一種綠泥石質固體密封傳壓介質的製備方法

2023-05-11 16:28:06 1

專利名稱：一種綠泥石質固體密封傳壓介質的製備方法
技術領域：
本發明屬於一種綠泥石質固體密封傳壓介質的製備方法，尤其適用於在超高壓條件下進行人造金剛石、立方氮化硼合成或用於超硬材料工業其它產品的生產。
我國葉蠟石礦產資源十分豐富，礦石類型多樣。葉蠟石是典型的2∶1型八面體層狀矽酸鹽，分子式為Al2[Si4O10](OH)2或Al2O3·4SiO2·H2O；化學成分為Al2O328.3％，SiO266.7％，H2O5％。特殊的晶體結構和晶體化學特徵使葉蠟石具有較好的傳壓性、機械加工性、絕緣性、保溫性和熱穩定性等工藝性能，因而在超硬材料工業中得到廣泛的應用，成為生產固體密封傳壓介質的良好原料。但是，大量試驗和生產應用實踐都證明，並不是所有產地、所有類型的葉蠟石礦都具備上述優良性能。事實上，從世界範圍來說，也只有個別產地的葉蠟石礦可以用作生產固體密封傳壓介質的原料。目前，國外基本上採用南非的德蘭士瓦礦山的葉蠟石礦為原料，其價格十分昂貴。中國目前幾乎全部採用的是京西(北京門頭溝)礦山的葉蠟石礦為原料，該礦已開採多年，資源日漸枯竭。
目前，我國京西葉蠟石粉壓塊一般採用以下生產工藝加工而成(1)將葉蠟石礦石破碎、篩分成粗、中、細三個粒級；(2)以水玻璃為粘接劑，將不同粒級葉蠟石礦按一定配比混合拌勻；(3)將混合拌勻的物料按一定重量裝入模具中，在一定壓力下成形；(4)將成形塊放入烘烤設備中，在一定溫度下烘烤。通常採用的烘烤制度是100℃×2h→200℃×2h→≤300℃×2h。採用這種工藝生產的京西葉蠟石粉壓塊的嚴重缺陷之一就是很容易「長黴」變質。在氣候比較潮溼的季節或地區，「長黴」現象更為嚴重，以致使大量粉壓塊產品在運輸和存放過程中就變質報廢。許多葉蠟石粉壓塊生產廠家因此而收不到貨款，而粉壓塊使用廠家往往因此而產生放炮等事故，造成很大的經濟損失。這已成為超硬材料工業生產的老大難問題之一。其原因可能與京西葉蠟石礦原料自身性質和生產工藝等有一定關係。
值得一提的是，白雲石也具有較好的保溫隔熱性能，傳壓性也比較好，因此有人以白雲石為原料研製可替代葉蠟石的固體密封傳壓介質，並進行了較多的試驗，取得了一定的效果。但是，由於這種固體傳壓介質還存在穩定性較差等缺陷，迄今未能得到推廣。
本發明的目的是提供了一種綠泥石質固體密封傳壓介質的製備方法，以綠泥石和葉蠟石為原料，工藝簡便，方法易行，解決了資源短缺、原料價格昂貴和粉壓塊容易長黴變質的問題。
為了解決上述問題，本發明採用以下技術措施綠泥石(Chlorite)屬2∶1型含水的層狀矽酸鹽，化學組成通式為(R6-y-22+、Ry3+□z)(Si4-xRx3+)O10(OH)8；晶胞參數a≌0.53nm,b≌0.92nm,Csinβ≌n×1.42nm,β≌97°或90°；空間群主要為C2/m,Cm,Cl,Cl。由於綠泥石的化學成分非常複雜，結構中存在大量的類質同像替換，所以種屬繁多。1991年，由Martin和Bailey聯合起草的AIPEA委員會關於修正粘土礦物分類報告中，依據八面體特徵，將綠泥石劃分為三八面體(tri-tri)、二八面體(di-di)和二八-三八面體(di-tri)等三個亞族。在自然界，大多數綠泥石屬於三八面體綠泥石亞族，而其餘兩個亞族的綠泥石礦物要少得多。斜綠泥石(Clinochlorite)[(Mg5Al)(Si3Al)O10(OH)8]、緬綠泥石(chamosite)[(FeAl)(Si3Al)o10(OH)8]是三八面體型的典型代表，頓綠泥石(dobassite)[Al2(Si3Al)O10(OH)2·Al2.33(OH)6]是典型的二八面體型，鋰綠泥石[Al2(Si3Al)o10(OH)2·(Al2Li)(OH)6]和須藤綠泥石[Al2(Si3Al)o10(OH)2·(Mg2Al)(OH)6]則是典型的二八-三八面體型。綠泥石與其它2∶1型層狀矽酸鹽礦物主要區別是，其結構單元層的層同域被帶有正電荷的八面體所充填，構成在一定溫度條件能夠穩定的1.4nm基本結構單元。由於位於層間的羥基與上下層的基面氧之間形成了較強的氫鍵，所以層間八面體片具有較高的熱穩定性。在一定的溫度下，當位於層間八面體片中的羥基消失時，其晶體結構與葉蠟石和滑石有許多相似之處。值得注意的是，根據X射線衍射分析結果，一些種類的綠泥石(如頓綠泥石、斜綠泥石、緬綠泥石等)在2∶1結構單元層中的羥基也消失後，在一定的溫度範圍內仍有d(002)衍射峰顯示，說明此時還保持片狀結構。這一特徵與葉蠟石脫羥後的結構特徵也很相似。在2∶1型層狀矽酸鹽中，具有這種現象的礦物是不多見的。進一步研究發現，經過450℃-700℃高溫處理後的綠泥石，再按一定比例與葉蠟石礦所組成的混合物，或者將天然的綠泥石葉蠟石礦、葉蠟石綠泥石礦經同樣溫度處理後，都具有比單純的葉蠟石礦更優良的密封傳壓和保溫隔熱性能。本發明的特徵是，產品粉壓塊、密封圈和堵頭等中含有綠泥石或脫水綠泥石等礦物，通過X射線粉晶衍射分析(XRD)、紅外吸收光譜分析(IR)和差熱一熱失重分析(DTA-TG)等方法能確定出它們的存在。如在XRD圖譜中，能夠確定綠泥石或脫水綠泥存在的主要衍射峰有d(001)=13.2-14.7nm,d(002)=0.7-0.73nm,d(003)=0.44-0.475nm,D(004)=0.34-0.36nm,d(005)=0.24-0.286nm等。其步驟是首先將礦石質檢；其次是將質檢的礦石破碎與分級；第三是配料；第四是將配料放入模具中成形；其特徵是將綠泥石、葉蠟石的粉壓塊放入烘烤設備中烘烤與焙燒，其最終烘烤與焙燒的溫度為450-700℃。
本發明與現有技術相比，具有以下優點和效果綠泥石質固體密封傳壓介質(簡稱「綠泥石粉壓塊」，下同)已在大中型企業採用HCY-8型6×8MN六面頂壓機進行了人造金剛石合成生產應用試驗，並對綠泥石粉壓塊進行了一年多的防黴能力觀察，結果證明本發明效果十分顯著。
1、密封傳壓和絕緣保溫性能好。生產應用試驗表明，綠泥石粉壓塊的密封邊較窄，相變層也比較薄，壓力反映敏感，易於調控，整個生產應用試驗中沒有出現裂錘和放炮現象。這些都說明綠泥石粉壓塊具有優良的密封傳壓性能。同時，綠泥石粉壓塊所需壓力與京西粉壓塊相當，但是金剛石合成中電流表節能格數比京西粉壓塊低2-3格，說明綠泥石粉壓塊的絕緣與保溫防熱性能比京西粉壓塊更加優良。
2、金剛石合成產量質量俱佳。生產應用試驗證明，採用綠泥石粉壓塊合成的金剛石平均單產量高於京西粉壓塊，而且金剛石晶形完整，晶面平光，顏色鮮黃，透明度高，質量好。
3、綠泥石粉壓塊穩定性好。在生產應用試驗中，金剛石合成工藝參數比較穩定。更為重要的是，至本發明申請之日為止，綠泥石粉壓塊已在沒有任何防潮和密封條件下存放一年多，其間還經歷了3個月的南方黴雨季節，但迄今未發現任何「長黴」變質現象。
4、工藝簡便，方法易行，資源豐富，生產成本低廉。
5、經濟社會效益明顯。綠泥石粉壓塊所用的綠泥石葉蠟石礦的礦山現有售價每噸僅在150元左右，而京西葉蠟石礦每噸售價在1000元左右，二者明顯的價格差是不言而喻的。由於綠泥石粉壓塊可長期存放不「長黴」變質，可避免產品變質報廢及放炮事故等所產生的損失，具有廣泛的經濟和社會效益。
實施例1採用天然的頓綠泥石葉蠟石礦為原料，其步驟是第1是礦石質檢，其礦物成分為頓綠泥石10-30％、葉蠟石70-90％，另含少量硬水鋁石、石英等礦物，其化學成分為Al2O328-32％，SiO257-61％，燒失量6-7％，其它成分(包括TFe、TiO2、MnO、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5)總量在1-3％。此外礦石在使用前應清除帶入的泥土、草根、木屑等雜物。第2是將質檢的礦石破碎與分級，首先採用顎式破碎機和對輥機等設備，將礦石破碎至(2mm的粒度；其次是採用篩分設備將破碎後礦石篩分粗(16-40目)、中(40-80目)、細(80-200目)等三個粒級。第3是配料，首先將破碎的礦石按粗顆粒20-30％、中顆粒55-65％、細顆粒10-20％的比例分別稱取不同粒級的物料，並加4-7％的水玻璃作為粘接劑；其次是將粗、中、細顆粒混合均勻。第4是放入模具中成形，首先根據粉壓塊不同型號稱取一定量的混合物料裝入成型模具中，例如φ18腔體32mm3粉塊壓塊，一般稱取物料為65-75g；其次是在壓機上壓製成型。第5是烘烤與焙燒，首先將壓製成形的粉壓塊、密封圈等有規則地裝放到烘烤設備中；其次是烘烤與焙燒的溫度按100℃×2h→200℃×2h→(450-700℃)×2h控制，最後便得到綠泥石質固體密封傳壓介質。
實施例2採用綠泥石礦和葉蠟石礦兩種礦石為原料，所配製的物料的礦物成分為綠泥石10-30％、葉蠟石70-90％；化學成分Al2O328-40％,SiO240-65％，燒失量5-10％，其它成分(TFe,TiO2,MgO,CaO,K2O,Na2O)的總量≤10％。其實施步驟按實施例1的五個步驟執行，得到符合質量要求的綠泥石質固體密封傳壓介質。
權利要求
一種綠泥石質固體密封傳壓介質的製備方法，其步驟是A、礦石質檢；B、將質檢的礦石破碎與分級；C、配料；D、放入模具中成形，其特徵是將綠泥石葉蠟石的粉壓塊放入烘烤設備中烘烤與焙燒，烘烤與焙燒的溫度按100℃×2h→200℃×2h→(450-700℃)×2h控制。
全文摘要
本發明公開了一種綠泥石質固體密封傳壓介質的製備方法,以綠泥石和葉蠟石礦為原料,首先是礦石質檢,礦物成分為:綠泥石10—30%,葉蠟石70—90%;其次是破碎與分級,分為粗、中、細三個粒級;第3是配料,稱取不同粒級的物料,加入粘接劑,混合均勻;第4是成形,將混合物料裝入模具中壓製成型;第5是烘烤與焙燒,將成形的粉壓塊裝放到烘烤設備中,溫度按100℃×2h→200℃×2h→(450—700℃)×2h控制。本發明工藝簡便,方法易行,密封傳壓和絕緣保溫性能好,金剛石合成產量質量俱佳,綠泥石粉壓塊穩定性好,長期存放不長黴變質,生產成本低廉,具有廣泛的社會和經濟效益。
文檔編號B01J3/06GK1218712SQ97109328
公開日1999年6月9日 申請日期1997年12月1日 優先權日1997年12月1日
發明者汪靈, 馬金龍, 張振禹 申請人:中國科學院長沙大地構造研究所