一種低灰分再生碳素材料的生產方法
2023-05-04 01:42:21 4
專利名稱：一種低灰分再生碳素材料的生產方法
技術領域：
本發明涉及一種低灰分再生碳素材料的生產方法。更具體地說，在惰性氣氛下將廢舊高聚物材料升溫熱裂解炭化得到裂解炭黑後，加入一種無機鹽與該裂解炭黑混合焙燒，使無機鹽呈熔融狀態並與該裂解炭黑中的金屬氧化物反應，得到可溶性的金屬鹽，經過水洗、乾燥、粉碎分級等後續工藝，製備低灰分再生碳素材料。
背景技術：
隨著聚合物工業的日益發展，如何消除廢舊高聚物汙染，進行資源的回收利用，進行裂解產品的深加工，對於實現工業生態化和循環經濟具有十分重要的意義。根據國內、外最新的文獻報導，高聚物廢棄物裂解炭黑通過一定的加工工藝，可以再生為具有高附加值的產品，例如，油墨色素炭黑、活性炭和橡膠補強炭黑等。由於裂解炭黑灰分過高，商業價值很低，使得其實際應用受到了很大限制。未經過處理的裂解炭黑，僅僅可以用做低等橡膠商品的強化填料或直接作為燃料使用；灰分中多數無機質對裂解炭黑活化製備活性炭過程中的造孔有不利影響，必需採用合理的脫灰方法處理裂解炭黑，提高其附加值，製備低灰分的再生碳素材料。
廢舊高聚物材料裂解炭黑中灰分的主要成分是ZnO、SiO2、Al2O3、CaO、Na2O、Fe2O3、MgO、K2O等無機氧化物。現有的脫灰方法有原料精選、物理去除和化學去除三個途徑。由於裂解炭黑是一種由納米級粒子組成的粉體，其中的雜質難於用常規的物理方法分離，一般採取化學方法進行深度脫灰。對於裂解炭黑雜質分離工藝，目前國際上普遍採用的工藝是酸洗(例如，HCl、H2SO4、HNO3)工藝或酸洗—鹼洗(例如，NaOH)聯合工藝，這些工藝不僅需要使用大量的高濃度酸和/或鹼，並由此產生廢酸、廢鹼的排放；繁雜的操作步驟，不僅使工藝設備龐大，增加了炭黑在過程中的損耗和能耗，而且嚴重惡化了生產環境。中國專利局93年5月5日公開的《通過化學處理製造高檔煤質活性炭》(公開號CN1071642)發明專利說明書中提出一種用酸、鹼溶液聯合煮沸處理活性炭產品3小時的方法，最好的結果是將灰分含量9.7％的活性炭灰分降到4.6％。專利號為EP 913360 A1的歐洲專利中，描述一種由廢輪胎等回收精煉活性炭的裝置。其固相廢棄物(廢輪胎)——氣化物質固相炭化物質，經過加熱、乾餾、快速分解後，固相炭化物質採取再經水洗、磁場分離、鹼洗、酸洗除去鋼絲、重金屬等脫灰處理方法，再研磨成粉做成所需形狀。
發明內容
本發明的目的是提供一種低灰分再生碳素材料的生產方法。
它是在惰性氣氛下將廢舊高聚物材料升溫至350～700℃，熱裂解炭化得到裂解炭黑後，加入無機鹽與該裂解炭黑混合焙燒，焙燒熔融溫度為150～480℃，焙燒熔融時間為30～200min，無機鹽與裂解炭黑的質量比為0.1～0.4∶1，使無機鹽呈熔融狀態並與該裂解炭黑中的金屬氧化物反應，生成可溶性的金屬鹽，經過水洗、乾燥、粉碎分級後續工藝，製備低灰分再生碳素材料。
本發明的優點是1)提出了裂解炭黑與無機鹽焙燒熔融脫灰的操作概念。該工藝與傳統的酸洗或酸洗—鹼洗聯合脫灰工藝相比，不僅可以避免廢酸、廢鹼的排放，還可以使裂解炭黑灰分下降至0.8～8％。
2)無機鹽價廉易得，且易被後續工藝分離，不會造成新的汙染。
3)工藝路線簡化，設備投資和操作費用下降，環境友好。
具體實施例方式
本發明涉及一種低灰分再生碳素材料的生產方法，其特徵在於在惰性氣氛下將廢舊高聚物材料升溫熱裂解炭化得到裂解炭黑後，加入一種無機鹽與該裂解炭黑混合焙燒，使無機鹽呈熔融狀態並與該裂解炭黑中的金屬氧化物反應，得到可溶性的金屬鹽，經過水洗、乾燥、粉碎分級等後續工藝，製備低灰分再生碳素材料。通過本發明生產的再生碳素材料灰分可以降至0.8～8％。
本發明提出了裂解炭黑與無機鹽焙燒熔融脫灰的操作概念，其中加入的一種無機鹽主要是與雜質中的金屬氧化物反應生成可溶性鹽。無機鹽主要包括銨鹽、硝酸鹽、滷化鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等。當溫度處於150～480℃時，熔融無機鹽與金屬氧化物反應，使金屬氧化物逐漸轉變成金屬離子，並與熔融無機鹽負離子結合，冷卻後形成可溶性的金屬鹽類。本方法的操作條件為廢舊高聚物材料熱裂解炭化溫度為350～700℃，焙燒熔融溫度為150～480℃，焙燒熔融時間為30～200min，無機鹽裂解炭黑的質量比為0.1～0.4∶1，水洗溫度為30～70℃。
下面通過實例進一步說明本發明，但發明並不局限於此。
製備的再生炭黑材料灰分對比
實施例2在惰性氣氛下，在裂解反應裝置中，加入已被破碎成塊的廢舊汽車輪胎，保持10℃/min的升溫速率，升溫至500℃，熱裂解炭化得到裂解炭黑後，加入無機鹽硝酸銨，焙燒熔融溫度為180℃，焙燒熔融時間為90min，其中硝酸銨裂解炭黑的質量比為0.1∶1，使硝酸銨呈熔融狀態並與裂解炭黑中的金屬氧化物反應，使其轉變為可溶性鹽類。採用50℃的水洗溫度，水洗三次後，經過乾燥，氣流粉碎等後續工藝，製備得到低灰分再生炭黑材料。
製備的再生炭黑材料灰分對比
實施例3在惰性氣氛下，在裂解反應裝置中，加入已被破碎成塊的廢舊汽車輪胎，保持5℃/min的升溫速率，升溫至650℃，熱裂解炭化得到裂解炭黑後，加入無機鹽硫酸銨，焙燒熔融溫度為265℃，焙燒熔融時間為150min，其中硫酸銨裂解炭黑的質量比為0.15∶1，使硫酸銨呈熔融狀態並與該裂解炭黑中的金屬氧化物反應，使其轉變為可溶性鹽類。採用70℃的水洗溫度，水洗兩次後，經過乾燥，氣流粉碎等後續工藝，製備得到低灰分再生炭黑材料。
製備的再生炭黑材料灰分對比
實施例4在惰性氣氛下，在裂解反應裝置中，加入已被破碎成塊的廢舊汽車輪胎，保持10℃/min的升溫速率，升溫至650℃，熱裂解炭化得到裂解炭黑後，加入無機鹽氯化銨，焙燒熔融溫度為315℃，焙燒熔融時間為110min，其中氯化銨裂解炭黑的質量比為0.35∶1，使氯化銨呈熔融狀態並與該裂解炭黑中的金屬氧化物反應，使其轉變為可溶性鹽類。採用40℃的水洗溫度，水洗兩次後，經過乾燥，氣流粉碎等後續工藝，製備得到低灰分再生炭黑材料。
製備的再生炭黑材料灰分對比
實施例5在惰性氣氛下，在裂解反應裝置中，加入已被破碎成塊的廢舊汽車輪胎，保持5℃/min的升溫速率，升溫至700℃，熱裂解炭化得到裂解炭黑後，加入無機鹽硫酸銨，焙燒熔融溫度為260℃，焙燒熔融時間為120min，其中硫酸銨裂解炭黑的質量比為0.35∶1，使硫酸銨呈熔融狀態並與該裂解炭黑中的金屬氧化物反應，使其轉變為可溶性鹽類。採用60℃的水洗溫度，水洗兩次後，經過乾燥，氣流粉碎等後續工藝，製備得到低灰分再生炭黑材料。
製備的再生炭黑材料灰分對比
實施例6在惰性氣氛下，在裂解反應裝置中，加入已被破碎成塊的廢舊汽車輪胎，保持5℃/min的升溫速率，升溫至600℃，熱裂解炭化得到裂解炭黑後，加入無機鹽硝酸銨，焙燒熔融溫度為185℃，焙燒熔融時間為80min，其中硝酸銨裂解炭黑的質量比為0.2∶1，使硝酸銨呈熔融狀態並與裂解炭黑中的金屬氧化物反應，使其轉變為可溶性鹽類。採用30℃的水洗溫度，水洗兩次後，經過乾燥，氣流粉碎等後續工藝，製備得到低灰分再生活性炭材料。
製備的再生炭黑材料灰分對比
權利要求
1.一種低灰分再生碳素材料的生產方法，其特徵在於在惰性氣氛下將廢舊高聚物材料升溫至350～700℃，熱裂解炭化得到裂解炭黑後，加入無機鹽與該裂解炭黑混合焙燒，焙燒熔融溫度為150～480℃，焙燒熔融時間為30～200min，無機鹽與裂解炭黑的質量比為0.1～0.4∶1，使無機鹽呈熔融狀態並與該裂解炭黑中的金屬氧化物反應，生成可溶性的金屬鹽，經過水洗、乾燥、粉碎分級後續工藝，製備低灰分再生碳素材料。
2.按照權利要求1所述的一種低灰分再生碳素材料的生產方法，其特徵在於所說的無機鹽為銨鹽、硝酸鹽、滷化鹽、硫酸鹽、磷酸鹽。
3.按照權利要求1所述的一種低灰分再生碳素材料的生產方法，其特徵在於所說的惰性氣體為氮氣、氬氣。
4.按照權利要求1所述的一種低灰分再生碳素材料的生產方法，其特徵在於所說的焙燒熔融溫度為150～400℃，焙燒熔融時間為50～200min，
5.按照權利要求1所述的一種低灰分再生碳素材料的生產方法，其特徵在於所說的無機鹽與裂解炭黑的質量比為0.1～0.35∶1，
6.按照權利要求1所述的一種低灰分再生碳素材料的生產方法，其特徵在於所說的水洗溫度為30～70℃。
7.按照權利要求1所述的一種低灰分再生碳素材料的生產方法，其特徵在於所說的廢舊高聚物材料為廢棄橡膠和廢棄塑料製品。
全文摘要
本發明公開了一種低灰分再生碳素材料的生產方法。它是在惰性氣氛下將廢舊高聚物材料升溫熱裂解炭化得到裂解炭黑後，加入一種無機鹽與該裂解炭黑混合焙燒，使無機鹽呈熔融狀態並與該裂解炭黑中的金屬氧化物反應，生成可溶性的金屬鹽，經過水洗、乾燥、粉碎分級等後續工藝，製備低灰分再生碳素材料。本發明的優點是1)提出了裂解炭黑與無機鹽焙燒熔融脫灰的操作概念。該工藝與傳統的酸、鹼洗或酸洗—鹼洗聯合脫灰工藝相比，不僅可以避免酸液、鹼液的使用，還可以使裂解炭黑灰分下降至0.8～8％。2)無機鹽價廉易得，且易被後續工藝分離，不會造成新的汙染。3)工藝路線簡化，設備投資和操作費用下降，環境友好。
文檔編號C09C1/44GK1472257SQ03129370
公開日2004年2月4日 申請日期2003年6月16日 優先權日2003年6月16日
發明者陽永榮, 顏麗紅 申請人:浙江大學