存；最后点击“关闭”，回到原来的窗口界面；

d、各阶段转化率的计算公式：

失水失重阶段转化率：(T₀＜T_n＜T₁)

氧化增重阶段转化率：(T₁＜T_n＜T₂)

燃烧失重阶段转化率：(T₂＜T_n＜T_end)

式中：α-转化率，％；

m_n-温度为任一温度T_n时对应的煤样剩余质量占总质量的百分比，％；

m₁-温度为失水结束点T₁对应的煤样剩余质量占总质量的百分比，％；

m₂-温度为着火温度T₂对应的煤样剩余质量占总质量的百分比，％；

m_end-温度为燃尽温度T_end对应的煤样剩余质量占总质量的百分比，％。

e、新建一个Excel文档，打开步骤c保存的文本文档，进入文本导入向导对话框，导入起始行为第35行，分隔符号选分号，得到一个具有三列数据的Excel表格，删除第二列，在第一行上面插入一行写上每列的标题，第一列温度t(℃)；第二列煤样剩余质量占总质量的百分比；第三列煤样在各反应阶段的转化率；第四列热力学温度的倒数，1/T(K)；第五列反应机理函数的积分形式除以温度的平方取对数，ln[g(α)/T²]；表格中第一和第二列的数据是由文本文档导入直接得到的，再利用公式和Excel的计算功能计算得到后三列的数据；

f、根据Excel计算得到的数据，利用第一列温度，找到失水结束点温度、着火温度和燃尽温度的左、右边界温度，在热重分析软件中点击“拐点”图标，依次输入T₁、T₂、T_end的“左边界”和“右边界”温度，先点击“应用”再点击“确定”，即可依次确定失水结束点温度、着火温度和燃尽温度；

g、用Origin软件对数据进行线性拟合，求解活化能；以1/T为x轴，ln[g(α)/T²]为y轴分别对未加阻化剂煤样的失水失重阶段H_A1、氧化增重阶段H_A2和燃烧失重阶段H_A3及加阻化剂溶液煤样的失水失重H_B1、氧化增重阶段H_B2和燃烧失重阶段H_B3的数据进行线性拟合，得到动力学参数线性拟合方程：

y＝a+bx

式中：y-纵坐标；x-横坐标；a-截距；b-斜率；

根据直线斜率求出各段反应的活化能E，

E＝|b|·R，

式中：E-反应活化能，(kJ/mol)：|b|-斜率的绝对值；

R-摩尔气体常量，R＝8.314J/mol·K。

G、最后根据求解出的失水结束点温度和着火活化能的增加值，以着火活化能增加最大为指标，确定出适合实验煤样的四硼酸钠和葡萄糖酸钠的比例，制备出适合实验煤样的阻化剂粉。