赤泥基超细复合粉体的瓦斯抑爆特性及机理研究

Based on the unique advantages of red mud powders in the aspects of material sources, chemical composition and structural characteristics, the research on gas explosion suppression characteristics and mechanism of ultrafine composite powder based on red mud will be carried out. . Firstly, the ultrafine composite powder will be prepared by loading the efficient fire extinguishing active component after the modification of original red mud. Secondly, study on the effect of the composite powder on the characteristics parameters of gas explosion, reveal the relationship of synthesis conditions, physicochemical properties and explosion suppression characteristics of the composite materials. Establish the physics mathematics model between points, particle size, concentration of the composite powders and gas explosion parameters. Finally, calculate the reaction path of active components and free radicals using quantum chemical theory, calculate the energy transfer of the gas-powder two phase flow using the fluid mechanics theory, clarify the gas explosion suppression mechanism of composite red mud powder from the two respects of microcosmic and macroscopic thermodynamics, dynamics. . This project can realize the beneficial recycling of red mud, but also provide the theoretical support for the development of gas explosion suppression material, has important scientific value, practical significance and application prospects.

基于赤泥粉体在材料来源、化学成分和结构特征等方面的独特优势，本项目拟开展赤泥基超细复合粉体的瓦斯抑爆特性及机理研究。. 首先，在对工业固废赤泥改性处理的基础上，负载高效灭火活性组分，获得具有协同抑爆效应的赤泥基超细复合粉体；其次，研究复合粉体对瓦斯爆炸过程中特征参数的影响规律，揭示复合材料的合成条件、理化特性、抑爆特性三者之间的科学联系，建立复合材料的组成、粒径、浓度等与瓦斯爆炸参数之间的物理数学模型；最后，利用量子化学理论计算活性成分与自由基的抑制反应路径，利用流体力学理论计算气-粉两相流的能量传递，从微观和宏观两方面热力学、动力学角度阐明赤泥复合粉体抑制瓦斯爆炸的作用机理。. 本项目既能实现赤泥固体废弃物的高附加值再利用，同时又为发展瓦斯抑爆新材料提供理论支持，具有重要的科学价值、现实意义和应用前景。

瓦斯爆炸是煤矿生产的“头号杀手”，抑爆材料是抑爆技术的组成核心，也是决定抑爆效果的关键。基于工业固废赤泥在材料来源、化学成分和结构特征等方面的优势，本项目开展了赤泥基超细复合粉体的瓦斯抑爆特性及机理研究。在对赤泥改性处理的基础上，采用溶析法负载BC、ABC干粉等灭火活性组分，通过XRD、SEM表征发现所制备的赤泥基复合粉体具有核-壳型结构。抑爆性能研究结果表明：该系列核-壳型赤泥复合粉体表现出比单一的赤泥基体材料和单一负载组分（KHCO3、NaHCO3、NH4H2PO4）更好的抑爆效果。影响其抑爆性能的因素主要表现在两个方面：核-壳型赤泥基复合粉体的抑爆效果与负载含量有关，随着负载含量的上升，赤泥基复合粉体的抑爆效果逐渐增强，在负载含量达到30%时KHCO3/赤泥复合粉体、NaHCO3/赤泥复合粉体、NH4H2PO4/赤泥复合粉体的抑爆效果达到最佳；赤泥基复合粉体抑爆特性与载体组分有关，BC类（KHCO3、NaHCO3）赤泥基复合粉体和ABC类（NH4H2PO4）赤泥基复合粉体所表现的抑制特性有所差异，BC类赤泥基复合粉体中的NaHCO3/赤泥复合粉体对爆炸压力和最大压力上升速率表现出了比ABC类赤泥基复合粉体更好的抑爆效果；NH4H2PO4/赤泥复合粉体在对爆炸压力峰值时间的延迟和火焰传播速度的抑制上，表现出比BC类赤泥基复合粉体更好的抑制效果。在抑爆过程中，核-壳型赤泥基复合粉体在高温下发生分离、热解，两种组分协同产生物理-化学耦合抑制效应。本项目既实现了赤泥固体废弃物的高附加值再利用，同时又为发展瓦斯抑爆新材料提供理论支持，具有重要的科学价值、现实意义和应用前景。