硫化礦塵熱分解動(dòng)力學(xué)及其爆溫計(jì)算研究.pdf

1、高硫金屬礦井在開(kāi)采作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的礦塵在滿足一定條件下會(huì)導(dǎo)致爆炸事故，威脅人員與設(shè)備的安全，給礦山帶來(lái)巨大安全隱患。本文基于氣相爆炸機(jī)理，利用熱分析技術(shù)探討 B（含硫20～30%）、C（含硫10～20%）、D（含硫＜10%）三類硫化礦塵熱穩(wěn)定性，以描述其發(fā)生爆炸的可能性，并根據(jù)粉塵爆炸熱力計(jì)算理論與方法計(jì)算硫化礦塵爆炸溫度，為防治硫化礦塵爆炸及評(píng)估其災(zāi)害程度提供理論基礎(chǔ)。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）闡明了硫化礦塵熱分解曲線特征及

2、升溫速率對(duì)曲線的影響。硫化礦塵熱分解反應(yīng)分為受熱蒸發(fā)、礦物分解和產(chǎn)物分解三個(gè)階段。隨著升溫速率的加快，各類硫化礦塵熱分解反應(yīng)曲線受熱滯后現(xiàn)象的影響均有向高溫區(qū)飄移的趨勢(shì)。
　?。?）獲得了各類硫化礦塵熱分解反應(yīng)中的“動(dòng)力學(xué)三因子”。通過(guò) Popescu法和Coats-Redfern法確定 B、C、D三類硫化礦塵熱分解表觀活化能分別為160.57kJ/mol、183.44kJ/mol、142.58kJ/mol；指前因子分別為2.92

3、×1010s-1、6.01×1011s-1、1.62×108s-1。
　　（3）評(píng)價(jià)了各類硫化礦塵熱穩(wěn)定性。利用表觀活化能值大小作為判斷硫化礦塵熱穩(wěn)定性指標(biāo)，并描述其發(fā)生爆炸的可能性，結(jié)果表明 D類硫化礦塵熱穩(wěn)定性最差，發(fā)生礦塵爆炸的可能性最大，B類次之，C類最小。
　?。?）獲得了硫化礦塵熱分解反應(yīng)活化熱力學(xué)函數(shù)。其值表明硫化礦塵在熱分解過(guò)程中過(guò)渡態(tài)結(jié)構(gòu)比硫化礦塵結(jié)構(gòu)緊湊；B、C類硫化礦塵反應(yīng)速率和熱抵抗能力一致，且比D類

4、反應(yīng)速率要慢、熱抵抗能力要好。
　?。?）分析了硫化礦塵爆炸強(qiáng)度隨質(zhì)量濃度變化規(guī)律。利用20L球形爆炸裝置測(cè)試結(jié)果表明在相同粒徑下，含硫量越大，最大爆炸壓力越大；所有種類硫化礦塵爆炸指數(shù)其均小于8MPa·m/s，按照爆炸烈度分級(jí)為St1級(jí)，即爆炸性弱。
　　（6）計(jì)算了硫化礦塵爆炸溫度。運(yùn)用粉塵爆炸熱力計(jì)算的理論與方法得到30gA類硫化礦塵爆炸產(chǎn)物中含有0.048mol23Fe O、0.01mol232Al O?2SiO、0