一种利用工业固体废弃物制备煤矿防火材料的方法技术

本发明专利技术针对现有的煤矿隔气防火材料生产成本高、工艺复杂、使用过程中容易开裂脱落等问题，提出一种利用大宗工业固体废弃物制备隔气防火材料的方法，具体包括前处理、配料、调制、匀浆、喷涂五个环节。其特征是：将工业固体废弃物为研磨达到一定粒度后，添加粘接剂、聚合物乳液、消泡剂等，调制得到了一种稳定性好、环保无毒、易施工的隔气防火材料浆体，然后利用喷涂机涂敷于裸露的煤层表面，达到良好的隔气防火效果。新材料呈流体状，生产简便、成本低廉、使用效果优良，可以替代露天煤矿开采过程中大量封土防火的方法，有效解决煤炭在开采和贮存中的自燃问题，具有十分广阔的应用前景。

Method for preparing fireproof material in coal mine by using industrial solid waste

In view of the problems of high production cost, complex process and easy cracking and falling off in the process of use, the invention provides a method of making use of large industrial solid waste to prepare fireproof material for gas isolation, which includes five links, such as pretreatment, batching, modulation, homogenate and spraying. Its characteristics are: after the industrial solid waste is grinded to a certain granularity, adding adhesive, polymer emulsion, defoaming agent and so on, a good stability, environmentally toxic and easy construction fireproof material slurry is obtained. Then the spraying machine is applied to the surface of the exposed coal layer to achieve good fire proof efficiency. Fruit. The new material is fluid, simple in production, low in cost and good in use. It can replace a large number of methods of sealing fire in the process of open pit mining, and effectively solve the problem of spontaneous combustion of coal in mining and storage. It has a very broad application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种利用工业固体废弃物制备煤矿防火材料的方法
本专利技术涉及一种利用大宗工业废弃物制备煤矿防火材料的方法，属于环境保护与资源综合利用领域的固体废弃物资源化新技术，尤其适合于硅、铝、铁含量较高的工业废弃物的环境友好型资源化循环利用。
技术介绍
近年来，由于经济的发展和工业的繁荣，我国每年都有大量的工业废弃物产生，造成土壤、水和大气污染等环境问题。随着土地资源日益紧张，填埋场已经无法满足工业废弃物的处理需求，而我国工业废弃物循环再利用率较低，亟需一种能够大量消纳多种工业废弃物的回收利用方法。部分工业废弃物的主要组成是硅氧化物、铝氧化物和钙氧化物，具有一定的活性，可以与水泥掺和使用，作为水泥砂浆、混凝土、砖块等的骨料。这一方法操作简便，成本低廉，可以添加较多的工业废弃物，且对工业废弃物中含有的重金属等有害物质有固化作用，能够减少环境风险，是一项应用前景十分广泛的技术。中国作为世界上最大的煤炭生产国，每年都会因煤炭自燃引发的煤矿火灾造成重大的经济损失。除此之外，煤炭自燃还会造成极大的资源浪费，向空气中释放有毒气体和温室气体，并对煤矿的安全生产带来极大威胁。开采活动使煤炭暴露在空气中或者形成通风巷道是引起煤矿火灾的最主要原因，而防治煤矿火灾最有效的方法，就是隔绝煤层与空气的接触。目前工程实践中最常用的方法是采用表层土壤进行覆盖，但此方法需要2-3m完全压实的土层才能有效的隔绝空气，不仅浪费土壤资源，且工程量大，需要耗费大量的人力和物力。此外，向煤层喷涂有机或无机组分的防火涂层也能达到隔气防火的目的。有机防火材料通常以聚氨酯、树脂等为主要原料，其隔气防火效果较好，但成本高昂，且成分不稳定，易分解；而无机防火材料以水泥、粘土、黄土等为主，成本低廉，制备简单，但固化失水后干燥收缩剧烈，容易开裂，失去隔气防火效果。因此，发展一种有机-无机复合组分的防火材料，并添加部分工业废弃物降低成本，是一种十分有应用前景的技术。本专利技术以含硅、铝、铁氧化物较高的工业废弃物为对象，采用聚合物乳液对水泥基材料进行改性，确立了一种操作简便、成本低廉、效果显著、绿色环保的工业固体废弃物制备煤矿用防火材料的方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有的煤矿隔气防火材料生产成本高、工艺复杂、使用过程中容易开裂脱落等问题，提出一种利用工业废弃物制备隔气防火材料的方法。其特征是：以工业废弃物为主要原材料，通过添加粘接剂、聚合物乳液、消泡剂改善材料性能，得到一种稳定性好、隔气效果显著、环保无毒、易施工的隔气防火材料。新材料呈流体状，生产简便、成本低廉、使用效果优良，可以替代露天煤矿开采过程中大量封土防火的方法，有效解决煤炭在开采和贮存中的自燃问题，具有十分广阔的应用前景。本专利技术通过以下技术方案实现：1、将工业固体废弃物粉煤灰、煤矸石、钢渣、高炉渣、镍铁渣、钒渣、硫铁矿渣中的一种或几种经破碎、研磨后过筛，粒度小于150μm；2、取上述废弃物粉末与水泥粉混合，搅拌混匀，然后加入聚合物乳液乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、消泡剂磷酸三丁酯和水，其中废弃物粉末、水泥、聚合物乳液、消泡剂、水的重量比按份数计为：工业固体废弃物33～71，水泥29～61，聚合物乳液40～90，消泡剂0.28～0.57、水52-63，水泥为标号42.5或42.5R的普通硅酸盐水泥，聚合物乳液为含固量≥54.5％；3、将2中的消泡剂分成两份，每份占50％，先往混合物中加入1份，另一份留用，然后慢速搅拌混合物1-4分钟，制成乳液；4、往上述乳液中进一步加入3中留用的消泡剂，立即搅拌均匀，然后用喷涂机将乳液涂敷于裸露的煤层表面，形成隔气层，防火材料喷涂厚度为2～5mm。本方法具备以下特点：1、采用工业固体废弃物为原料，只需简单破碎磨便可使用，工艺简单，成本低廉，便于就近取材和现场制备施工；2、制备的防火材料隔气效果优异，涂层厚度仅为2～5mm，可以大大减少施工时间和工程量，而且涂层抗拉伸性能好，能适应煤层自身的变形，无开裂，耐久性好，便于煤层的再次开采；3.可以消纳矿区工业固体废弃物，煤层再次开采时，剥离的涂层材料不会造成二次污染。下面结合说明书附图和实施方案进一步阐述本专利技术的内容。附图说明为进一步了解本专利技术，下面用附图描述本专利技术工艺流程及材料的具体形貌特征。图1是工业固体废弃物制备隔气防火材料的工艺流程图。图2是制备的防火材料的形貌特征(a)表观形貌显示表面没有裂痕(b)在高倍电镜下的放大图片显示颗粒堆积缜密。具体实施方式下面给出的实施例拟对本专利技术作进一步说明，但不能理解为是对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本专利技术的内容对本专利技术做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本专利技术的保护范围。实施例1：工业废弃物制备煤矿用隔气防火材料，具体包括下列步骤：根据图1流程图，以粉煤灰为原料，经过适当破碎后过100目筛备用。先将67份粉煤灰与33份42.5R水泥混合，作为干粉备用。将70份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳液与适量的水、0.2份的磷酸三丁酯混合搅匀，再缓慢加入搅拌好的干粉。最后再加入0.2份的磷酸三丁酯，低速搅拌料浆1分钟后即可喷涂，喷涂厚度为2mm。测试隔气防火材料的气体渗透系数为7.88×10-8m2/s，抗拉强度为2.14MPa,断裂伸长率为48.90％。所获得的隔气防火材料固化后表面平整无裂缝，其微观结构紧密，少孔隙(图2)，具有良好的防火效果。实施例2：根据图1流程图，以钢渣和镍铁渣为原料，经过适当破碎后过100目筛备用。先将67份废渣与33份42.5R水泥混合，作为干粉备用。将80份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳液与适量的水、0.22份磷酸三丁酯混合搅匀，再缓慢加入搅拌好的干粉。最后再加入0.22份的磷酸三丁酯，低速搅拌料浆1分钟后即可喷涂，喷涂厚度为2mm。测试隔气防火材料的气体渗透系数为2.51×10-7m2/s，抗拉强度为1.93MPa,断裂伸长率为39.53％。所获得的隔气防火材料固化后表面平整无裂缝，其微观结构紧密，少孔隙，具有良好的隔气效果。上述实例中，原料可以是但不仅限于粉煤灰、煤矸石、钢渣、高炉渣、镍铁渣、钒渣、硫铁矿渣等工业固体废弃物。本专利技术不限于上述实施例，所述内容均可实施，并具有良好的效果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用工业固体废弃物制备煤矿防火材料的方法，具体包括下列步骤：(1)将工业固体废弃物粉煤灰、煤矸石、钢渣、高炉渣、镍铁渣、钒渣、硫铁矿渣中的一种或几种经破碎、研磨后过筛，粒度小于150μm；(2)取上述废弃物粉末与水泥粉混合，搅拌混匀，然后加入聚合物乳液乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、消泡剂磷酸三丁酯和水，其中废弃物粉末、水泥、聚合物乳液、消泡剂、水的重量比按份数计为：工业固体废弃物33～71，水泥29～61，聚合物乳液40～90，消泡剂0.28～0.57、水52‑63，水泥为标号42.5或42.5R的普通硅酸盐水泥，聚合物乳液为含固量≥54.5％；(3)将(2)中的消泡剂分成两份，每份占50％，先往混合物中加入1份，另一份留用，然后慢速搅拌混合物1‑4分钟，制成乳液；(4)往上述乳液中进一步加入(3)中留用的消泡剂，立即搅拌均匀，然后用喷涂机将乳液涂敷于裸露的煤层表面，形成隔气层，防火材料喷涂厚度为2～5mm。

【技术特征摘要】
1.一种利用工业固体废弃物制备煤矿防火材料的方法，具体包括下列步骤：(1)将工业固体废弃物粉煤灰、煤矸石、钢渣、高炉渣、镍铁渣、钒渣、硫铁矿渣中的一种或几种经破碎、研磨后过筛，粒度小于150μm；(2)取上述废弃物粉末与水泥粉混合，搅拌混匀，然后加入聚合物乳液乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、消泡剂磷酸三丁酯和水，其中废弃物粉末、水泥、聚合物乳液、消泡剂、水的重量比按份数计为：工业固体废弃物33～71，水泥29～61...

【专利技术属性】
技术研发人员：张付申，苏屹，王磊，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11