粉煤灰人造空心漂珠的製備方法
2023-09-19 01:17:20
粉煤灰人造空心漂珠的製備方法
【專利摘要】一種粉煤灰人造空心漂珠的製備方法，包括以下步驟：將粉煤灰粉體與水、穩定劑、發泡劑混合併球磨，製備出高固相含量的粉煤灰漿料；將所述粉煤灰漿料加入噴霧造粒設備中，使其霧化形成球形漿料液滴，並噴入成型室內，使其快速失去水分乾燥，形成球形粉煤灰前驅體；將所述球形粉煤灰前驅體通過成珠爐空心球化；並且將通過成珠爐加熱得到的產品收集下來，然後通過漂浮法分離出空心漂珠。本發明製備方法採用粉煤灰為主要原料，利用噴霧造粒方法製備空心漂珠，不但能解決天然空心漂珠市場緊缺局面，而且還能解決燃煤廠廢棄物的堆放與汙染問題，對資源進行再利用，必將創造出巨大的經濟利益和社會效益。
【專利說明】粉煤灰人造空心漂珠的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及本發明涉及輕質無機填料，即空心漂珠，這種填料廣泛應用於石油固井、化工、造船、航天航空、無線電技術等領域，尤其適用在石油固井中用於低密度水泥減輕添加劑。
【背景技術】
[0002]空心漂珠是一種中空的微米級圓球粉末狀超輕質無機非金屬材料，因性能優異，被譽為「複合材料之王」、「新時代的空間材料」、「魔粉」，是二十一世紀高端複合材料的主流品種，是近些年來在全世界特別是發達國家得到廣泛應用的新型功能性工業填料，具有質量輕、強度高、隔熱保溫、流動性好、耐腐蝕等諸多獨特的特點。因而廣泛應用石油固井、航空航天、機械、物理、化學、電絕緣及軍事等領域。1973年在美國匹茲堡國際灰渣會議，畢特華博士(Beclow)論述了從粉煤灰中提取空心漂珠的可能性，以及它的優良性能。
[0003]由此美國飛利特公司就著手開發粉煤灰空心漂珠，並以商品的形式在市場上銷售。因為原料豐富、變廢為寶、價格低廉等優勢，成為暢銷產品。我國空心漂珠發展基本是從七十年代末開始的，為促進空心漂珠的發展，國家曾經多次下達文件(例如《國經貿資
[1996]809》文件)鼓勵發展空心漂珠，並且給予優惠政策。一些生產空心漂珠的廠家也相繼誕生。尤其是近幾年，隨著人們對空心漂珠認識的進一步增強以及現代工業的飛速發展，人們環保意識的不斷增強，粉煤灰空心漂珠的研究和應用正越來越引起世人的矚目，這預示著空心漂珠在今後的複合材料領域中有著廣闊的前途。
[0004]目前市場上所用的空心漂珠大部分是從火力發電廠燃燒後的粉煤灰中提取空心漂珠。然而空心漂珠的含量不到粉煤灰的1% ;又加上火電廠對生態環境汙染日趨嚴重的狀態，國家加大了整治力度，關停了環境不達標的大部分火電廠，所以天然空心漂珠的來源越來越少，但是市場需求非常強勁。另外，我國由於相當長一段時間以內燃煤電廠發電，且積累了上億噸粉煤灰，故粉煤灰的處理以及資源化利用問題受到了整個社會的關注，也成為了中國乃至全世界面臨的一個重要任務。
【發明內容】
[0005]本發明目的在於解決粉煤灰的處理以及資源化利用問題，製備出人工空心漂珠。
[0006]為了達成上述目的，本發明提供了一種粉煤灰人造空心漂珠的製備方法，包括以下步驟:將粉煤灰粉體與水、穩定劑、發泡劑混合併球磨，製備出高固相含量的粉煤灰漿料；將所述粉煤灰漿料加入噴霧造粒設備中，使其霧化形成球形漿料液滴，並噴入成型室內，使其快速失去水分乾燥，形成球形粉煤灰前驅體；將所述球形粉煤灰前驅體通過成珠爐空心球化；並且將通過成珠爐加熱得到的產品收集下來，然後通過漂浮法分離出空心漂珠。
[0007]一些實施例中，該方法製備的空心漂珠的平均密度0.6?0.7g/cm3,強度為20?30MPa,粒徑為 10 μ m — 300 μ m。
[0008]一些實施例中，球磨後所述粉煤灰粒徑大小控制在小於2 μ m，且漿料固含量大於 30%。
[0009]一些實施例中，所述穩定劑為聚乙烯醇、聚氧乙烯、甲基纖維素，羧甲基纖維素等水溶性高分子材料，且用量控制在漿料總重的I %以內。
[0010]一些實施例中，所述發泡劑為無機或有機水溶性物質如硫酸銨、尿素、碳酸鈉、曲拉通、沒食子酸丙脂、水溶性澱粉等一種或幾種，其含量控制在漿料中粉煤灰重量的2%以內。
[0011]一些實施例中，噴霧造粒的溫度控制在200 - 300°C，造粒粒徑範圍在5 — 10ym之間。
[0012]一些實施例中，空心球化溫度為1000°C?1400°C。
[0013]本發明製備方法採用粉煤灰為主要原料，利用噴霧造粒方法製備空心漂珠，不但能解決天然空心漂珠市場緊缺局面，而且還能解決燃煤廠廢棄物的堆放與汙染問題，對資源進行再利用，必將創造出巨大的經濟利益和社會效益。
[0014]以下結合附圖，通過示例說明本發明主旨的描述，以清楚本發明的其他方面和優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]結合附圖，通過下文的詳細說明，可更清楚地理解本發明的上述及其他特徵和優點，其中:
[0016]圖1為根據本發明實施例的製備方法的流程圖；
[0017]圖2為類球形前驅體粉料光學顯微照片；
[0018]圖3a為火電廠粉煤灰空心漂珠光學顯微照片；及
[0019]圖3b為本發明的人造空心漂珠光學顯微照片。
【具體實施方式】
[0020]參見本發明具體實施例的附圖，下文將更詳細地描述本發明。然而，本發明可以以許多不同形式實現，並且不應解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是為了達成充分及完整公開，並且使本【技術領域】的技術人員完全了解本發明的範圍。
[0021]先參考附圖詳細說明根據本發明實施例的製備方法。
[0022]圖1示出了根據本發明實施例的製備方法的流程圖。
[0023]如圖1所述，本發明的一種粉煤灰人造空心漂珠的製備方法步驟包括以下四步:
[0024]步驟一，混合球磨:將粉煤灰粉體與水、穩定劑、發泡劑混合併球磨，球磨後粉煤灰粒徑大小控制在2μπι以內，製備出高固相含量的粉煤灰漿料其固含量控制在30 — 60%。
[0025]在進行混合球磨，首先需將粉煤灰破碎粉磨，以形成粉煤灰粉體。此外，在混合球磨之後，可粉煤灰漿料將存放在漿料儲罐中進行穩定。
[0026]步驟二，噴霧造粒:將穩定的粉煤灰漿料加入噴霧造粒設備中，使其霧化形成球形漿料液滴，並噴入成型室內，使其快速失去水分乾燥，形成球形粉煤灰前驅體。其噴霧造粒應選擇造粒效果較好的離心或壓力噴霧造粒機，噴霧造粒機的進口溫度控制在200-300°C，造粒粒徑範圍在5-100 μ m之間，最優的粒徑範圍在20-50 μ m。
[0027]步驟三，空心球化:將噴霧造粒好的球形前驅體粉料放入給料倉中，進料口設在燃燒器底部，通過進料通道進入火道與燃燒狀態氣流匯合，燃氣通過燃氣通道由噴嘴噴出。球形前驅體粉料的流向和燃燒氣流的流向一致，粉煤灰前驅體粉料在燃燒的火焰中熔融後在末端引風機作用下，只能垂直向上流動並迅速冷卻，從而避免熔融的微珠與爐壁或其他器件碰撞，因而提高了微珠的成珠率，球化爐的溫度為1000°C?1400°C ；
[0028]步驟四，收集分選:將通過成珠爐加熱得到的產品收集下來，然後通過漂浮法分離出空心漂珠，漂選裝置可選擇重力沉降漂浮法進行幹選，也可用水作為漂浮介質的液體漂浮法。
[0029]由本方法製備的空心漂珠的平均密度0.6?0.7g/cm3,強度為20?30MPa，粒徑為 10 μ m-300 μ m。
[0030]現參考圖2和3，詳細描述根據本發明製備方法的【具體實施方式】。
[0031]【具體實施方式】:
[0032]第一步穩定均勻漿料配置:將粉煤灰20kg，加水20kg，500g碳酸鈉，10g硫酸銨及200g甲基纖維素配製成水漿液料，然後在3常溫和常壓下採用高速球磨機將其充分球磨混合均勻，球磨後漿料中固體顆粒控制在不大於2微米，其固含量為50%。
[0033]第二步微米級類球形前驅體粉料製備:將第一步得到的均質化的漿液輸送到離心式噴霧乾燥器中，送料量為100kg/h，乾燥溫度為250°C，獲得20?80微米的類球形前驅物粉料如圖2所示。
[0034]第三步空心漂珠的製備:將第二步中所得的微米級類球形前驅物粉料以8kg/h的速度進入一種專門用於微珠球化爐中進行空心球化，球化溫度控制在1200°C?1300°C範圍內，球化時間為0.3秒，經過空心球化的粉體經收集器收集後，用漂浮法分選出空心漂珠，分選出的空心漂珠的形貌如圖3b，圖3a為火電廠粉煤灰空心漂珠照片，空心漂珠的粒徑基本集中在30?150 μ m之間，漂浮率為98%，密度為0.68g/cm3,按體積計算壓碎佔體積20%空心漂珠壓碎強度為28MPa，而火電廠粉煤灰空心漂珠壓碎強度一般在20MPa左右。
[0035]本發明製備方法採用粉煤灰為主要原料，利用噴霧造粒方法製備空心漂珠，不但能解決天然空心漂珠市場緊缺局面，而且還能解決燃煤廠廢棄物的堆放與汙染問題，對資源進行再利用，必將創造出巨大的經濟利益和社會效益。
[0036]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本發明的構思做出諸多修改和變化。凡本【技術領域】中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種粉煤灰人造空心漂珠的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: (a)將粉煤灰粉體與水、穩定劑、發泡劑混合併球磨，製備出高固相含量的粉煤灰漿料； (b)將所述粉煤灰漿料加入噴霧造粒設備中，使其霧化形成球形漿料液滴，並噴入成型室內，使其快速失去水分乾燥，形成球形粉煤灰前驅體； (C)將所述球形粉煤灰前驅體通過成珠爐空心球化；並且 (d)將通過成珠爐加熱得到的產品收集下來，然後通過漂浮法分離出空心漂珠。
2.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，該方法製備的空心漂珠的平均密度0.6 ?0.7g/cm3，強度為 20 ?30MPa,粒徑為 10 μ m-300 μ m。
3.如權利要求2所述的製備方法，其特徵在於，球磨後所述粉煤灰粒徑大小控制在小於2 μ m,且眾料固含量大於30%。
4.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述穩定劑為聚乙烯醇、聚氧乙烯、甲基纖維素，羧甲基纖維素等水溶性高分子材料，且用量控制在漿料總重的I %以內。
5.根據權力要求I所述的製備方法，其特徵在於，所述發泡劑為無機或有機水溶性物質如硫酸銨、尿素、碳酸鈉、曲拉通、沒食子酸丙脂、水溶性澱粉等一種或幾種，其含量控制在漿料中粉煤灰重量的2%以內。
6.根據權力要求I所述的製備方法，其特徵在於，噴霧造粒的溫度控制在200-300°C，造粒粒徑範圍在5-100 μ m之間。
7.根據權力要求I所述的製備方法，其特徵在於，空心球化溫度為1000°C?1400°C。
【文檔編號】C03C12/00GK104310787SQ201410508504
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月28日 優先權日:2014年9月28日
【發明者】王芸, 王金香, 彭小波, 仲召進, 倪嘉 申請人:中國建材國際工程集團有限公司, 安徽理工大學, 蚌埠玻璃工業設計研究院