專利名稱：增白超細(xì)空心玻璃微珠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增白超細(xì)空心玻璃微珠及其制備方法，更具體地說，提供一種具有顆粒粒徑達(dá)萬目級以上的、白色的、并具有完美無缺損球狀晶體的空心玻璃微珠；同時，還提供一種所述空心玻璃微珠增白超細(xì)的制備方法。
人們都知道，火力發(fā)電廠排出的廢物粉煤灰中含有附加值高的產(chǎn)物，其中以空心玻璃微珠為主體，這種空心玻璃微珠是一種呈球形的中空、體輕、粒徑小、耐磨性強、導(dǎo)熱系數(shù)低、抗壓強度高、分散性流動性好的新型多功能材料。這種材料具有保溫隔熱、耐高溫又耐低溫、耐腐蝕又防輻射、自潤滑、絕緣、定向反光以及無毒等優(yōu)異性能。正是由于空心玻璃微珠的圓球形狀和超細(xì)顆粒并且顆粒中部是空心的結(jié)構(gòu)，才使其具有上述多功能集于一體的特殊性能，形成新型的多功能輕體材料。
當(dāng)前電廠粉煤灰中的空心玻璃微珠是隨灰渣固態(tài)排出的廢物，形態(tài)和顏色已經(jīng)形成，要得到空心玻璃微珠必須從粉煤灰中提取。為此，國內(nèi)外科學(xué)家們、專業(yè)研究人員或采用濕選分離法，或采用干法風(fēng)選法，例如，中國專利申請第95100223.6號的“超微粉及空心微珠分選裝置”采用一種分級分選系統(tǒng)從粉煤灰中分選提取出固有的空心玻璃微珠，但其固有的顏色如灰色或淺灰色或灰白色、固有的粒度、固有的形狀無法改變。美國專利申請第4,115,256號的分選裝置同樣也只能從粉煤灰中分選提取出固有顏色、粒度、形狀的空心玻璃微珠。顯然，上述設(shè)備或方法均不能按照人們所需要的顏色、粒度和形狀來生產(chǎn)，也就是說上述設(shè)備或方法無法改變或控制粉煤灰中空心玻璃微珠的內(nèi)在的、自身的、固有的諸如顏色、粒度、形狀甚至化學(xué)成份等物理和化學(xué)特性。
于是，人們試圖利用某種化合物包膜后用有機染料著色增白的方法使空心玻璃微珠增白，正如中國專利申請第94101416.9號所述，將直徑小于30微米(400多目)的空心玻璃微珠經(jīng)氫氧化鋁包膜后用有機染料著色增白而成，這種方法雖然可使空心玻璃微珠表面顏色得到改變，但這種方法的弊端在于其空心玻璃微珠表面包覆了一層顏料后，形成一種隔膜，其將空心玻璃微珠的分子間化學(xué)鍵阻斷，使其無法將空心玻璃微珠內(nèi)在的官能團打開而無法達(dá)到同其它所需接合的樹脂等基料的官能團相連接的目的，反而起了一種破壞性的阻斷作用，從而使空心玻璃微珠的填充量受到限制，空心玻璃微珠的剛性、柔性和韌性等特性無法達(dá)到完美的統(tǒng)一。
目前從粉煤灰中提取分選出來的空心玻璃微珠的缺陷已顯而易見，即現(xiàn)有的空心玻璃微珠顏色呈灰色、淺灰色或灰白色，色度范圍大約為50°～80°，球形率大約為50％～90％，因而對顏色要求較高的諸如化妝品、飼料添加、民用牙膏、橡膠、塑料、油漆、涂料等特定領(lǐng)域來說，所要求的白度標(biāo)準(zhǔn)為90°，顯然其應(yīng)用領(lǐng)域大大受到限制，一般只能用于工業(yè)原料、填料、非金屬復(fù)合材料等深色或淺色的產(chǎn)品。
由此看來，為了進(jìn)一步提高粉煤灰中空心玻璃微珠可利用的價值，擴展空心玻璃微珠的應(yīng)用領(lǐng)域，替代諸如白炭黑的同類產(chǎn)品，并從根本上解決粉煤灰中空心玻璃微珠的顏色尤其是粒度極小的空心玻璃微珠的顏色問題已迫在眉睫。
本發(fā)明的目的在于提供一種具有顆粒粒徑達(dá)萬目級以上的、白色的、并具有完美無缺損球狀晶體的空心玻璃微珠。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種通過優(yōu)位取料、除雜質(zhì)分選提純、乳化處理、超高溫充分燒結(jié)、快速冷卻的過程，使空心玻璃微珠“再造”的制備方法，得到顆粒粒徑達(dá)萬目級以上的、白色的、并具有完美無缺損球狀晶體的空心玻璃微珠。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個特點是提供一種具有顆粒粒徑達(dá)萬目級以上的、白色的、并具有完美無缺損球狀晶體的空心玻璃微珠，所述空心玻璃微珠的化學(xué)組成包括SiO255重量％～68重量％Al2O322重量％～42重量％Fe2O30.5重量％～2.0重量％CaO 1.5重量％～2.0重量％MgO 0.1重量％～3.0重量％Na2O 0.1重量％～1.0重量％K2O0.1重量％～2.0重量％C 0.1重量％～0.5重量％其中，粒徑為0.1μm～45μm，白度為90°～98°，并具有完美無缺損球狀晶體。
本發(fā)明的另一特點是提供一種所述空心玻璃微珠的制備方法。所述方法依次包括以下步驟①從電廠出灰口上部取粉煤灰原料；②將所取的粉煤灰原料通過常規(guī)的除鐵機、分級機分選提純；其中，所述常規(guī)除鐵機選自永磁干式除鐵機、或永磁濕式除鐵機，所述常規(guī)分級機選自渦輪式分級機、或氣流式分級機；③將分選后的上述粉煤灰原料通過乳化液在室溫下進(jìn)行常規(guī)乳化處理至混合均勻為止；其中，所述乳化液包括乳化劑、燃料和水，其用量比例以重量計算為5∶80∶15～25∶50∶25；所述乳化劑為高級脂肪酸酯和吐溫型乳化劑，其用量比例以體積計算為95∶5；所述高級脂肪酸酯選自飽和或不飽和高級脂肪酸酯，所述吐溫型乳化劑選自吐溫-80(Tween-800或吐溫-20；所述飽和高級脂肪酸酯選自山梨糖醇酐單月桂酸酯、山梨糖醇酐單棕櫚酸酯、山梨糖醇酐單硬脂酸酯、或山梨糖醇酐三硬脂酸酯；所述不飽和高級脂肪酸酯選自山梨糖醇酐單油酸酯、山梨糖醇酐倍半油酸酯、或山梨糖醇酐三油酸酯；所述燃料選自燃燒油、重油、汽油、柴油、煤油或酒精；④將上述乳化后的混合物在溫度為1300℃～2300℃下充足供氧并燒結(jié)20分鐘～120分鐘；特別優(yōu)選，燒結(jié)溫度為1750℃～2100℃，燒結(jié)時間為30分鐘～60分鐘；⑤快速冷卻燒結(jié)后的混合物，生成所述的空心玻璃微珠。
根據(jù)本發(fā)明的方法，首先第一步采用的是優(yōu)位取料法，因為該部位取出的粉煤灰有效成份硅、鋁的氧化物含量較高，有利于本發(fā)明的空心玻璃微珠生成。第二步分選粉煤灰原料時可以選用市售常規(guī)的除鐵機和分級機進(jìn)行分選提純，以除去鐵和其它雜質(zhì)達(dá)到提純分級的目的。第三步乳化處理過程為充分燃燒、脫碳增白創(chuàng)造條件，特別是所述乳化液組成油包水型的乳化體系，達(dá)到近似煤氣的充分燃燒效果，同時還將水分解生成的O2和H2也參與燃燒，從而使每一顆空心玻璃微珠單粒形成一個單體燃燒的火球，將空心玻璃微珠表面及球內(nèi)自帶或者說殘留的煤粉和碳徹底燃燒掉，從而實現(xiàn)增白的目的。第四步超高溫充分燒結(jié)過程，使原珠融化成玻璃流體從而形成細(xì)小液體珠滴及脫碳增白的反應(yīng)過程，其中，燃燒爐采用市售的常規(guī)高溫自控爐，燒結(jié)時的供氧量以達(dá)到粉煤灰助燃為止。第五步快速冷卻過程，使超細(xì)液態(tài)珠滴通過市售的常規(guī)冷風(fēng)機從爐體四方給風(fēng)，形成旋風(fēng)，這時熔融的液體迅速冷卻，使球體表面硬化形成增白超細(xì)完美球狀晶體的空心玻璃微珠。
采用本發(fā)明的制備方法所得的空心玻璃微珠粒徑最小達(dá)到0.1μm，同時白度達(dá)到90°～98°，比現(xiàn)有最好的空心玻璃微珠白度提高了10°～18°，并且本發(fā)明的空心玻璃微珠的球形率達(dá)到95％以上，比現(xiàn)有最好的空心玻璃微珠球形率提高了5％以上。這樣，一方面，由于民用牙膏行業(yè)，大多采用90°左右的輕質(zhì)碳酸鈣做填料，而由于空心玻璃微珠特有的諸如體輕、分散性好、耐腐蝕、自潤滑以及無毒等的性能，因此其增白超細(xì)后，完全可以取代碳酸鈣填料而應(yīng)用于牙膏產(chǎn)品中，同理其它對顏色要求較高的諸如化妝品、飼料添加、橡膠、塑料油漆、涂料等特定領(lǐng)域也同樣得以應(yīng)用。因此本發(fā)明的空心玻璃微珠擴大了空心玻璃微珠的應(yīng)用領(lǐng)域。另一方面，由于本發(fā)明的空心玻璃微珠生產(chǎn)成本只是同類產(chǎn)品諸如白炭黑的生產(chǎn)成本的1/1000，而其價值在國際市場上可以高于或等于同等規(guī)格白炭黑的價值，因而，提高了粉煤灰中空心玻璃微珠可利用的價值，可以說替代諸如白炭黑同類產(chǎn)品是毫無疑問的。再一方面，本發(fā)明的制備方法是通過優(yōu)位取料、除雜質(zhì)分選提純、乳化處理、超高溫充分燒結(jié)、快速冷卻過程，在整個制備過程中發(fā)生了一系列的物理化學(xué)變化，而現(xiàn)有的空心玻璃微珠的制備方法只是進(jìn)行了一系列的物理提取、分選過程，因而，盡管本發(fā)明方法中一系列物理化學(xué)作用有待進(jìn)一步研究，但是本發(fā)明的制備方法從根本上解決了粉煤灰中空心玻璃微珠的顏色，尤其是粒度極小的空心玻璃微珠的顏色問題；而且本發(fā)明得到的空心玻璃微珠的產(chǎn)率達(dá)到95％以上，顯而易見本發(fā)明的制備方法相應(yīng)地降低了生產(chǎn)成本。
下面結(jié)合附圖具體地說明本發(fā)明的實施例。


圖1本發(fā)明的微珠粒徑與累計曲線坐標(biāo)(％)、直方圖坐標(biāo)的關(guān)系圖；圖2本發(fā)明的微珠放大1250倍率的掃描圖象；圖3本發(fā)明的微珠粒徑與累計曲線坐標(biāo)(％)、直方圖坐標(biāo)的關(guān)系圖；圖4本發(fā)明的微珠放大1250倍率的掃描圖象；圖5本發(fā)明的微珠粒徑與分布質(zhì)量(％)的關(guān)系圖；圖6本發(fā)明的微珠放大2500倍率的掃描圖象；圖7本發(fā)明的微珠粒徑與分布質(zhì)量(％)的關(guān)系圖；圖8本發(fā)明的微珠放大5000倍率的掃描圖象。
實施例1以體積計算，將95份山梨糖醇酐單硬脂酸酯與5份吐溫-80(購自澳大利亞布利公司)均勻混合，先配制成1升乳化劑；以重量計算，將上述乳化劑15份、汽油65份和水20份均勻混合，配制成1000升乳化液。將從四川省宜賓某電廠的出灰口上部取得粉煤灰(大于325目)1噸，依次經(jīng)過永磁干式除鐵機、渦輪式分級機中分選提純，以使粉煤灰中原有的12％以上的氧化鐵降到2.0％同時除去雜質(zhì)，在室溫下向分選提純后的粉煤灰中加入上述乳化液200千克進(jìn)行常規(guī)乳化處理至混合均勻為止，將乳化后的粉煤灰用常規(guī)的噴槍射入已預(yù)熱900℃的常規(guī)高溫自控爐中，隨后提高爐溫至1300℃并保持120分鐘，此時粉煤灰已融化成玻璃流體，打開常規(guī)的鼓風(fēng)機將風(fēng)速為10m3/min冷風(fēng)從四方迅速吹入爐堂中，并把已經(jīng)吹成空心球的球表面冷卻硬化，形成白色的空心玻璃微珠。產(chǎn)率為95％，白度為93°，球形率為95％；粒度采用BT-1500型離心沉降式粒度分布儀測試，測試結(jié)果見表1，圖1，微珠球形狀晶體采用電鏡掃描儀測試，測試結(jié)果見圖2。
表1顆粒粒徑分布測定結(jié)果
實施例2以體積計算，將95份山梨糖醇酐單油酸酯與5份吐溫-80(購自澳大利亞布利公司)均勻混合，先配制成1升乳化劑；以重量計算，將上述乳化劑5份、柴油80份和水15份均勻混合，配制成1000升乳化液。將從寧夏銀川某電廠的出灰口上部取得粉煤灰(大于325目)1噸，依次經(jīng)過永磁干式除鐵機、渦輪式分級機中分選提純，以使粉煤灰中原有的12％以上的氧化鐵降到1.0％同時除去雜質(zhì)，在室溫下向分選提純后的粉煤灰中加入上述乳化液200千克進(jìn)行常規(guī)乳化處理至混合均勻為止，將乳化后的粉煤灰用常規(guī)的噴槍射入已預(yù)熱900℃的常規(guī)高溫自控爐中，隨后提高爐溫至1750℃并保持60分鐘，此時粉煤灰已融化成玻璃流體，打開常規(guī)的鼓風(fēng)機將風(fēng)量為20m3/min冷風(fēng)從四方迅速吹入爐堂中，并把已經(jīng)吹成空心球的球表面冷卻硬化，形成白色的空心玻璃微珠。產(chǎn)率為97％，白度為95°，球形率為97％；粒度采用BT-1500型離心沉降式粒度分布儀測試，測試結(jié)果見表2、圖3，微珠球形狀晶體采用電鏡掃描儀測試，測試結(jié)果見圖4。
表2顆粒粒徑分布測定結(jié)果
實施例3以體積計算，將95份山梨糖醇酐單油酸酯與5份吐溫-80(購自澳大利亞布利公司)均勻混合，先配制成1升乳化劑；以重量計算，將上述乳化劑5份、柴油80份和水15份均勻混合，配制成1000升乳化液。將從內(nèi)蒙古達(dá)旗某電廠的出灰口上部取得粉煤灰(大于325目)1噸，依次經(jīng)過永磁干式除鐵機、渦輪式分級機中分選提純，以使粉煤灰中原有的12％以上的氧化鐵降到1.0％同時除去雜質(zhì)，在室溫下向分選提純后的粉煤灰中加入上述乳化液200千克進(jìn)行常規(guī)乳化處理至混合均勻為止，將乳化后的粉煤灰用常規(guī)的噴槍射入已預(yù)熱900℃的常規(guī)高溫自控爐中，隨后提高爐溫至2100℃并保持30分鐘，此時粉煤灰已融化成玻璃流體，打開常規(guī)的鼓風(fēng)機將風(fēng)量為10m3/min冷風(fēng)從四方迅速吹入爐堂中，并把已經(jīng)吹成空心球的球表面冷卻硬化，形成白色的空心玻璃微珠。產(chǎn)率為98％，白度為98°，球形率為98％；粒度采用激光粒度儀測試，測試結(jié)果見表3、圖5，微殊球形狀晶體采用電鏡掃描儀測試，測試結(jié)果見圖6。
表3顆粒粒徑累計測定結(jié)果
實施例4以體積計算，將95份山梨糖醇酐單月桂酸酯與5份吐溫-20均勻混合，先配制成1升乳化劑；以重量計算，將上述乳化劑25份、燃燒油50份和水25份均勻混合，配制成1000升乳化液。將從四川省宜賓某電廠的出灰口上部取得粉煤灰(大于325目)1噸，依次經(jīng)過永磁濕式除鐵機、氣流式分級機中分選提純，以使粉煤灰中原有的12％以上的氧化鐵降到1.5％同時除去雜質(zhì)，在室溫下向分選提純后的粉煤灰中加入上述乳化液200千克進(jìn)行常規(guī)乳化處理至混合均勻為止，將乳化后的粉煤灰用常規(guī)的噴槍射入已預(yù)熱900℃的常規(guī)高溫自控爐中，隨后提高爐溫至2300℃并保持20分鐘，此時粉煤灰已融化成玻璃流體，打開常規(guī)的鼓風(fēng)機將風(fēng)量為15m3/min冷風(fēng)從四方迅速吹入爐堂中，并把已經(jīng)吹成空心球的球表面冷卻硬化，形成白色的空心玻璃微珠。產(chǎn)率為95％，白度為93°，球形率為95％；粒度采用激光粒度儀測試，測試結(jié)果見表4、圖7，微珠球形狀晶體采用電鏡掃描儀測試，測試結(jié)果見圖8。
表4顆粒粒徑累計測定結(jié)果
權(quán)利要求
1．一種增白超細(xì)空心玻璃微珠，所述空心玻璃微殊的化學(xué)組成包括SiO255重量％～68重量％Al2O322重量％～42重量％Fe2O30.5重量％～2.0重量％CaO 1.5重量％～2.0重量％MgO 0.1重量％～3.0重量％Na2O 0.1重量％～1.0重量％K2O0.1重量％～2.0重量％C 0.1重量％～0.5重量％其中，粒徑為0.1μm～45μm，白度為90°～98°，并具有完美無缺損球狀晶體。
2．一種增白超細(xì)空心玻璃微珠的制備方法，所述方法依次包括以下步驟①從電廠出灰口上部取粉煤灰原料；②將所取的粉煤灰原料通過常規(guī)的除鐵機、分級機分選提純；③將分選后的上述粉煤灰原料通過乳化液在室溫下進(jìn)行常規(guī)乳化處理至混合均勻為止，所述乳化液包括乳化劑、燃料和水，其用量比例以重量計為5∶80∶15～25∶50∶25；④將上述乳化后的混合物在溫度為1300℃～2300℃下充足供氧并燒結(jié)20分鐘～120分鐘；⑤快速冷卻燒結(jié)后的混合物，生成所述的空心玻璃微珠。
3．按照權(quán)利要求2所述的制備方法，其中，所述常規(guī)除鐵機選自永磁干式除鐵機、或永磁濕式除鐵機；所述常規(guī)分級機選自渦輪式分級機、或氣流式分級機。
4．按照權(quán)利要求2所述的制備方法，其中，所述乳化劑包括高級脂肪酸酯和吐溫型乳化劑，其用量比例以體積計算為95∶5。
5．按照權(quán)利要求2所述的制備方法，其中，所述燃料選自燃燒油、重油、汽油、柴油、煤油或酒精。
6．按照權(quán)利要求2所述的制備方法，其中，所述燒結(jié)溫度為1750℃～2100℃，燒結(jié)時間為30分鐘～60分鐘。
7．按照權(quán)利要求4所述的制備方法，其中，所述高級脂肪酸酯選自飽和或不飽和高級脂肪酸酯，所述吐溫型乳化劑選自吐溫-80或吐溫-20。
8．按照權(quán)利要求7所述的制備方法，其中，所述飽和高級脂肪酸酯選自山梨糖醇酐單月桂酸酯、山梨糖醇酐單棕櫚酸酯、山梨糖醇酐單硬脂酸酯或山梨糖醇酐三硬脂酸酯。
9．按照權(quán)利要求7所述的制備方法，其中，所述不飽和高級脂肪酸酯選自山梨糖醇酐單油酸酯、山梨糖醇酐倍半油酸酯或山梨糖醇酐三油酸酯。
全文摘要
本發(fā)明提供一種增白超細(xì)空心玻璃微珠及其制備方法,所述空心玻璃微珠具有顆粒粒徑達(dá)萬目級以上的、白色的、并具有完美無缺損的球狀晶體。其通過優(yōu)位取料、除雜質(zhì)分選提純、乳化處理、超高溫充分燒結(jié)、快速冷卻成型而制得。其作為填充劑、補強劑、增白劑既可以應(yīng)用于國防軍工、石油化工、汽車船舶等工業(yè)領(lǐng)域,還可以應(yīng)用于對顏色要求較高的化妝品、民用牙膏、飼料添加、橡膠、塑料、油漆、涂料等特定領(lǐng)域。
文檔編號C03C11/00GK1289731SQ9911942
公開日2001年4月4日 申請日期1999年9月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月23日
發(fā)明者黃世鮮 申請人:黃世鮮