阻化劑的種類及特點

阻化劑是催化劑的一種，當(dāng)催化劑的作用減慢反應(yīng)速率時，稱為阻化劑，又叫負(fù)催化劑。例如核反應(yīng)中的石墨。
阻化劑的種類及特點
鹵鹽類阻化劑
鹵鹽類阻化劑主要是一類具有吸水性的含有鹵素元素的無機鹽，其中最常用的是CaCl2，MgCl2和NaCl的水溶液。這些阻化劑可以在煤體表面形成水膜層從而阻斷氧氣與煤體接觸，并可以使煤處于含水潮濕的狀態(tài)。由于鹵鹽類阻化劑中含有水，所以在煤自燃過程中，水通過汽化時吸熱可以給煤體降溫，減小了煤的升溫速率，從而在一定程度上抑制了煤的自燃。同時鹵鹽阻化劑處理的煤，減少了煤氧化反應(yīng)中的官能團，并有助于阻止自由基反應(yīng)，抑制氧化反應(yīng)速度。鹵鹽類阻化劑價格比較低廉，但是其阻化時間具有一定的局限性，鹵鹽類阻化劑中的水分被蒸發(fā)完后，其阻化作用將明顯降低。
此類阻化劑成本較低，來源廣泛，工藝簡單，阻化效果較好。
銨鹽阻化劑
銨鹽阻化劑種類較多，主要有碳酸氫銨、磷酸二氫銨等。這些阻化劑熱解過程是吸熱反應(yīng)，能夠吸收煤自燃產(chǎn)生的熱量。熱解產(chǎn)生的氣體氨氣、二氧化碳可以稀釋空氣中的氧氣，降低濃度，減小氧化反應(yīng)速度。氯化銨和磷酸氫二銨不僅具有優(yōu)良的吸濕性能，在自燃初期水分蒸發(fā)起到明顯的降溫作用，抑制煤自熱的升溫速率，而且能夠捕獲煤氧化鏈反應(yīng)中的自由基，遏制煤的低溫氧化。
這類阻化劑阻化效率不高，阻化過程是延長了著火時間，并未真正阻止煤的燃燒。
堿類阻化劑
堿類阻化劑常用的為氫氧化鈣。高硫煤(主要富含黃鐵礦FeS2易自燃，主要原因在于黃鐵礦易發(fā)生水解白氧化循環(huán)反應(yīng)，且放出熱量；氧化過程體積增大，膨脹裂縫，與氧氣的接觸面增大，促進氧化發(fā)生，直至煤體升溫自燃。而氫氧化鈣能中斷高硫煤的自氧化循環(huán)反應(yīng)。分別從化學(xué)阻化、物理阻化及負(fù)催化3個方面進行阻燃。
氫氧化鈣阻化劑成本低，阻化率高，但由于溶解度小，易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，影響阻化效果；另外，具有強腐蝕性，對設(shè)備材質(zhì)要求較高。
抗氧化類、粉末狀阻化劑
抗氧化類、粉末狀阻化劑主要有碳酰二胺(尿素)、硼酸二胺、磷酸二胺、防老劑、氨基甲酸脂等，它們的阻化作用主要為化學(xué)作用，能與煤在低溫環(huán)境下生成的活性分子和活性自由基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而中斷煤氧化反應(yīng)的自由基反應(yīng)鏈，達到阻止煤進一步氧化自燃的目的。研究發(fā)現(xiàn)防老劑阻化效果要高于硼砂、磷酸二氫胺、氯化鎂等其他阻化劑，加入分散劑能大大提高防老劑的阻化效果，濃度也是影響防老劑的一個重要因素，一般而言濃度越高，防老劑的阻化效果越好，防老劑的后期阻化效果優(yōu)于前期阻化效果。
泥漿阻化劑
泥漿阻化劑主要是水與泥土形成的懸浮液。泥漿阻化劑通過鉆孔或?qū)ｉT的灌漿引管向防滅火區(qū)域灌注，在泥漿脫水的過程中，降低了煤體溫度，泥漿阻化劑失水后泥漿則沉積覆蓋在煤表面上，使防滅火區(qū)域的浮煤及煤柱龜裂部分布滿泥漿，從而隔絕了空氣，防止煤氧化。同時泥漿中的水蒸發(fā)使灌漿區(qū)的水分提高，有利于減緩煤的水分蒸發(fā)，直接或間接達到防止煤自燃的目的。
凝膠類阻化劑
凝膠類阻化劑主要由基體和同化劑組成，其阻化機理主要是基體和固化劑混合后凝固成凝膠，凝膠可封閉煤中孔隙，隔斷漏風(fēng)通道，使空氣不能滲入到煤體中，從而阻止了煤的氧化反應(yīng)。防止了煤的自燃。凝膠是高含水材料，利用凝膠阻化劑可以使防滅火區(qū)域含水量濕著升高，起到降溫作用，從而預(yù)防煤自燃，因此凝膠阻化技術(shù)兼有降低煤溫度和堵漏風(fēng)兩種作用，是一種優(yōu)良的防止煤自燃技術(shù)。
目前，最常用的凝膠阻化劑為硅凝膠阻化劑。在該凝膠阻化劑中，硅和氧形成的共價鍵骨架，呈立體網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)，水填充在硅氧骨架之間，由于水與硅氧骨架之間具有較強的分子作用力，膠體很難流動。傳統(tǒng)硅凝膠阻化劑基料為硅酸鈉，促凝劑為碳酸氫銨，但該型凝膠阻化劑存在一些不足之處，如在成凝膠過程中釋放大量刺激強烈的氨氣，并且凝膠失水后易開裂，封堵作用減弱。目前，新型環(huán)保凝膠的研究受到越來越廣泛的重視。
無氨硅凝膠是在硅凝膠的基礎(chǔ)上，選用無氨促凝劑(如鋁酸鹽等)作為銨鹽的替代品，無毒、無害。復(fù)合凝膠是由基料、促凝劑、增強劑和溶劑按一定比例混合后，經(jīng)一定時間形成的復(fù)合凝膠膠體。特點是輕度高、能滯留在工作面頂部較高的發(fā)火部位，成本低。
此類阻化劑有望在煤場防滅火技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，但硅凝膠阻化劑成膠過程中釋放出大量氨氣，對人體造成一定的危害；其他凝膠阻化劑或者黏度、阻化效果不理想；或者成本相對較高；或者制備工藝復(fù)雜、程序繁瑣等，存在一定的缺陷。
高聚物乳液阻化劑
高聚物乳液阻化劑主要由高聚物加表面活性劑及少量助劑組成，其主要阻化機理為，當(dāng)高聚物乳液阻化劑噴灑到煤表面時，隨著高聚物乳液中水分蒸發(fā)，高聚物分子在煤粒表面固化，形成致密的同化層高聚物膜覆蓋在煤表面上，阻止和延緩氧氣與煤體的接觸，從而起到隔氧阻化的作用，從而阻止了煤的自燃。高聚物乳液阻化劑中表面活性劑的作用主要是促使煤粒很快被阻化液濕潤，使阻化液與煤體充分接觸。
高聚物乳液阻化劑也存在一定的缺陷。隨著煤溫的升高，高聚物也參與氧化反應(yīng)，并且易熱解，失去阻化作用，同時高聚物熱解可能會釋放出可燃?xì)怏w，從而加劇了煤場發(fā)生火災(zāi)的危險性。例如，聚丙烯酞胺在低溫下可以形成穩(wěn)定的固相膜層并具有隔氧阻化作用，但溫度升高到100℃左右時以后會發(fā)生氧化分解，不僅失去阻化作用，而且由于稀釋的程度，防止煤堆自燃的發(fā)生。因為放出可燃?xì)怏w，加速了煤的自燃。所以，此類阻化劑使用時必須提高其高溫抗氧化性能。
惰性氣體阻化劑
惰性氣體如氮氣、二氧化碳等充入煤場封閉區(qū)域內(nèi)可稀釋此煤場封閉區(qū)域內(nèi)的氧濃度，從而降低空間內(nèi)氧氣含量，達到降低煤氧化速度，防止煤自燃的目的。此方法具有廣泛的適用性，適用于任意粒徑的煤，由于小粒徑煤的比表面積較大，所以對小粒徑煤的惰化阻化效果更好。但選擇此種技術(shù)防止煤自燃時需要提高空間的密閉性，否則惰性氣體易通過泄漏點流出，造成惰性氣體浪費，并且降低惰性氣體阻化效果。
泡沫阻化劑
泡沫阻化劑主要是通過向防滅火區(qū)域注入泡沫，并讓它們保存于冒落研石縫隙之中形成堵漏帶，阻止風(fēng)流進入防滅火區(qū)域，從而預(yù)防了煤自燃。泡沫阻化劑主要有化學(xué)和物理泡沫兩種。化學(xué)泡沫大多使用尿醛泡沫以及快速凝固而成的聚胺醋泡沫。物理泡沫則多用穩(wěn)定的低倍數(shù)泡沫或者在其中添加增塑劑通過機械攪拌形成的可塑性泡沫。泡沫阻化劑除含有主要的發(fā)泡劑外，還有多種添加劑如穩(wěn)泡劑、增稠劑等，從而可以延長泡沫存在時間，可以提高泡沫的堆積能力和附著能力。由于泡沫最終要破碎，液膜難以持久存在于煤的表面，特別是在煤的頂部、側(cè)面，所以如何進一步提高泡沫阻化劑泡沫的穩(wěn)定性是泡沫阻化劑研究的一個重點要解決的問題
復(fù)合阻化劑
復(fù)合阻化劑主要是將幾種不同種類的阻化劑結(jié)合起來使用，從而克服單一阻化劑存在的缺陷。例如，有學(xué)者將阻止自由基鏈反應(yīng)的阻化劑與高聚物阻化劑復(fù)配制備了一種復(fù)合阻化劑。既能夠覆蓋煤表面，減少煤體與空氣的接觸，又能捕獲煤氧化鏈反應(yīng)中的自由基，實質(zhì)性地提高了自燃阻化效果，這種復(fù)合阻化劑還具有高效無毒和阻化成本低的特點，使阻化煤具有優(yōu)良的抗氧化性，并且可以較長時期保持高的熱值。
復(fù)合阻化劑具有代表性的是DDS系列復(fù)合水溶液阻化劑，它是由海藻類水解的天然聚合物、陰離子表面活性劑和阻化劑(胺鹽)組成的。每一種成分都起到阻燃的作用，因此既能覆蓋煤表面活性中心，又能捕獲煤氧化鏈反應(yīng)中的自由基，阻化效果特別明顯。該阻化劑具有高效無毒和阻化成本低的特點。