不結(jié)塊礦巖粉的處理的制作方法
【專利說明】不結(jié)塊礦巖粉的處理
[0001] 相關(guān)申請交叉引用 本申請要求在2013年1月9日提交的美國臨時申請61/750,564、在2013年3月15日 提交的61/787, 654和在2013年10月31日提交的61/897, 907的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，運(yùn)些公開通 過引用結(jié)合到本文中。
[000引公開領(lǐng)域 本文公開用作巖粉W減少礦（例如，煤礦）中爆炸的組合物。
[0003] 公開背景 很多年來，基于石灰石的巖粉一直為用于減少爆炸選擇的礦巖粉。一般石灰石礦巖粉 容易在整個北美得到，并且在W適當(dāng)方式施用到所有礦面并W合適比例用于采礦過程中產(chǎn) 生的煤粉時，阻止爆炸的蔓延。
[0004]然而，在2011年，美國國家職業(yè)安全衛(wèi)生研究所（NI0SH)報告，檢查巖粉樣品傾向 于在濕潤并隨后干燥時結(jié)塊。報告顯示，檢查的樣品形成塊，且按"輕氣流（li曲tblastof air)"的主觀要求不容易分散。NIO甜分析的巖粉樣品包含極細(xì)（例如，小于10微米）顆 粒。細(xì)顆粒增加濕潤時巖粉結(jié)塊的可能性。
[0005]因此，期望提供能夠通過NI0甜制定的結(jié)塊評估試驗且有效使煤粉惰性的經(jīng)濟(jì)可 行的基于石灰石的改良巖粉。
[000引 公開概述 根據(jù)第一個方面，組合物可包含礦巖粉，所述礦巖粉包括用至少一種脂肪酸、其鹽或其 醋處理的干磨無機(jī)顆粒物質(zhì)。組合物可進(jìn)一步包含未處理的無機(jī)顆粒物質(zhì)。
[0007]根據(jù)另一個方面，組合物可包含煤粉和礦巖粉，所述礦巖粉包括用至少一種脂肪 酸、其鹽或其醋處理的干磨無機(jī)顆粒物質(zhì)。礦巖粉的量可足W給予煤粉爆炸惰性。組合物 可進(jìn)一步包含未處理的無機(jī)顆粒物質(zhì)。
[0008]根據(jù)另一個方面，組合物可包含礦巖粉，所述礦巖粉包括用脂肪酸、其鹽、或其醋、 娃酬油、硅烷或硅氧烷至少之一處理的無機(jī)顆粒物質(zhì)。在組合物用硬脂酸處理時，無機(jī)顆粒 物質(zhì)可W為濕磨無機(jī)顆粒物質(zhì)。礦巖粉可進(jìn)一步包含未處理的無機(jī)顆粒物質(zhì)。
[0009]根據(jù)另一個方面，組合物可包含煤粉和礦巖粉，所述礦巖粉包括用脂肪酸、其鹽、 或其醋、娃酬油、硅烷或硅氧烷至少之一處理的無機(jī)顆粒物質(zhì)。在組合物用硬脂酸處理時， 無機(jī)顆粒物質(zhì)可W為濕磨無機(jī)顆粒物質(zhì)。礦巖粉的量可足W給予煤粉爆炸惰性。組合物可 進(jìn)一步包含未處理的無機(jī)顆粒物質(zhì)。
[0010] 示例性實(shí)施方案詳述 根據(jù)一些實(shí)施方案，防結(jié)塊礦巖粉包括用至少一種表面處理處理的無機(jī)顆粒物質(zhì)（例 如，礦物）。至少一種表面處理包括脂肪酸、其鹽、或其醋、娃酬油、硅烷或硅氧烷至少之一。 至少一種表面處理可給予無機(jī)顆粒物質(zhì)疏水或防水性質(zhì)。
[0011] 根據(jù)一些實(shí)施方案，組合物包含煤粉和礦巖粉，所述礦巖粉包括用脂肪酸、其鹽、 或其醋、娃酬油、硅烷或硅氧烷至少之一處理的無機(jī)顆粒物質(zhì)。礦巖粉的量可足W給予煤粉 爆炸惰性。
[0012] 在具體實(shí)施方案中，無機(jī)顆粒物質(zhì)可包括碳酸巧，例如，大理石或石灰石（例如， 經(jīng)研磨的方解石或經(jīng)研磨的白云石）。在一些實(shí)施方案中，無機(jī)顆粒物質(zhì)可包括石灰。下文 中，本發(fā)明的某些實(shí)施方案可傾向于在碳酸巧方面并關(guān)于加工和/或處理碳酸巧的方面進(jìn) 行討論。本發(fā)明不應(yīng)解釋為限于運(yùn)些實(shí)施方案。例如，可完全或部分用例如滑石或石灰代 替碳酸巧。
[0013] 在某些實(shí)施方案中，用至少一種表面處理使無機(jī)顆粒物質(zhì)的表面改性。在一個實(shí) 施方案中，至少一種表面處理通過至少一種表面處理劑至少部分使無機(jī)顆粒物質(zhì)的表面化 學(xué)改性?；瘜W(xué)改性包括但不限于共價結(jié)合、離子結(jié)合和"弱"分子間結(jié)合（例如，范德華相互 作用）。在一些實(shí)施方案中，至少一種表面處理至少部分使無機(jī)顆粒物質(zhì)的表面物理改性。 物理改性包括但不限于物質(zhì)表面的粗糖化、點(diǎn)蝕物質(zhì)表面或增加物質(zhì)表面的表面積。在其 它實(shí)施方案中，至少一種表面處理使無機(jī)顆粒物質(zhì)的表面至少部分化學(xué)改性和至少部分物 理改性。在其它實(shí)施方案中，至少一種表面處理為對無機(jī)顆粒物質(zhì)表面的任何化學(xué)或物理 改性。
[0014] 在某些實(shí)施方案中，至少一種脂肪酸、其鹽或其醋可W為具有C16或更大鏈長的 一種或多種脂肪酸、其鹽或其醋。脂肪酸可W為例如硬脂酸。
[0015] 在一些實(shí)施方案中，至少一種表面處理使無機(jī)顆粒物質(zhì)硅烷化。硅烷化表面處理 可包括至少一種硅氧烷?？偟膩碚f，硅氧烷可W為基于經(jīng)驗通式RzSiO的包含娃、氧和通常 包含碳和氨的任何有機(jī)或無機(jī)化合物種類，其中R可W為烷基。示例性硅氧烷包括但不限 于二甲基硅氧烷、甲基苯基硅氧烷、甲基氨硅氧烷、甲基氨聚硅氧烷、甲基Ξ甲氧基硅烷、八 甲基環(huán)四硅氧烷、六甲基二硅氧烷、二苯基硅氧烷，和單苯基硅氧烷單元、二苯基硅氧烷單 兀、苯基甲基硅氧烷單兀、^甲基硅氧烷單兀、單甲基硅氧烷單兀、乙締基硅氧烷單兀、苯基 乙締基硅氧烷單元、甲基乙締基硅氧烷單元、乙基硅氧烷單元、苯基乙基硅氧烷單元、乙基 甲基硅氧烷單元、乙基乙締基硅氧烷單元或二乙基硅氧烷單元的任何組合的共聚物或共聚 物的混合物。
[0016] 在一些實(shí)施方案中，硅烷化表面處理可包括至少一種硅烷?？偟膩碚f，硅烷和其它 單體娃化合物有能力結(jié)合到無機(jī)物質(zhì)，例如，無機(jī)顆粒物質(zhì)。結(jié)合機(jī)制可通過硅烷結(jié)構(gòu)中的 兩個基團(tuán)幫助，其中例如Si(0R3)部分與無機(jī)顆粒物質(zhì)相互作用，而有機(jī)官能（乙締基、氨 基、環(huán)氧等）基團(tuán)可與其它物質(zhì)相互作用。
[0017] 在一個實(shí)施方案中，用至少一種離子硅烷使無機(jī)顆粒物質(zhì)經(jīng)受至少一種表面處 理。示例性離子硅烷包括但不限于3-(Ξ甲氧基甲娃烷基）丙基-乙二胺Ξ乙酸Ξ鋼鹽和 3-(Ξ徑基甲娃烷基）丙基甲基麟酸鹽。在另一個實(shí)施方案中，用至少一種非離子硅烷使無 機(jī)顆粒物質(zhì)經(jīng)受至少一種表面處理。
[0018] 在另一個實(shí)施方案中，用至少一種式（I)的硅烷使無機(jī)顆粒物質(zhì)經(jīng)受至少一種表 面處理： 巧 1)xS1(R2 )3班 (I) 其中： Ri為可與無機(jī)顆粒物質(zhì)表面上任何活性基團(tuán)化學(xué)反應(yīng)的任何可水解部分，包括但不限 于烷氧基、面素、徑基、芳基氧基、氨基、酷胺、甲基丙締酸醋、琉基、幾基、氨基甲酸醋、化咯、 簇基、氯基、氨基酷基、酷基氨基、烷基醋和芳基醋； X具有1-3的數(shù)值，使得可在無機(jī)顆粒物質(zhì)和至少一種硅烷之間形成多于一個硅氧烷 鍵； R2為在處理過程期間基本不與無機(jī)顆粒物質(zhì)反應(yīng)或相互作用的任何含碳部分，包括但 不限于經(jīng)取代或未取代的烷基、締基、燒芳基、烷基環(huán)烷基、芳基、環(huán)烷基、環(huán)締基、雜芳基、 雜環(huán)、環(huán)燒芳基、環(huán)締基芳基、烷基環(huán)燒芳基、烷基環(huán)締基芳基和芳基燒芳基； R3為一旦至少一種表面處理完成就保持基本化學(xué)結(jié)合到式（I)的娃原子且能夠與活 性成分反應(yīng)或相互作用的任何含有機(jī)部分，例如但不限于氨、烷基、締基、燒芳基、烷基環(huán)燒 基、芳基、環(huán)烷基、環(huán)締基、雜芳基、雜環(huán)、環(huán)燒芳基、環(huán)締基芳基、烷基環(huán)燒芳基、烷基環(huán)締基 芳基、芳基燒芳基、烷氧基、面素、徑基、芳基氧基、氨基、酷胺、甲基丙締酸醋、琉基、幾基、氨 基甲酸醋、化咯、烷基醋、芳基醋、簇基、橫酸醋、氯基、氨基酷基、酷基氨基、環(huán)氧、麟酸醋、異 硫脈鐘、硫脈II、烷基氨基、季錠、Ξ烷基錠、烷基環(huán)氧、烷基脈、烷基咪挫或烷基異硫脈鐘； 其中所述烷基、締基、芳基、環(huán)烷基、環(huán)締基、雜芳基和雜環(huán)的氨任選被例如面素、徑基、氨 基、簇基或氯基取代。
[0019] 在另一個實(shí)施方案中，用至少一種硅烷使具有含徑基多孔表面的無機(jī)顆粒物質(zhì)經(jīng) 受至少一種表面處理，使得無機(jī)顆粒物質(zhì)表面化學(xué)結(jié)合到至少一種硅烷。在此實(shí)施方案中， 無機(jī)顆粒物質(zhì)的表面積可限制結(jié)合的硅烷的量。因此，在用至少一種硅烷處理之前，可優(yōu)選 使無機(jī)顆粒物質(zhì)經(jīng)受至少一種物理表面處理，該處理增加無機(jī)顆粒物質(zhì)的表面積。
[0020] 在一些實(shí)施方案中，可根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的"濕"或"干"方法進(jìn)行硅烷 化。例如，"濕"法一般包括在至少一種溶劑（例如，有機(jī)溶劑或水）中使至少一種硅烷反 應(yīng)到無機(jī)顆粒物質(zhì)上。在一些實(shí)施方案中，可用加熱代替或補(bǔ)充至少一種溶劑。雖然對于 "濕"法不需要加熱和溶劑，但它們可提高反應(yīng)速率，并提高處理的均勻表面覆蓋率。在另一 個實(shí)施方案中，"濕"法包括在典型硅烷化處理步驟期間在線混合漿料或液體，包括但不限 于過濾和干燥。
[0021] 在一些實(shí)施方案中，"干"硅烷化方法一般包括通過將至少一種硅烷與無機(jī)顆粒物 質(zhì)混合然后加熱混合物，使至少一種硅烷與無機(jī)顆粒物質(zhì)在氣相中反應(yīng)。在一些實(shí)施方案 中，"干"硅烷化方法包括通過將至少一種硅烷與無機(jī)顆粒物質(zhì)混合然后加熱混合物，使至 少一種硅烷與無機(jī)顆粒物質(zhì)在攬拌的液相中反應(yīng)。在其它實(shí)施方案中，"干"硅烷化方法包 括混合至少一種硅烷與無機(jī)顆粒物質(zhì)，并在密封容器中在升高的溫度下溫育，W加速表面 處理過程。在其它實(shí)施方案中，"干"硅烷化方法包括混合無機(jī)顆粒物質(zhì)和液體硅烷添加 劑，其中所加硅烷的量小得足W使反應(yīng)物料保持固體狀，并且可如干燥顆粒物質(zhì)一樣繼續(xù) 處理。
[0022] 在一個實(shí)施方案中，通過將至少一種硅烷逐漸加到快速攬拌的溶劑，其與無機(jī)顆 粒物質(zhì)直接接觸，用至少一種硅烷使無機(jī)顆粒物質(zhì)經(jīng)受至少一種表面處理。在另一個實(shí)施 方案中，通過在氣相中進(jìn)行處理，運(yùn)使至少一種硅烷的蒸氣與無機(jī)顆粒物質(zhì)接觸并反應(yīng)，用 至少一種硅烷使無機(jī)顆粒物質(zhì)經(jīng)受至少一種表面處理。
[0023] 根據(jù)一些實(shí)施方案，表面處理，例如，娃酬油、硅氧烷或硅烷，可聚合到無機(jī)顆粒物 質(zhì)上。然后，如果需要，可使經(jīng)處理無機(jī)顆粒物質(zhì)解附聚。
[0024] 在某些實(shí)施方案中，通過ASTMD1210測定，無機(jī)顆粒物質(zhì)可具有約5. 5或更小的 赫格曼細(xì)度化egman)。
[00巧]在一些實(shí)施方案中，用HunterColorimeter