[發(fā)明專(zhuān)利]硫化礦石動(dòng)態(tài)自熱率測(cè)定裝置及測(cè)定方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610136832.1
• 申請(qǐng)日: 2006-12-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101196484A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳超;李孜軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N25/20
• 分類(lèi)號(hào): G01N25/20
• 代理公司: 中南大學(xué)專(zhuān)利中心
• 代理人: 胡燕瑜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非煤礦山采礦安全領(lǐng)域，尤其涉及硫化礦石自熱傾向性測(cè)定裝置及測(cè)定方法。

背景技術(shù)

準(zhǔn)確測(cè)定硫化礦石的自燃傾向性，可以為礦床開(kāi)采設(shè)計(jì)提供依據(jù)，以便正確選擇采礦方法、通風(fēng)系統(tǒng)、回采順序以及采取防火措施，從而達(dá)到避免盲目設(shè)計(jì)、節(jié)省投資、保證安全的目的。

礦石的自燃傾向性是指礦石中所有礦物的綜合自燃傾向性，而不是單一礦物的自燃傾向性。礦石中與自燃傾向性有關(guān)的主要特征是礦石的物質(zhì)組成、各組分的結(jié)構(gòu)特征、氧化速度、自熱特性、著火溫度等，其中礦石的動(dòng)態(tài)氧化自熱速率指標(biāo)尤其重要。雖然純硫化礦物的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱可以根據(jù)化學(xué)熱力學(xué)的方法進(jìn)行計(jì)算，不純礦物的燃燒熱也可以用熱工學(xué)的測(cè)熱儀器加以測(cè)定，但這些測(cè)定不能反映硫化礦石在不同溫度條件下的動(dòng)態(tài)氧化放熱過(guò)程和多種復(fù)合化學(xué)反應(yīng)的模式，也不能用于測(cè)定礦石表面的氧化自熱速率(熱通量)。已有的硫化礦石自熱特性的測(cè)定一般只能用熱譜曲線的溫度幅度反映礦樣氧化自熱過(guò)程的強(qiáng)弱，仍然確定不了礦石表面氧化的放熱速率。由于現(xiàn)場(chǎng)礦石的氧化一般都是從其表面開(kāi)始的，如果能夠測(cè)定在不同溫度條件下硫化礦石動(dòng)態(tài)氧化過(guò)程的自熱速率，對(duì)研究硫化礦石的自燃傾向性及防滅火方法更有實(shí)際意義。

加拿大諾蘭達(dá)技術(shù)研究中心曾發(fā)表《硫化礦石自熱危險(xiǎn)性評(píng)估》(Rosenblum?F，Spira?P.Evaluation?of?hazard?from?self-heating?of?sulfide?rock.CIM?Bull，1995，88(989)：44-49)，該文公開(kāi)了一種測(cè)定硫化礦石自熱速度的裝置及其測(cè)定方法。該自熱裝置主體由裝在一恒溫箱中的2L的派熱克斯耐熱玻璃容器構(gòu)成，用一熱電偶監(jiān)測(cè)試樣溫度并記錄測(cè)定值，用一定時(shí)器控制的風(fēng)機(jī)定時(shí)通過(guò)流量計(jì)和恒溫箱中的一根銅線圈往容器底部吹送空氣，銅線圈預(yù)熱空氣使之達(dá)到試樣溫度。在容器底部有一水槽保持試樣濕潤(rùn)以延長(zhǎng)風(fēng)化時(shí)間。當(dāng)噴入空氣時(shí)，活性試樣將表現(xiàn)出溫度在上升，而惰性試樣則對(duì)空氣無(wú)反應(yīng)。利用該裝置進(jìn)行硫化礦樣自熱測(cè)定的方法分兩個(gè)階段，第一階段將恒溫箱溫度調(diào)到70℃，按100ml/min的流量噴入空氣，持續(xù)時(shí)問(wèn)15min，間隔5h，這個(gè)階段一直持續(xù)到試樣濕度已降到零，或持續(xù)3天。第二階段將溫度和空氣流量加大到140℃和250ml/min，這個(gè)階段要持續(xù)13天。利用該裝置對(duì)礦樣進(jìn)行硫化礦石自熱傾向性進(jìn)行測(cè)定，僅能了解硫化礦樣的自熱速度，卻不能計(jì)算礦樣動(dòng)態(tài)氧化的自熱率(熱通量)，所需試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)十天；每次測(cè)定時(shí)需要較大的礦樣量，且加熱幅度過(guò)大，用壓風(fēng)機(jī)供氧不夠穩(wěn)定，不太符合實(shí)際需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服已有硫化礦石自熱測(cè)定裝置及方法的不足，提供一種符合現(xiàn)場(chǎng)硫化礦石動(dòng)態(tài)自熱過(guò)程、能夠應(yīng)用所測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算硫化礦石動(dòng)態(tài)自熱率的裝置及方法。

該裝置的詳細(xì)技術(shù)方案為：恒溫箱內(nèi)設(shè)置耐高溫石英玻璃反應(yīng)器主體，反應(yīng)器高度遠(yuǎn)大于其直徑，反應(yīng)器上部加蓋絕熱層，反應(yīng)器上部開(kāi)口處設(shè)排氣管；反應(yīng)器底部設(shè)墊板和絕熱層，墊板和絕熱層中間設(shè)供氧入口，反應(yīng)器中軸設(shè)帶絕緣層的熱電偶，反應(yīng)器外的對(duì)應(yīng)位置另一熱電偶，兩個(gè)熱電偶與恒溫箱外的溫度自動(dòng)記錄儀連接。外部供氧管進(jìn)入恒溫箱，與恒溫箱內(nèi)的氧氣預(yù)熱管相連接，內(nèi)部供氧管與螺旋型氧氣預(yù)熱管另一端連接，通入反應(yīng)器的供氧入口。

本發(fā)明中，外部供氧管和排氣管上可分別設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥。

熱電偶外層的絕緣層可為絕緣陶瓷套。

恒溫箱內(nèi)的氧氣預(yù)熱管可為多圈螺旋型。

本發(fā)明另一目的還在于提供使用上述裝置對(duì)礦樣進(jìn)行動(dòng)態(tài)氧化自熱的熱通量進(jìn)行測(cè)定的方法。該方法包括以下步驟：

(1)調(diào)整反應(yīng)器內(nèi)外兩熱電偶的位置，直到溫度記錄儀記錄的兩條熱譜曲線重合在一起；

(2)將實(shí)驗(yàn)所需含水率的礦樣放入反應(yīng)器，將反應(yīng)器置于恒溫箱內(nèi)，恒溫箱內(nèi)通入微流量氧氣；

(3)恒溫箱升溫，待礦樣溫度與環(huán)境溫度平衡后，恒溫1小時(shí)，同時(shí)分別記錄礦樣和恒溫箱內(nèi)環(huán)境的溫度；

(4)根據(jù)兩個(gè)熱電偶測(cè)定的反應(yīng)器內(nèi)外的溫度，計(jì)算礦樣的自熱率；

(5)重復(fù)步驟(3)和步驟(4)，測(cè)定礦樣的動(dòng)態(tài)氧化自熱率。

本方法中，氧氣流量可以由流量調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)，氧氣流量的大小以使反應(yīng)排氣口的氣體含氧量接近為零來(lái)確定。