金属离子螯合剂抑制煤自燃试验研究

作     者：王福生 张朝阳 刘向群 孙萌 WANG Fusheng;ZHANG Chaoyang;LIU Xiangqun;SUN Meng

作者机构：华北理工大学矿业工程学院河北唐山063210 河北省矿业开发与安全技术重点实验室河北唐山063210 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2023年第51卷第S1期

页      面：132-140页

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：河北省自然科学基金资助项目(E2020209111) 

主　　题：煤自燃 阻化剂 煤中过渡金属离子 金属离子螯合物 孔隙结构 官能团 

摘      要：煤自燃火灾是井下常见的灾害之一,影响煤自然发火的因素有很多,煤中过渡金属离子就是其中之一,但以往的研究更多是侧重于金属离子螯合剂在热力学等方面的影响,而煤中过渡金属离子形成螯合物后,其对煤自燃影响的相关研究还相对较少,为探究金属离子螯合剂抑制煤自燃的效果,将5种金属离子螯合剂溶解于去离子水中,制备质量分数为5%的金属离子螯合剂溶液。随后将煤样和金属离子螯合剂溶液按照质量比4∶1充分搅拌,得到阻化煤样。采用程序升温-气相色谱试验、孔隙结构试验、红外光谱试验,分析加入螯合剂后指标气体CO的浓度变化,螯合剂螯合过渡金属离子后对孔隙结构的影响与螯合煤中过渡金属离子前后煤中活性基团的含量。结果表明:经金属离子螯合剂处理后的煤样CO首次产生的温度点均有推迟,且产生量较原煤减少,金属离子螯合剂可以达到抑制煤自燃的效果;金属离子螯合剂与煤中过渡金属离子可以形成以配位键连接的螯合物,这些螯合物可减小煤的比表面积与孔隙、孔体积的大小,使煤氧复合反应降低;同时分析红外光谱试验结果发现,形成螯合物的过渡金属离子失去催化能力,难以催化煤中甲基—CH_(3)、亚甲基—CH_(2)-与羧基—COOH的转化反应,使煤中官能团能在常温状态下难以被活化,从而抑制了煤自燃的发生;此外,有机膦酸型金属离子螯合剂相对于氨基羧酸型螯合剂对煤自燃的抑制具有更好的效果。