CN113413569B - 可扑灭铝渣燃烧的灭火剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于灭火剂技术领域，公开了一种可扑灭铝渣燃烧的灭火剂及其制备方法和应用。该灭火剂包括以下原料：硫酸盐、氯盐、矿物、硅胶、表面活性剂、硬脂酸盐。本发明中灭火剂的主要材料为硫酸盐、氯盐，为废旧锂电池正极材料再合成过程中产生的高盐废水分离得到的含硫酸盐、氯盐的固废，含硫酸盐、氯盐的固废作为灭火剂的材料，能有效的将废弃资源进行循环利用。废旧锂电池正极材料合成过程中产生的废水量大，盐含量较高，分离、蒸发得到含硫酸盐、氯盐的固废较多，因此可作为大量制备灭火剂的主材料。
Description
技术领域
本发明属于灭火剂技术领域，具体涉及一种可扑灭铝渣燃烧的灭火剂及其制备方法和应用。
背景技术
锂电池材料在广泛应用于锂电池制造、3C数码及新能源汽车、工业储能等行业的同时，也产生更多的废旧锂电池。废旧锂电池回收处理过程包括以下步骤：放电、拆除、分离、高温和湿法冶金、正极材料的再合成等，但是在废旧锂电池材料的分离中产生的铝渣以及废铝箔片，残留有酸、碱以及水。堆放的铝渣遇酸、碱、水时反应非常剧烈，由于堆放在露天场所，短时间内产生大量的氢气，产生燃烧和***。铝渣燃烧温度高、燃烧蔓延的速度快、***威力大且产生的很高辐射热，又可与空气、水和二氧化碳反应等特点，因此难以将燃烧中的铝渣进行移除和隔离，发生火灾时极难扑救。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种可扑灭铝渣燃烧的灭火剂及其制备方法和应用，该灭火剂的主要材料为硫酸盐、氯盐，硫酸盐、氯盐为废旧锂电池正极材料再合成过程中高盐废水分离得到的含硫酸盐、氯盐的固废，将含硫酸盐、氯盐的固废作为灭火剂的材料能有效的将废弃资源进行循环利用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种可扑灭铝渣燃烧的灭火剂，包括以下原料：硫酸盐、氯盐、矿物、硅胶、表面活性剂、硬脂酸盐。
优选地，所述硫酸盐、氯盐、矿物、硅胶制备得到粉体。
进一步优选地，所述粉体、表面活性剂和硬脂酸盐的质量比为100：(1～5)：(0.05～0.25)。
优选地，所述硫酸盐为硫酸钠、硫酸钙。
优选地，所述氯盐为氯化钠、氯化钙。
更优选地，所述硫酸钠、氯化钠、硫酸钙和氯化钙的质量比为(50～80)：(20～40)：(2～10)：(1～10)。
优选地，所述矿物为石英砂、石英岩、砂岩、硅石或蛋白石中的至少一种。
优选地，所述表面活性剂为聚二甲基硅氧烷。
优选地，所述硬脂酸盐为硬脂酸钠、硬脂酸镁、硬脂酸钙或硬脂酸锌中的一种。
一种可扑灭铝渣燃烧的灭火剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将含硫酸盐、氯盐的固废进行焙烧，加水溶解，过滤取滤液，进行蒸发、结晶，得结晶体；
(2)将所述结晶体加入液氮中浸泡，浸泡后的结晶体与矿物、硅胶混合，制成粉体；
(3)将所述粉体、表面活性剂、硬脂酸盐混合，干燥，即得所述的可扑灭铝渣燃烧的灭火剂。
优选地，步骤(1)中，所述含硫酸盐、氯盐的固废是由废旧锂电池正极材料再合成过程中产生的高盐废水，经膜分离、蒸发得到。
更优选地，所述含硫酸盐、氯盐的固废的主要成分为硫酸钠、氯化钠。
优选地，步骤(1)中，所述焙烧的温度在400～800℃，焙烧的时间在0.5～3h，焙烧的升温速度为10～30℃/min。
优选地，步骤(1)中，所述水的温度为30～95℃；所述含硫酸盐、氯盐的固废和水的质量比为(20～40):100。
优选地，步骤(1)中，所述蒸发的真空度为0.02～0.06MPa，蒸发的量为400kg/h。
优选地，步骤(1)中，所述过筛使用的筛网的孔径为200～400目。
优选地，步骤(2)中，所述结晶体与液氮的质量比为10:1～3。
优选地，步骤(2)中，所述结晶体、矿物、硅胶的质量比为100：(1～5)：(1～2)。
优选地，步骤(2)中，所述矿物为石英砂、石英岩、砂岩、硅石或蛋白石中的至少一种。
优选地，步骤(2)中，所述硅胶为微粉硅胶。
优选地，步骤(2)中，所述硅胶纯度为分析纯或≥98％。
优选地，步骤(2)中，所述混合的时间为1～5min，混合的转速为120～360r/min。
优选地，步骤(2)中，所述研磨的时间为15～60min，所述研磨使用的研磨机的转速为200～720r/min。
优选地，步骤(2)中，所述研磨的粉体粒度＜100μm。
优选地，步骤(3)中，所述粉体、表面活性剂、硬脂酸盐的质量比为100：(1～5)：(0.05～0.25)。
优选地，步骤(3)中，所述表面活性剂为聚二甲基硅氧烷。
更优选地，所述聚二甲基硅氧烷纯度和硬脂酸盐纯度为分析纯及以上。
优选地，步骤(3)中，所述硬脂酸盐为硬脂酸钠、硬脂酸镁、硬脂酸钙或硬脂酸锌中的一种。
优选地，步骤(3)中，所述混合的温度为40～90℃，混合的时间为30～60min，转速为120～360r/min。
优选地，步骤(3)中，所述干燥至含水量≤2.5％。
灭火剂灭铝渣燃烧的原理：一是包覆，灭火剂主要组分为硫酸盐、氯盐与燃烧的金属(铝、铁、铜及其合金)没有化学反应，是以高温融熔物理包覆，灭火剂添加的辅料(矿物：石英)与燃烧的铝渣存在有限的化学反应，形成不燃烧的惰性化合物，钝化铝渣表面，产生化学包覆；二是吸热，高温下硫酸钠、氯化钠分子的振动加剧，为了减少分子间束缚，熔融过程中会不断吸收金属燃烧产生的热量。因此通过物理和化学包覆、来隔绝、窒息铝渣的燃烧，伴有吸热，来达到对铝渣燃烧的灭火。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
1、本发明中灭火剂的主要材料为硫酸盐、氯盐，为废旧锂电池正极材料再合成过程中产生的废水主要成分盐，将废水作为灭火剂的材料能有效的将废弃资源进行循环利用，所选的辅助材料石英类矿物来自于自然界，能降低灭火剂生产成本。废旧锂电池正极材料再合成过程中产生的废水量大，盐含量较高，膜分离、蒸发得到含硫酸盐、氯盐的固废较多，因此可大量制备灭火剂主材料。
2、本发明的灭火剂有物理灭火、化学灭火双重的灭火作用：灭火剂主要灭火组分硫酸钠、氯化钠与燃烧的铝渣之间没有化学反应，仅仅是融熔物理覆盖，含硫酸盐、氯盐的固废中的其他杂质盐如氯化镁、氯化钙等氯盐也可以当做灭火剂的有效成分；灭火剂其他辅助材料与燃烧的铝渣间存在有限的化学反应，形成不燃烧的惰性化合物，钝化铝的表面，予以化学覆盖。
3、结晶体经液氮处理后，结晶体的晶体结构不稳定，更容易被破坏，使得在研磨处理后，粉体的粒度将更小，表面积增大，表面能增大，更易于将燃烧的铝渣进行物理覆盖、化学覆盖，因此提升灭火剂的灭火效率。结晶体经研磨后的粉体容易吸潮，引起团聚结块，加入的聚二甲基硅氧烷有疏水特性，对灭火剂有加强防潮的性能。
4、表面活性剂为聚二甲基硅氧烷化学稳定性好，特点为：表面活性强，惰性，无毒，不易燃。同时可在铝渣中残酸、残碱等体系中稳定有效地发挥其表面活性剂作用，不会与铝渣燃烧反应体系发生反应或分解。聚二甲基硅氧烷高的化学稳定性就意味着高的化学惰性，聚二甲基硅氧烷表面活性剂能与粉体、石英类矿物、硬脂酸盐很好地相容，保持不同材料之间的稳定性，因为聚二甲基硅氧烷具有疏水的能力，可降低灭火剂吸湿能力。
5、本发明中硬脂酸盐主要作用为降低颗粒之间团聚的阻力，加强聚二甲基硅氧烷包覆粉体。本发明中的硅胶有助磨作用，在研磨时，能降低颗粒间的摩擦力而能改善颗粒流动性，减少不同材质颗粒之间的重量差异，利于研磨。本发明中的矿物拥有优异的电绝缘性能，将其加入到灭火剂中可保证灭火剂的电绝缘性。
6、利用本发明的灭火剂可以代替常规灭金属燃烧的D类灭火剂产品，将灭火剂装入手提式、推车式、挂式等灭火器瓶，能应用于铁、铜等单质或合金的金属火灾灭火。
附图说明
图1为本发明实施例1制备可扑灭铝渣燃烧的灭火剂的流程图；
图2为本发明实施例1的可扑灭铝渣燃烧的灭火剂的SEM图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的可扑灭铝渣燃烧的灭火剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)收集：由废旧锂电池正极材料再合成过程中产生的高盐废水，经膜分离、蒸发得到56kg的含硫酸盐、氯盐的固废(含盐固废)；
(2)提纯：通风环境下，将含硫酸盐、氯盐的固废在升温速度为10℃/min下升温至400℃下焙烧3h，焙烧后加入至65℃的去离子水中进行溶解，溶解的质量比为35:100，利用筛网孔径大小为200目的筛网过滤得滤液，滤渣，将滤液在真空度为0.04MPa下进行蒸发12min、降温、结晶，在室外环境下干燥5d，得结晶体(硫酸钠占比57.10％、氯化钠占比22.56％、水占比15.43％、硫酸钙占比3.25％、氯化钙1.66％)；
(3)研磨：将结晶体加入液氮中浸泡，结晶体与液氮的质量比为10:1，浸泡至液氮蒸发，并使结晶体升至室温，将质量比为100：2：1的结晶体、矿物(石英砂、石英岩、砂岩)、微粉硅胶加入至转速为150r/min的洁净混合机进行混合2min，混合完毕的混合料加至转速为480r/min的洁净球磨机进行研磨45min，出料时间为3min(出料量为0.5t/h，研磨的质量为27.6kg)，研磨后得到粒度＜100μm的粉体；
(4)改性：将质量比为100：1：0.05的粉体、聚二甲基硅氧烷、硬脂酸钠加入至转速为150r/min的洁净干燥混合机中，设置混合时的温度为70℃，进行混合35min、干燥后既得灭火剂产品，干燥完毕测得灭火剂产品的含水量为1.87％，得到可扑灭铝渣燃烧的灭火剂。
一种铝渣燃烧时灭火的方法，包括以下具体步骤：
(1)将保存好的灭火剂注入到干燥的储存罐中，同时储存罐中充入干燥的氩气保存，灭火剂：惰性气体体积比为8:1，储存罐压力为2.5MPa；
(2)储存罐的灭火剂注入到10kg规格的悬挂式灭火器中，铝渣储存槽存放有5kg铝渣堆，灭火器距离铝渣堆顶约0.8m，铝渣储存槽大小为14m2(4m*3.5m)，点燃铝渣，当灭火器感温到铝渣燃烧的火情时，喷射灭火剂，进行灭火。
图1为本发明实施例1制备可扑灭铝渣燃烧的灭火剂的流程图；从图1中可以看出将含硫酸盐、氯盐的固废进行焙烧、加水溶解、加入液氮处理后研磨、再加入矿物、微粉硅胶、聚二甲基硅氧烷、硬脂酸盐，制备得到可扑灭铝渣燃烧的灭火剂。图2为本发明实施例1的可扑灭铝渣燃烧的灭火剂的SEM图，可从SEM图中看出大颗粒即为粉体，粉体附着其他微小颗粒。
实施例2
本实施例的可扑灭铝渣燃烧的灭火剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)收集：由废旧锂电池正极材料再合成过程中产生的高盐废水，经膜分离、蒸发得到91kg的含硫酸盐、氯盐的固废；
(2)提纯：通风环境下，将含硫酸盐、氯盐的固废在升温速度为18℃/min下升温至550℃下焙烧2h，焙烧后加入至65℃的去离子水中进行溶解，溶解的质量比为35:100，利用筛网孔径大小为200目的筛网过滤得滤液，滤渣，将滤液在真空度为0.04MPa下进行蒸发12min、降温、结晶，在室外环境下干燥5d，得结晶体(硫酸钠占比53.58％、氯化钠占比27.24％、水占比11.69％、硫酸钙占比5.98％、氯化钙1.51％)；
(3)研磨：将结晶体加入液氮中浸泡，结晶体与液氮的质量比为10:2.5，浸泡至液氮蒸发，并使结晶体升至室温，将质量比为100:2.5:2的结晶体、矿物(石英砂、石英岩、砂岩)、微粉硅胶加入至转速为150r/min的洁净混合机进行混合2min，混合完毕的混合料加至转速为480r/min的洁净球磨机进行研磨45min，出料时间为4min(出料量为0.5t/h，研磨的质量为35.7kg)，研磨后得到粒度＜100μm的粉体；
(4)改性：将质量比为100：2：0.17的粉体、聚二甲基硅氧烷、硬脂酸钠加入至转速为150r/min的洁净干燥混合机中，设置混合时的温度为70℃，进行混合35min、干燥后既得灭火剂产品，干燥完毕测得灭火剂产品的含水量为1.41％，得到可扑灭铝渣燃烧的灭火剂。
一种铝渣燃烧时灭火的方法，包括以下具体步骤：
(1)将保存好的灭火剂注入到干燥的储存罐中，同时储存罐中充入干燥的氩气保存，灭火剂：惰性气体体积比为9:1，储存罐压力为2.5MPa；
(2)储存罐的灭火剂注入到10kg规格的悬挂式灭火器中，铝渣储存槽存放有5kg铝渣堆，灭火器距离铝渣堆顶约0.7m，铝渣储存槽大小为14m2(4m*3.5m)，点燃铝渣，当灭火器感温到铝渣燃烧的火情时，喷射灭火剂，进行灭火。
实施例3
本实施例的可扑灭铝渣燃烧的灭火剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)收集：由废旧锂电池正极材料再合成过程中产生的高盐废水，经膜分离、蒸发得到56kg的含硫酸盐、氯盐的固废；
(2)提纯：通风环境下，将含硫酸盐、氯盐的固废在升温速度为30℃/min下升温至750℃下焙烧0.5h，焙烧后加入至65℃的去离子水中进行溶解，溶解的质量比为35:100，利用筛网孔径大小为400目的筛网过滤得滤液，滤渣，将滤液在真空度为0.04MPa下进行蒸发12min、降温、结晶，在室外环境下干燥5d，得结晶体(硫酸钠占比52.46％、氯化钠占比23.08％、水占比15.97％、硫酸钙占比4.75％、氯化钙3.74％)；
(3)研磨：将结晶体加入液氮中浸泡，结晶体与液氮的质量比为10:3，浸泡至液氮蒸发，并使结晶体升至室温，将质量比为100：3：2的结晶体、矿物(石英砂、石英岩、砂岩)、微粉硅胶加入至转速为150r/min的洁净混合机进行混合2min，混合完毕的混合料加至转速为480r/min的洁净球磨机进行研磨45min，出料时间为6min(出料量为0.5t/h，研磨的质量为47.3kg)，研磨后得到粒度＜100μm的粉体；
(4)改性：将质量比为100：5：0.25的粉体、聚二甲基硅氧烷、硬脂酸钠加入至转速为150r/min的洁净干燥混合机中，设置混合时的温度为70℃，进行混合35min、干燥后既得灭火剂产品，干燥完毕测得灭火剂产品的含水量为1.87％，得到可扑灭铝渣燃烧的灭火剂。
一种铝渣燃烧时灭火的方法，包括以下具体步骤：
(1)将保存好的灭火剂注入到干燥的储存罐中，同时储存罐中充入干燥的氩气保存，灭火剂：惰性气体体积比为7.5:1，储存罐压力为2.5MPa；
(2)储存罐的灭火剂注入到10kg规格的悬挂式灭火器中，铝渣储存槽存放有4.3kg铝渣堆，灭火器距离铝渣堆顶约0.8m，铝渣储存槽大小为14m2(4m*3.5m)，点燃铝渣，当灭火器感温到铝渣燃烧的火情时，喷射灭火剂，进行灭火。
对比例1
一种铝渣燃烧灭火的方法，包括以下具体步骤：
与实施例1的区别在于：步骤(3)中未经液氮浸泡。
对比例2
一种铝渣燃烧灭火的方法，包括以下具体步骤：
与实施例1的区别在于：步骤(3)中未加石英类矿物和微粉硅胶。
对比例3
一种铝渣燃烧灭火的方法，包括以下具体步骤：
与实施例1的区别在于：步骤(4)中未加聚二甲基硅氧烷。
对比例4
一种铝渣燃烧灭火的方法，包括以下具体步骤：
与实施例1的区别在于：步骤(4)中未加硬脂酸钠。
对比例、实施例分析：
表1中，粉体粒度采用激光粒度仪测定，含水量常规测定方法测得，铝渣被灭所需时间为：铝渣开始燃烧30s后，灭火剂喷射到燃烧的铝渣，灭掉火所需时间。
表1中，可见与对比例1、2相比，实施例1、2、3的粒度均＜100μm，粉体的粒度更小，表面积增大，表面能增大，易于将燃烧的铝渣进行物理覆盖、化学覆盖，因此灭火剂的灭火效率高。与对比例3相比，实施例1、2、3含水量均＜2.5％，。实施例1、2、3的灭火时间均短于对比例1、2、3的灭火时间，效果较好。
表1实施例与对比例参数表
从实施例1和对比例1可以看出，对比例1的结晶体未经液氮处理，结晶体的晶体结构不容易被破坏，使得在研磨处理后，粉体的粒度没法减小，不易于将燃烧的铝渣进行物理覆盖、化学覆盖，因此降低了灭火剂的灭火效率。
从实施例1和对比例2可以看出，对比例2的未加石英类矿物和微粉硅胶，在研磨处理时，粉体的粒度大，粉体的粒度在50～100μm、>100μm占比较多；实施例1粉体粒度在20～50μm占比最多。
从实施例1和对比例3可以看出，对比例3未加聚二甲基硅氧烷，疏水能力差，导致含水量增加，进而扑灭铝渣燃烧的时间变长。
从实施例1和对比例4可以看出，对比例4未加硬脂酸盐，颗粒之间团聚，粉体的粒径变大，聚二甲基硅氧烷包覆粉体的时间变长，进而灭铝渣燃烧的时间变长。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (4)
1.一种可扑灭铝渣燃烧的灭火剂，其特征在于，包括以下原料：硫酸盐、氯盐、矿物、硅胶、表面活性剂、硬脂酸盐，所述的可扑灭铝渣燃烧的灭火剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将含硫酸盐、氯盐的固废进行焙烧，加水溶解，过滤取滤液，进行蒸发、结晶，得结晶体；
（2）将所述结晶体加入液氮中浸泡，浸泡后的结晶体与矿物、硅胶混合，制成粉体；
（3）将所述粉体、表面活性剂、硬脂酸盐混合，干燥，即得所述的可扑灭铝渣燃烧的灭火剂；
所述硫酸盐为硫酸钠及硫酸钙；所述氯盐为氯化钠及氯化钙；所述表面活性剂为聚二甲基硅氧烷；所述硬脂酸盐为硬脂酸钠、硬脂酸镁、硬脂酸钙或硬脂酸锌中的一种；所述矿物为石英砂、石英岩、硅石或蛋白石中的至少一种，所述粉体、表面活性剂和硬脂酸盐的质量比为100：（1~5）：（0.05~0.25）；所述硫酸钠、氯化钠、硫酸钙和氯化钙的质量比为（50~80）：（20~40）：（2~10）：（1~10），步骤（2）中，所述结晶体与液氮的质量比为10:（1~3）；步骤（2）中，所述结晶体、矿物、硅胶的质量比为100：（1~5）：（1~2）。
2.根据权利要求1所述的可扑灭铝渣燃烧的灭火剂，其特征在于，步骤（1）中，所述含硫酸盐、氯盐的固废是由废旧锂电池正极材料再合成过程中产生的含盐废水，经膜分离、蒸发得到。
3.根据权利要求1所述的可扑灭铝渣燃烧的灭火剂，其特征在于，步骤（1）中，所述焙烧的温度为400~800℃，焙烧的时间为0.5~3h，焙烧的升温速度为10~30℃/min。
4.一种灭火器，其特征在于，包括权利要求1所述的可扑灭铝渣燃烧的灭火剂。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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