阅读说明：本技术 一种磷石膏基自产气膨胀浆体防灭火材料及其制备方法 (Phosphogypsum-based self-gas-production expansion slurry fire prevention and extinguishing material and preparation method thereof ) 是由 鲁义 房秀政 吴芳华 晏志宏 谷旺鑫 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种磷石膏基自产气膨胀浆体防灭火材料及其制备方法,该浆体材料由以下原料组成：磷石膏55～60份、水25～30份、水泥8～9份、聚氧乙烯烷基胺0.07～0.18份、羟乙基纤维素0.7～0.9份、丙烯酸0.22份、甲基丙烯磺酸钠0.39份、过硫酸氨0.01份、碳酸氢钠3.4～4.0份、微硅粉0.3份。制备方法是在水中加入聚氧乙烯烷基胺、丙烯酸搅拌形成混合液；然后在磷石膏中加入水泥、羟乙基纤维素、过硫酸氨、甲基丙烯磺酸钠、微硅粉、碳酸氢钠搅拌形成混合粉体；最后将混合粉体加到混合液搅拌制成膨胀浆体。该材料使用的磷石膏是工业废渣,实现了资源再利用,制备的浆体流动性较好,抗压强度大,反应生成的二氧化碳使浆体膨胀,起到防灭火的效果。(The invention discloses a phosphogypsum-based self-gas-production expansion slurry fire prevention and extinguishing material and a preparation method thereof, wherein the slurry material consists of the following raw materials: 55-60 parts of phosphogypsum, 25-30 parts of water, 8-9 parts of cement, 0.07-0.18 part of polyoxyethylene alkylamine, 0.7-0.9 part of hydroxyethyl cellulose, 0.22 part of acrylic acid, 0.39 part of sodium methallyl sulfonate, 0.01 part of ammonium persulfate, 3.4-4.0 parts of sodium bicarbonate and 0.3 part of micro silicon powder. The preparation method comprises the steps of adding polyoxyethylene alkylamine and acrylic acid into water, and stirring to form a mixed solution; then adding cement, hydroxyethyl cellulose, ammonium persulfate, sodium methallyl sulfonate, micro silicon powder and sodium bicarbonate into the phosphogypsum, and stirring to form mixed powder; and finally, adding the mixed powder into the mixed solution and stirring to prepare the expanded slurry. The phosphogypsum used in the material is industrial waste residue, so that the resource recycling is realized, the prepared slurry has good fluidity and high compressive strength, and carbon dioxide generated by reaction expands the slurry to play a role in preventing and extinguishing fire.)

一种磷石膏基自产气膨胀浆体防灭火材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种磷石膏基自产气膨胀浆体防灭火材料及其制备方法，属于防灭火材料制备领域。

背景技术

煤炭自燃是矿井火灾的主要形式，裂隙作为供氧通道为自燃提供了条件。针对裂隙相互交叉的复杂情况，防灭火材料的使用是有效防治煤炭自燃的措施之一。通常通过泵压输送介质封堵裂隙。现有的防灭火材料中铵盐类凝胶材料粘度较高，不能喷射到较远区域；高分子凝胶类材料成本较高，且渗透性较差导致堵漏风效果不好；另一种封堵裂隙的输送泡沫介质，如三相泡沫能形成立体密实，但后期泡沫消失后效果减弱。目前，我国已经出现了一些新型的防灭火材料，对裂隙的渗透性较好且抗压强度大。如专利号为CN201610540953.6的发明专利，以粉煤灰、硅酸盐和铝酸盐类水泥熟料为主体材料，该防灭火材料能够膨胀且强度较高，能够有效解决上述封堵裂隙效果差的问题，但该材料使用锌粉作为发泡剂，由于锌粉具有燃爆危险，储存条件较为苛刻，且反应过程中产生的气体为氢气，在煤矿易引起***；公开号为CN103387410A的发明专利，在粉煤灰的主体材料中，加入半水硫酸钙和小苏打发生反应，生成的自产气二氧化碳为惰性气体，但该使用的半水硫酸钙制备流程复杂，成本较高，导致不能大范围适用于煤炭防灭火领域。

另外磷石膏是工业中制备磷酸时产生的固体废渣。每生产1t磷酸，就会产生约5t的磷石膏，其主要成分为CaSO₄·2H₂O，pH一般为1.9～5.3。我国是第一大磷石膏副产国，磷石膏堆存量已经达到4亿t，且每年仍以5000万t的速度递增，而综合利用率约30％。而磷石膏含有游离的磷酸、氟化物等杂质，大量的堆积会造成污染，严重增加了环境风险。因此，如何提高磷石膏的利用率对绿色发展具有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种磷石膏基自产气膨胀浆体防灭火材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种磷石膏基自产气膨胀浆体防灭火材料，由以下组分及重量份数组成：pH值为2～3的磷石膏55～60份、水25～30份、水泥8～9份、聚氧乙烯烷基胺0.07～0.18份、羟乙基纤维素0.7～0.9份、丙烯酸0.22份、甲基丙烯磺酸钠0.39份、过硫酸氨0.01份、碳酸氢钠3.4～4.0份、微硅粉0.3份。

优选具体组分及重量份数为：pH值为2～3的磷石膏55份、水30份、水泥9份、聚氧乙烯烷基胺0.18份、羟乙基纤维素0.9份、丙烯酸0.22份、甲基丙烯磺酸钠0.39份、过硫酸氨0.01份、碳酸氢钠4.0份、微硅粉0.3份。

优选所述水泥为普通硅酸盐水泥。采用普通硅酸盐水泥其与磷石膏反应能够增加浆体抗压强度。

一种磷石膏基自产气膨胀浆体防灭火材料的制备方法，具体步骤为：

(1)将湿法制磷酸产生的磷石膏进行pH值检测，选取pH值为2～3的磷石膏(选择该pH值能保证足够的磷酸离子参与反应)，并对选取的磷石膏进行初步筛选去除固体杂物；完成筛选后将磷石膏放入电热鼓风干燥箱，设置温度为100℃，烘干时间为30min进行烘干处理，完成后使用水泥球磨机调节在干式磨细方式下对烘干的磷石膏进行磨细，并使其粒径在20～30μm；

(2)向浆体搅拌器中按照所需配比添加25～30份水、0.07～0.18份聚氧乙烯烷基胺和0.22份丙烯酸，并设定转速为1500转/min，搅拌时间为3min，完成搅拌后形成混合液；

(3)向干混搅拌器中加入步骤(1)处理后的55～60份磷石膏、8～9份水泥、3.4～4.0份碳酸氢钠、0.39份甲基丙烯磺酸钠、0.01份过硫酸氨、0.3份微硅粉、0.7～0.9份羟乙基纤维素，设定转速为1500转/min，搅拌时间为3min，搅拌混合均匀后形成混合粉体；

(4)步骤(3)形成的混合粉体掺入到浆体搅拌器中与步骤(2)形成的混合液混合，设定转速为2000转/min，搅拌时间为5min，搅拌混合均匀后形成膨胀浆体防灭火材料。

使用时，通过磷石膏中的磷酸与碳酸氢钠反应生成的二氧化碳来作为自产气。

与现有技术相比，本发明制备的膨胀浆体防灭火材料具有以下优点：

(1)将工业上湿法制磷酸所产生的磷石膏副产物应用于防灭火领域，根据磷石膏自身特点，以二水硫酸钙作为骨料，以磷酸作为引气剂制备自产气膨胀浆体材料，有助于提高磷石膏的利用率，降低其对环境的污染；

(2)通过调节碳酸氢钠配比来控制气体产量，加入聚氧乙烯烷基胺能降低水表面张力产生气泡、掺入羟乙基纤维素增加粘度，使该材料能够产气膨胀但表面不破，从而保证防灭火材料使用后具有隔热性好、抗压强度较大，能较长时间的封堵裂隙；

(3)该防灭火材料使用的磷石膏含有磷酸离子，该磷酸离子与碳酸氢钠反应制成的二氧化碳为惰性气体，且在高温区域该反应会加强，因此在煤矿发生自燃后能够快速膨胀覆盖火源阻断空气中的氧气达到灭火作用；同时在正常温度时其反应较慢，使其流动性较好能够在注入裂隙时对裂隙封堵进行防火，最终有效的起到防灭火效果。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

实施例1：

一种磷石膏基自产气膨胀浆体防灭火材料，由以下组分及重量份数组成：pH值为2～3的磷石膏55份、水30份、普通硅酸盐水泥9份、聚氧乙烯烷基胺0.18份、羟乙基纤维素0.9份、丙烯酸0.22份、甲基丙烯磺酸钠0.39份、过硫酸氨0.01份、碳酸氢钠4.0份、微硅粉0.3份。

上述防灭火材料的制备方法，具体步骤为：

(1)将湿法制磷酸产生的磷石膏进行pH值检测，选取pH值为2～3的磷石膏，并对选取的磷石膏进行初步筛选去除固体杂物；完成筛选后将磷石膏放入电热鼓风干燥箱内，设置温度为100℃，烘干时间为30min进行烘干处理，完成后使用水泥球磨机调节在干式磨细方式下对烘干的磷石膏进行磨细，并使其粒径在20～30μm；

(2)向浆体搅拌器中按照所需配比添加30份水、0.18份聚氧乙烯烷基胺和0.22份丙烯酸，并设定转速为1500转/min，搅拌时间为3min，完成搅拌后形成混合液；

(3)向干混搅拌器中加入步骤(1)处理后的55份磷石膏、9份水泥、4.0份碳酸氢钠、0.39份甲基丙烯磺酸钠、0.01份过硫酸氨、0.3份微硅粉、0.9份羟乙基纤维素，设定转速为1500转/min，搅拌时间为3min，搅拌混合均匀后形成混合粉体；

(4)步骤(3)形成的混合粉体掺入到浆体搅拌器中与步骤(2)形成的混合液混合，设定转速为2000转/min，搅拌时间为5min，搅拌混合均匀后形成膨胀浆体防灭火材料A。该防灭火材料A中磷石膏∶水配比约为1∶0.55，通过与设置的对照组(只含有相应组分的磷石膏、水、水泥)对比得该配比浆体膨胀倍数约为3.7。

实施例2：

一种磷石膏基自产气膨胀浆体防灭火材料，由以下组分及重量份数组成：pH值为2～3的磷石膏58份、水28份、水泥8份、聚氧乙烯烷基胺0.12份、羟乙基纤维素0.8份、丙烯酸0.22份、甲基丙烯磺酸钠0.39份、过硫酸氨0.01份、碳酸氢钠3.7份、微硅粉0.3份。

上述防灭火材料的制备方法与实施例1的制备方法完全相同，从而制得膨胀浆体防灭火材料B。该防灭火材料B中磷石膏∶水配比约为1∶0.49，膨胀倍数约为3.4。

实施例3：

一种磷石膏基自产气膨胀浆体防灭火材料，由以下组分及重量份数组成：pH值为2～3的磷石膏60份、水25份、普通硅酸盐水泥8份、聚氧乙烯烷基胺0.07份、羟乙基纤维素0.7份、丙烯酸0.22份、甲基丙烯磺酸钠0.39份、过硫酸氨0.01份、碳酸氢钠3.4份、微硅粉0.3份。

上述防灭火材料的制备方法与实施例1的制备方法完全相同，从而制得膨胀浆体防灭火材料C。该防灭火材料C中磷石膏∶水配比约为1∶0.42，膨胀倍数约为3.1。

试验证明：

(1)浆体流动性测试：

通过砂浆稠度测定仪来表征浆体是否易于流动的性能，稠度越大则流动性越大。

该实验表明，按实施例1原料配比的浆体相对于另外两组具有较好的流动性；

(2)抗压强度测试：

对制备出的浆体放置3d(天)、7d、14d后，用液压万能试验机(WAW-1000)来测试三组抗压强度。

通过对三组实施例进行测试得，放置3d时三组浆体中实施例3的抗压强度较大，但14d之后三组抗压强度相差不大。

通过对上述三组实施例浆体进行稠度测试和抗压强度试验后，得出实施例1的流动性较好，且膨胀倍数约为3.7。将该浆体通过注浆管输送到堵漏风场所，浆体渗入裂隙后，内部发生反应膨胀能充填裂隙，膨胀倍数较大密实效果好，起到防火的效果。同时，实施例1后期的抗压强度为23.5MPa，与其他两者也差别不大，通过注浆管输送到火灾高温区域，磷酸与碳酸氢钠加速反应膨胀覆盖高温表面隔绝空气，产生的二氧化碳稀释了空间氧气浓度，从而能够有效的进行灭火。