專利名稱:無(wú)機(jī)泡沫顆粒物的制作方法
本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)泡沫顆粒物及其制備方法。
無(wú)機(jī)泡沫顆粒物質(zhì)輕，因而可廣泛用于建筑構(gòu)件的輕質(zhì)骨料、肥料的補(bǔ)充劑、去污劑或涂料、吸收劑和土壤改良劑等。已知典型的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物可分成兩類，即人造材料制成的泡球(balloons)和天然材料制成的泡球，前者如由人工原材料制得的玻璃泡球，后者如火山灰泡球、珍珠巖、飛灰泡球和膨脹頁(yè)巖。
這些玻璃泡球是泡沫的顆粒物，它是使含以硅酸鈉為主要成分的顆粒物膨脹形成的，顆粒物是由液滴法或干膠凝法生成的。
火山灰泡球是由加熱火山灰(含火山玻璃)使之發(fā)泡產(chǎn)生的。珍珠巖也是按類似方法加熱珠粒體、黑曜巖(火山玻璃)、rosinous砂和粗面巖等，使之發(fā)泡形成的。飛灰泡球由燃燒粉煤，再將得到的煤灰用水漂選而制得。膨脹頁(yè)巖則由加熱使頁(yè)巖發(fā)泡生成。
已有的泡沫顆粒物有一些缺點(diǎn)。例如，制備玻璃泡球需要復(fù)雜的步驟?；鹕交遗萸?、珍珠巖和膨脹頁(yè)巖等需要從山區(qū)開(kāi)礦和粉碎開(kāi)采來(lái)的礦物。因此，從制備原材料的觀點(diǎn)看，用天然材料制造泡球是不經(jīng)濟(jì)的。而且天然原材料即礦物近來(lái)不大容易得到，因?yàn)殚_(kāi)礦可能會(huì)引起環(huán)境破壞。飛灰泡球是含在熱電廠副產(chǎn)物的煤灰中的，因而來(lái)源不穩(wěn)定。
而且，大多數(shù)已知的無(wú)機(jī)泡沫顆粒的堆密度介于0.02至0.05千克/升或0.15至0.4千克/升之間，而堆密度處于這二者之間的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物卻很少。
本發(fā)明的目的是提供一種新型無(wú)機(jī)泡沫顆粒物。
本發(fā)明的另一目的是提供制備該新型無(wú)機(jī)泡沫顆粒物的方法。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是為煤氣化過(guò)程中產(chǎn)生的煤渣提供新的用途，因?yàn)樗两襁€未找到有利的用途。
本發(fā)明提供一種無(wú)機(jī)泡沫顆粒，它含有≤60%(重量)的SiO2，≥20%(重量)的Al2O3和≥5%(重量)的CaO，其堆密度(按照J(rèn)IS-A-1104或ASTM C-29規(guī)定)為0.05～1.2千克/升。
本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒是新型無(wú)機(jī)泡沫顆粒，它與已知的玻璃泡球、火山灰泡球、珍珠巖、飛灰泡球和膨脹頁(yè)巖等無(wú)機(jī)泡沫顆粒的組成明顯不同。
本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆?？梢匀菀椎赜孟铝蟹椒ㄖ苽鋵拿旱牟糠盅趸玫降臒o(wú)定形煤渣在不低于600℃的溫度下加熱，使它發(fā)泡。
一方面，本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒的堆密度最好介于0.05～0.6千克/升之間，這可以在700～1200℃溫度范圍內(nèi)通過(guò)加熱由煤部分氧化產(chǎn)生的粒度不大于20毫米的灰粒(煤渣)來(lái)制成。
另一方面，本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒的堆密度最好介于0.6(不含此值)至1.2千克/升，它可在650～850℃溫度范圍內(nèi)通過(guò)加熱由煤部分氧化產(chǎn)生的粒度不大于2.5毫米的灰粒(煤渣)來(lái)制成。
圖1說(shuō)明在以5℃/分的升溫速率，從400℃升至1300℃的煤氣化升溫過(guò)程中，煤渣直徑(平均直徑為10毫米)的變化。
圖2說(shuō)明加熱溫度與泡沫顆粒的堆密度之間的關(guān)系，泡沫顆粒得自實(shí)例2和比較例2中的煤渣Ⅰ、煤渣Ⅱ和黑曜巖。
本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆?？捎擅簹饣^(guò)程中產(chǎn)生的煤渣制成，而原先這種煤渣未發(fā)現(xiàn)較好的用途。上述煤渣容易在低于一般礦物所用的溫度下發(fā)泡。因而從有效利用以前的廢棄副產(chǎn)品的觀點(diǎn)來(lái)看，本發(fā)明是有價(jià)值的。而且，從無(wú)機(jī)泡沫顆粒制備過(guò)程中節(jié)能的觀點(diǎn)來(lái)看，本發(fā)明也是有效的。
本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒質(zhì)輕、強(qiáng)度高，而且其導(dǎo)熱性低，因而提高了隔熱性能。此外，如果需要，該泡沫顆粒的吸水性也可方便地通過(guò)改變其制備來(lái)使之改變。因此，本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物有各種廣泛的用途。
本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒是含SiO2、CaO和Al2O3的顆粒，除這三種主要成分外，本發(fā)明的泡沫顆?？赡懿⑦m當(dāng)?shù)睾醒趸F、MgO、Na2O和K2O。
本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物包含60%(重量)或60%(重量)以下的SiO2〔最好30～60%(重量)〕、20%(重量)或20%(重量)以上的Al2O3〔最好20～40%(重量)〕和5%(重量)或5%(重量)以上的CaO〔最好5～30%(重量)〕。一般來(lái)說(shuō)，在這些無(wú)機(jī)泡沫顆粒中所包含的這三種必要成份，其問(wèn)題不少于60%(重量)，70～95%(重量)則更好，最好在75～90%(重量)之間。
除這三種必要成分外，通常，本發(fā)明的泡沫顆粒也可能并適當(dāng)?shù)睾醒趸F、MgO、Na2O和K2O，其總量不大于40%(重量)，5～30%(重量)則更好，最好在10～25%(重量)之間(所有物質(zhì)的含量都是以泡沫顆粒的量為基準(zhǔn)的)。最好，氧化鐵的含量為2～15%(重量)(按Fe2O3計(jì))，MgO含1～7%(重量)，Na2O含1～6%(重量)，K2O的含量為0～2%(重量)(所有物質(zhì)的含量都是以泡沫顆粒的量為基準(zhǔn)的)。此外，本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒也可含有非常少量的TiO2、SO3硫化物、其它含硫化合物和含碳的成分。
本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒是輕質(zhì)顆粒，其堆密度范圍在0.05至1.2千克/升之間。該范圍的堆密度可表示成表觀比重近似為0.1到2.1。因?yàn)楸景l(fā)明的這種無(wú)機(jī)泡沫顆粒很輕，因而可適用作為輕質(zhì)骨料。
本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒在顆粒內(nèi)有空隙。這空隙可以是一種獨(dú)立的(封閉式的)空隙或一種連續(xù)相通的空隙。任何一種具有相對(duì)大量封閉空隙的泡沫顆粒和具有相對(duì)大量連續(xù)空隙的泡沫顆粒均能按所需要求制備出來(lái)，例如在它們的生產(chǎn)過(guò)程中控制加熱溫度和/或控制加熱時(shí)間。以封閉式空隙為主的無(wú)機(jī)泡沫顆粒的吸水性極低。在用這種泡沫顆粒作為與水泥混和的輕質(zhì)骨料的情況下，混和物加入的水量可以減少。因此使用這種封閉式空隙的顆粒制成的水泥凝固后表現(xiàn)出較高的強(qiáng)度，在反復(fù)凍結(jié)-融化的情況下亦十分耐用。以連續(xù)空隙為主的泡沫顆粒物表現(xiàn)出較高的保留水的能力，因此，適于用作為一種土壤改良劑。
本發(fā)明的泡沫顆粒含有大量的空隙，于是呈現(xiàn)出較低的導(dǎo)熱性，通常為0.05千卡/米·小時(shí)·℃或更小。因此，本發(fā)明的泡沫顆?？蛇m宜用作隔熱材料。
本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒要比通常的無(wú)機(jī)泡沫顆粒表現(xiàn)出更高的機(jī)械強(qiáng)度。通常，本發(fā)明的泡沫顆粒的平均抗碎強(qiáng)度不低于2.5千克力，此平均值是用任選20個(gè)顆粒大小在2～10毫米范圍內(nèi)的泡沫顆粒測(cè)得的。而且，堆密度為0.6至1.2千克/升(粒度不大于3.5毫米，主要在0.5到2.8毫米)的本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒，顯示出明顯高的機(jī)械強(qiáng)度，例如平均抗碎強(qiáng)度為10～70千克力。因此，本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒在貯藏或運(yùn)輸過(guò)程中是很不容易破裂的。而且，將該無(wú)機(jī)泡沫顆粒用在建筑構(gòu)件中作為輕質(zhì)骨料，非常有助于增加構(gòu)件的機(jī)械強(qiáng)度。
本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒在粒度方面沒(méi)有特殊的限制，按照它們的用途能使用任何粒度的泡沫顆粒。通常，粒度從50微米到50毫米左右，粒度(即粒子大小)在0.5～20毫米左右的更好。
下面敘述本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒的制備過(guò)程。
本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒可以方便地將從煤的部分氧化獲得的無(wú)定形煤渣在特定條件下加熱而制得。因此，制備本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒的原料最好是用煤部分氧化得到的無(wú)定形煤渣。細(xì)粒煤完全燃燒得到的煤灰不能有效地發(fā)泡，因而不能用于制備本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒。
在本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒制備過(guò)程中所用的從煤部分氧化得到的無(wú)定形煤渣，其中粒度不大于0.6毫米的含量不大于20%(重量)。這種無(wú)定形煤渣中含有的以硫化物形式存在的硫和未燃燒完的碳最好還要使兩者總量不大于1%(重量)。
適用于制備本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒的無(wú)定形煤渣可采用在由煤部分氧化生產(chǎn)合成煤氣的過(guò)程中產(chǎn)生的煤渣。從煤制備合成煤氣的方法的例子有Lurgi法、Winkler法、Koppers-Totzek法、Otto-Rummel法、KDV法、Lurgi造渣法、Synthane法、WH法、Ugas法、HYGAS法、日本煤技術(shù)研究所法、壓力-流化加氫氣化法、Hybrid法、HTW法、BIGAS法、Shell(Shell-Koppers)法、Saarberg-Otto法、Sumitomo法和Texaco法。作為制備本發(fā)明的泡沫顆粒所用的原材料，最好采用下列煤氣化方法中所得的煤渣，例如Koppers-Tctzek法、Otto-Rummel法、Lurgi造渣法、Shell(Shell-Koppers)法和Texaco法，在這些方法中，煤的部分氧化是在其溫度不低于所用煤的煤灰(即煤渣)的軟化溫度的氣化爐中實(shí)現(xiàn)的。
例如，Texaco法包括下列步驟煤以漿水的形式送進(jìn)煤氣化爐中，并在壓力下、在不低于該煤灰的軟化溫度下加熱，通常在1300℃～1500℃范圍內(nèi)，完成煤的部分氧化。在此過(guò)程中，獲得了融化的或半融化的煤渣，這種煤渣通常用水冷卻并從煤氣化爐中排出，如有必要，將其破碎。利用Texaco等方法有關(guān)煤氣化過(guò)程的更詳細(xì)情況刊登在“化學(xué)經(jīng)濟(jì)”(日本刊物)1981年8月和9月號(hào)中。
從煤部分氧化所獲煤渣的組成在某一范圍內(nèi)隨煤氣化過(guò)程中所用煤的性質(zhì)而變化。然而，大多數(shù)從煤的部分氧化所獲得的煤渣都可以用作為這種原材料，而不必考慮所用煤的性質(zhì)如何。
上述煤渣一般含有55～30%(重量)的SiO2、20～40%(重量)的Al2O3和5～30%(重量)的CaO，以及少量的硫化物、硫的其它化合物和未燃燒完的碳。
在本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒制備過(guò)程中，對(duì)所用煤渣的顆粒大小沒(méi)有特定限制。然而，通常用的煤渣，其粒徑不大于20毫米。不大于0.3毫米的煤渣，尤其是不大于0.15毫米的粒狀煤渣;在某種加熱條件下有時(shí)不能有效地發(fā)泡，或往往與其它粒狀煤渣一起熔化。因此，這樣的細(xì)顆粒要在熱處理前除去，除非需要制造特別細(xì)的泡沫顆粒時(shí)才不用除去。從煤氣化爐中排出煤渣的顆粒大小可以簡(jiǎn)單采用壓碎和過(guò)篩進(jìn)行調(diào)整。雖然大多數(shù)顆粒度不大于0.15毫米的粒狀煤渣可用過(guò)篩除去，但一部分附著在較大顆粒上的細(xì)顆粒仍未篩去。這種少量細(xì)粒狀煤渣不會(huì)干擾較大顆粒的發(fā)泡，只要細(xì)顆粒的量不超過(guò)20%(重量)就行。在使粒度不大于0.3毫米，尤其是不大于0.15毫米的細(xì)顆粒煤渣發(fā)泡的情況下，將它與較大的顆粒分離后，最好要在較低的溫度下加熱，從而有效地生產(chǎn)出細(xì)的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物(多孔的顆粒)。
然后將粒度已經(jīng)調(diào)整了的煤渣進(jìn)行加熱。
加熱溫度不低于600℃，600～1300℃更好，最好700～1200℃。煤渣很難在明顯低于600℃的溫度下有效地發(fā)泡;并且泡沫顆粒在高于1300℃的溫度時(shí)會(huì)互相熔合，因而產(chǎn)生的泡沫結(jié)構(gòu)可能減少。加熱最好從不高于600℃的溫度開(kāi)始，升溫速率不大于150℃/分，最好不大于1～100℃/分。
進(jìn)行加熱的方法可以是把煤渣直接送進(jìn)帶溫度控制的爐(例如回轉(zhuǎn)爐)中，逐步升溫加熱煤渣。
逐漸升溫的加熱方法在工業(yè)上使用起來(lái)特別方便。在工業(yè)上采用回轉(zhuǎn)爐的方法中，升溫的速率最好固定在不超過(guò)20℃/分。較快的溫升有時(shí)會(huì)打亂顆粒中獨(dú)立泡沫(空隙)的產(chǎn)生，因此制得的泡沫顆粒更容易吸水。
在煤渣直接送進(jìn)預(yù)熱爐的情況下，煤渣的發(fā)泡受加熱的溫度和加熱的時(shí)間等加熱條件影響很大。發(fā)泡的控制可以用單獨(dú)改變加熱的溫度和加熱的時(shí)間或兩者一起改變而實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明者的研究，當(dāng)煤渣在不低于600℃溫度下加熱15秒到15分鐘時(shí)，可有效地達(dá)到合適的發(fā)泡。例如，用Grade Greta煤進(jìn)行煤氣化所得的平均粒徑為3～5毫米的煤渣(以下稱為“GG煤渣”)，在900℃下加熱5分鐘產(chǎn)生泡沫顆粒的堆密度為0.121千克/升，而在1100℃下加熱15秒鐘，產(chǎn)生泡沫顆粒其堆密度為0.102千克/升。又如，由Coal Valley煤的煤氣化所獲得的平均粒徑為3～5毫米的煤渣在900℃下加熱5分鐘，產(chǎn)生泡沫顆粒物其堆密度為0.156千克/升，而在1100℃加熱30秒產(chǎn)生泡沫顆粒物其堆密度為0.123千克/升。
為制備本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物而用的加熱處理，比常規(guī)制備火山灰泡球和珍珠巖的處理溫度低、時(shí)間短。
更詳細(xì)點(diǎn)說(shuō)，平均粒徑為3～5毫米的粗面巖，經(jīng)在1200℃下加熱12.5秒，產(chǎn)生泡沫顆粒物的堆密度為0.135千克/升，而在1100℃下加熱30秒產(chǎn)生泡沫顆粒物，其堆密度為0.143千克/升。又如，黑曜巖在1100℃下，經(jīng)加熱1分鐘產(chǎn)生泡沫顆粒，其堆密度為0.228千克/升。因此，為了制備出好的泡沫顆粒物，按常規(guī)方法需要較高的溫度或較長(zhǎng)的加熱時(shí)間。
因此，制備本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物所需要的熱能，比制備常規(guī)的泡沫顆粒物的低。
而且，制備本發(fā)明的泡沫顆粒物在加熱處理中發(fā)泡速度快，而制備常規(guī)顆粒物的起泡就相當(dāng)慢。因此，為制備本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物而做的處理不需要長(zhǎng)的加熱時(shí)間。這樣，本發(fā)明的生產(chǎn)泡沫顆粒的方法很容易實(shí)行。
用熱處理的方法可使上面提到的煤渣發(fā)泡或膨脹至近似為原有顆粒大小的1.01到2.5倍。更詳細(xì)地說(shuō)，粒度小于2.5毫米的顆粒煤渣膨脹到近似為原顆粒1.01到1.4倍，粒度大于2.5毫米的顆粒煤渣則膨脹到近似為原顆粒的1.3～2.5倍。
圖1說(shuō)明用變形比(由測(cè)量煤渣的粒度而得)與溫度的圖表示發(fā)泡條件之間的關(guān)系。這關(guān)系是用加熱平均直徑為10毫米的GG煤渣而獲得的，升溫是從400℃開(kāi)始，升溫速率為5℃/分。變形比是由一個(gè)方向上的膨脹比來(lái)表示的，可從熱處理前顆粒的直徑(H)和熱處理時(shí)顆粒直徑(h)按照h/H的公式計(jì)算出來(lái)。
從圖1可清楚地看到，所用的煤渣從730℃左右開(kāi)始很快地膨脹，在近似790℃時(shí)膨脹終止。進(jìn)一步加熱不會(huì)有效地引起進(jìn)一步發(fā)泡。
按照本發(fā)明制備泡沫顆粒的方法，如有需要，通過(guò)控制加熱條件，例如可控制用于制備具有獨(dú)立空隙的顆粒的加熱溫度和加熱時(shí)間，可以把具有獨(dú)立空隙的顆粒轉(zhuǎn)變成具有連續(xù)空隙的顆粒。更詳細(xì)地說(shuō)，最初生產(chǎn)的泡沫顆粒物是以具有獨(dú)立空隙的顆粒為主，這樣的顆粒物吸水性很小。如果把以獨(dú)立空隙為主的顆粒進(jìn)一步加熱，則獨(dú)立空隙就會(huì)互相連接起來(lái)產(chǎn)生與外界相通的連續(xù)空隙。否則，如果加熱是以升溫速率為20℃/分的情況下進(jìn)行，就可生產(chǎn)出具有以連續(xù)空隙為主的泡沫顆粒物。
具有連續(xù)空隙的泡沫顆粒物吸水性強(qiáng)，適用了作為土壤改良劑。
本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物制備中所用的加熱處理可以在生產(chǎn)火山泡球或珍珠巖常規(guī)使用的爐中進(jìn)行。例如可以用轉(zhuǎn)爐和燃?xì)饬鳡t。
為什么用煤的部分氧化所產(chǎn)生的煤渣有利于發(fā)泡或膨脹，至今還不清楚。下面是一種假說(shuō)。
由煤的部分氧化所產(chǎn)生的煤渣含有容易膨脹的或容易起泡的物質(zhì)，例如未燃燒完的碳和硫化物，這些物質(zhì)在加熱下都很容易轉(zhuǎn)變成氣體。因此，這些材料在加熱下轉(zhuǎn)變成氣體而產(chǎn)生大量的空隙。而且，這種煤渣與礦物例如火山玻璃比起來(lái)，很可能活性大一些，因而上面所提到的材料甚至在相對(duì)低的溫度下亦很容易轉(zhuǎn)變成氣體。
因此很明顯，本發(fā)明的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物也可用作為肥料的補(bǔ)充劑、洗滌劑和涂料，吸收劑、助熔劑和助濾劑，以及前面提到的輕質(zhì)骨料和土壤改良劑。
用下面的實(shí)例和比較例可進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)例1把從Texaco方法的煤氣化爐中收集的100克煤渣放在一陶瓷蒸發(fā)皿上(該煤渣真比重為2.81，堆密度1.54千克/升，熔點(diǎn)1360℃)，然后把該蒸發(fā)皿放進(jìn)一配有用硅化鉬的自動(dòng)溫度控制裝置的電爐中。電爐的起始溫度是400℃。
所用煤渣的化學(xué)組成和粒度分布分別列在表1和表2中，該煤渣用X-射線衍射分析確定是無(wú)定形的。
然后，電爐以5℃/分的升溫速率升高溫度，當(dāng)溫度達(dá)900℃時(shí)，將該煤渣從爐中取出，這樣就產(chǎn)生了無(wú)機(jī)泡沫顆粒物。
所產(chǎn)生的泡沫顆粒物其真比重為0.7，堆密度為0.46千克/升，24小時(shí)吸水性2.6%(重量)，平均抗碎強(qiáng)度為6.4千克力。所產(chǎn)生的泡沫顆粒物的化學(xué)組成和粒度分布分別列在表1和表2中。
用下列方法和儀器做了各種測(cè)定。也用同樣的方法和儀器測(cè)定其它實(shí)例和比較例中的相應(yīng)的值。
測(cè)量絕對(duì)干比重和24小時(shí)吸水性按JIS-A-1134和JIS-
A-1135方法測(cè)量。
真比重按JIS-A-2205方法測(cè)量。
堆密度將裝有樣品(煤渣或泡沫顆粒物)的100毫升體積的測(cè)量圓筒振動(dòng)指定的次數(shù)，使圓筒內(nèi)含有100毫升體積的該樣品，再測(cè)定所裝樣品的重量。
分析按JIS-M-8852方法做。
抗碎強(qiáng)度用Kiya硬度測(cè)試儀在20個(gè)樣品上測(cè)得。
熔點(diǎn)按JIS-M-8801方法測(cè)定。
表 1無(wú)機(jī)泡沫顆粒物組分 煤渣(重量%) (重量%)燃燒損失 +0.1 0SiO236.8 37.4Al2O329.9 30.3Fe2O37.3 7.4CaO 18.4 18.6MgO 4.0 4.1Na2O 2.0 2.0K2O 0.3 0.3未燃燒完的碳 1.26 0硫化物 0.23 0
表 2粒度(毫米) 煤渣(重量%) 無(wú)機(jī)泡沫顆粒物(重量%)-20 1 120-10 1 1510-5 28 485-2.5 45 282.5-1.2 17 81.2-0.6 4 20.6-0.3 2 20.3- 2 2制得的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物含有的組成列在表1，該無(wú)機(jī)泡沫顆粒物近似膨脹為煤渣的1.5倍。
比較例1重復(fù)實(shí)例1的步驟，只是用如表3中列出的頁(yè)巖(真比重2.56，堆密度1.10千克/升，熔點(diǎn)1210℃)代替煤渣，最高的加熱溫度達(dá)1180℃。這樣生產(chǎn)了泡沫顆粒，所用頁(yè)巖的粒度分布列在表3中。
所產(chǎn)生的泡沫顆粒物其真比重為0.90，堆密度為0.64千克/升，24小時(shí)吸水性為14.9%(重量)，平均抗碎強(qiáng)度為1.84千克力，所產(chǎn)生的泡沫顆粒物的化學(xué)組成和粒度分布分別列在表3和表4中。
表 3無(wú)機(jī)泡沫顆粒物組分 頁(yè)巖(重量%) (重量%)燃燒損失 2.43 0SiO263.6 65.2Al2O318.3 18.8Fe2O35.5 5.6CaO 2.1 2.2MgO 1.6 1.6Na2O 3.3 3.4K2O 3.1 3.2未燃燒完的碳 0 0硫化物 0 0
表 4無(wú)機(jī)泡沫顆粒物顆粒大小(毫米) 頁(yè)巖(重量%) (重量%)-20 0 020-10 0 110-5 15 215-2.5 35 342.5-1.2 22 181.2-0.6 10 100.6-0.3 7 70.3- 11 9所得的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物其粒度分布列在表4中，與該頁(yè)巖比較，所得的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物膨脹了1.2倍左右。
而且已經(jīng)證實(shí)了實(shí)例1中所得的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物，比起比較例1中所得的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物來(lái)，有較高的抗碎強(qiáng)度和較低的吸水性。
實(shí)例2將化學(xué)組成分別列于表5和表6的煤渣Ⅰ和煤渣Ⅱ(兩種煤渣的平均粒度5～1.2毫米)在電爐中在下面列出的溫度和表明的時(shí)間內(nèi)膨脹。
煤渣Ⅰ的堆密度為1.54千克/升，煤渣Ⅱ的堆密度為1.40千克/升，X-射線衍射分析表明兩種煤渣都是無(wú)定形的。
圖2給出了加熱溫度和泡沫顆粒物的堆密度之間的關(guān)系。
由煤渣Ⅰ在1000℃加熱時(shí)所得的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物的組成列在表5中，由煤渣Ⅱ同樣加熱所得的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物的組成列在表6中。由煤渣Ⅰ在1000℃加熱所得的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物的24小時(shí)吸水性為11%(重量)，抗碎強(qiáng)度4.02千克力。用同樣的加熱方法由煤渣Ⅱ生成的無(wú)機(jī)泡沫顆粒的24小時(shí)吸水性為9.3%(重量)，抗碎強(qiáng)度為4.32千克力。
比較例2重復(fù)實(shí)例2的步驟，只是用黑曜巖(火山玻璃)代替煤渣，加熱條件的改變?nèi)缦滤?，這樣產(chǎn)生了泡沫顆粒物。
所用黑曜巖的組成列在表7，黑曜巖的堆密度是1.23千克/升。
加熱溫度和該泡沫顆粒物堆密度之間的關(guān)系在圖2中給出。
在1000℃加熱所得的泡沫顆粒的組成列在表7中，在1000℃加熱所產(chǎn)生的泡沫顆粒物的24小時(shí)吸水性為18.2%(重量)，抗碎強(qiáng)度4.86千克力。
加熱溫度 加熱時(shí)間煤渣Ⅰ 煤渣Ⅱ 黑曜巖825℃ 15分 - -850℃ 12分 15分 -825℃ 4分 12分 -900℃ 30秒 1分 12分1100℃ 10秒 15秒 1.5分1200℃ - - 30秒表 5無(wú)機(jī)泡沫顆粒物組分 煤渣Ⅰ(重量%) (重量%)燃燒損失 0.3 0SiO239.0 39.5Al2O327.9 28.2Fe2O38.1 8.2CaO 16.2 16.4MgO 3.0 3.0SO30.04 0Na2O 2.8 2.8K2O 0.4 0.4TiO21.44 1.5未燃燒完的碳 0.45 0硫化物 0.19 0表 6無(wú)機(jī)泡沫顆粒物組分 煤渣Ⅱ(重量%) (重量%)燃燒損失 0.3 0SiO251.9 53.0Al2O323.9 24.4Fe2O35.5 5.6CaO 11.1 11.4
(續(xù))MgO 2.0 2.0SO30.04 0Na2O 2.06 2.1K2O 0.71 0.7TiO20.81 0.8未燃燒完的碳 0.25 0硫化物 0.02 0表 7無(wú)機(jī)泡沫顆粒物組分 黑曜巖(重量%) (重量%)燃燒損失 1.31 0SiO274.77 75.8Al2O313.07 13.2Fe2O31.21 1.2CaO 1.13 1.1MgO 0.20 0.2SO30.02 0Na2O 3.69 3.7K2O 4.58 4.6TiO2- -未燃燒完的碳 - -硫化物 - -
實(shí)例3將從按Texaco方法操作的煤氣化爐中收集的煤渣(真比重2.72，熔點(diǎn)1320℃)在一顎式軋碎機(jī)中粉碎，再用表8中列出的孔徑的篩子過(guò)篩。在下面比較例中所用的頁(yè)巖的粒徑分布也列在表8中。
表9中列出了所用的無(wú)定形煤渣的化學(xué)組成，X-射線衍射分析表明所用的無(wú)定形煤渣是無(wú)定形的。
表 8粒度(毫米) 煤渣(重量%) 頁(yè)巖(重量%)20-10 4.9 010-5 4.5 05-2.5 31.2 02.5-1.2 36.5 50.01.2-0.6 14.2 22.00.6- 8.7 28.0把100克上面處理過(guò)的粒度不大于2.5毫米的煤渣放在陶瓷蒸發(fā)皿上，然后把這蒸發(fā)皿放進(jìn)用硅化鉬的自動(dòng)溫度控制裝置的電爐中，電爐的起始溫度是400℃。
然后電爐的溫度以5℃/分的升溫率升高到800℃，當(dāng)溫度達(dá)到800℃時(shí)，將該煤渣從爐中取出，這樣，產(chǎn)生了無(wú)機(jī)泡沫顆粒物。
所產(chǎn)生的泡沫顆粒物其真比重為1.71，堆密度為0.91千克/升，24小時(shí)吸水性為0.3%(重量)，平均抗碎強(qiáng)度35千克力。所生成的泡沫顆粒物的化學(xué)組成列在表9中，所得的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物比煤渣膨脹了1.3倍左右。
表 9無(wú)機(jī)泡沫顆粒物組分 煤渣(重量%) (重量%)燃燒損失 -0.2 0SiO242.6 43.1Al2O325.7 26.0Fe2O310.4 10.5CaO 14.9 15.1MgO 2.2 2.2Na2O 2.2 2.2K2O 0.9 0.9SO30.4 0未燃燒完的碳 0.3 0其它硫化物 0.15 0比較例3重復(fù)實(shí)例3的步驟，只是用表10中列出的頁(yè)巖(真比重2.56，堆密度1.10千克/升，熔點(diǎn)1210℃)代替煤渣，最高加熱溫度達(dá)1180℃。這樣產(chǎn)生了泡沫顆粒物。
所產(chǎn)生的泡沫顆粒物其堆密度為0.64千克/升，24小時(shí)吸水性為14.9%(重量)，平均抗碎強(qiáng)度1.8千克力。所產(chǎn)生的泡沫顆粒物的化學(xué)組成列在表10中。
表 10無(wú)機(jī)泡沫顆粒物組分 頁(yè)巖(重量%) (重量%)燃燒損失 2.4 0SiO263.6 65.2Al2O318.3 18.8Fe2O35.5 5.6CaO 2.1 2.2MgO 1.6 1.6Na2O 3.3 3.4K2O 3.1 3.2未燃燒完的碳 0 0硫化物 0 0實(shí)例4-9和比較例4-6重復(fù)實(shí)例3的步驟，只是改變了該無(wú)定形煤渣的粒度分布，最高加熱溫度和升溫速率分別改變到表11中所列出的溫度和速率。
其堆密度、表觀比重、24小時(shí)吸水性和抗碎強(qiáng)度列在表12中。
表 11粒度(毫米) 最高溫度(℃) 升溫速率(℃/分)實(shí)例3 ≤2.5 800 5實(shí)例4 ≤0.6 800 5實(shí)例5 0.6-1.2 800 5實(shí)例6 1.2-2.5 800 5實(shí)例7 ≤2.5 700 5實(shí)例8 ≤2.5 800 15實(shí)例9 ≤2.5 800 50比較例4 ≥2.5 800 5比較例5 0-2.5 550 5比較例6 0-2.5 1000 5表 12堆密度 吸水性 抗碎強(qiáng)度(千克/升) 表觀比重 (重量%) (千克力)實(shí)例3 0.01 1.71 0.3 35實(shí)例4 1.09 2.05 0.2 50實(shí)例5 0.95 1.79 0.3 38實(shí)例6 0.69 1.25 2.8 16實(shí)例7 1.04 1.91 0.3 43實(shí)例8 0.77 1.40 2.0 22
(續(xù))實(shí)例9 0.61 1.11 3.1 11比較例4 0.55 1.00 3.1 5比較例5 1.30 2.37 0.2 61比較例6 0.45 0.81 5.6 2實(shí)例10把與實(shí)例3中同樣的無(wú)定形煤渣放在回轉(zhuǎn)爐中(有效內(nèi)徑為0.45米，長(zhǎng)12米)加熱，加熱條件如下回轉(zhuǎn)爐底部溫度270℃燃燒區(qū)溫度750℃無(wú)定形煤渣滯留時(shí)間90分鐘。
所產(chǎn)生的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物的堆密度、表觀比重、24小時(shí)吸水性和抗碎強(qiáng)度列在表13中。
比較例7重復(fù)實(shí)例10中的步驟，只是用與比較例3中同樣的頁(yè)巖代替無(wú)定形煤渣，并把回轉(zhuǎn)爐底部和燃燒區(qū)的溫度分別改變到300℃和780℃來(lái)獲得無(wú)機(jī)泡沫顆粒物。
所產(chǎn)生的無(wú)機(jī)泡沫顆粒物其堆密度、表觀比重、24小時(shí)吸水性和抗碎強(qiáng)度列在表13中。
表 13堆密度 吸水性 抗碎強(qiáng)度(千克/升) 表觀比重 (重量%) (千克力)實(shí)例10 0.87 1.64 0.3 34比較例7 1.03 2.39 5.3 2權(quán)利要求
1.一種無(wú)機(jī)泡沫顆粒，其特征在于它含有60%(重量)或60%(重量)以下的SiO2、20%(重量)或20%(重量)以上的Al2O3、和5%(重量)或5%(重量)以上的CaO，其堆密度在0.05到1.2千克/升的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求
1中所要求的無(wú)機(jī)泡沫顆粒，其堆密度在0.05到0.6千克/升范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求
1中所要求的無(wú)機(jī)泡沫顆粒，其堆密度不小于0.6千克/升。
4.如權(quán)利要求
1至3中任一項(xiàng)所要求的無(wú)機(jī)泡沫顆粒，其特征在于含有60-30%(重量)的SiO2，20-40%(重量)的Al2O3，和5-30%(重量)的CaO。
5.如權(quán)利要求
1至3中任一項(xiàng)所要求的無(wú)機(jī)泡沫顆粒，其中的無(wú)機(jī)泡沫顆粒中還含有氧化鐵、MgO、Na2O和K2O。
6.制備無(wú)機(jī)泡沫顆粒物的一種方法，該無(wú)機(jī)泡沫顆粒物含有60%(重量)或60%(重量)以下的SiO2、20%(重量)或20%(重量)以上的Al2O3和5%(重量)或5%(重量)以上的CaO，其堆密度在0.05-1.2千克/升的范圍內(nèi)，其特征在于它包括在不低于600℃的溫度下加熱由煤的部分氧化所得的無(wú)定形煤渣從而使無(wú)定形煤渣發(fā)泡的方法。
7.如權(quán)利要求
6中所要求的制備無(wú)機(jī)泡沫顆粒物的方法，其中，加熱是在溫度范圍為700-1200℃之間的一種溫度下進(jìn)行的，制備堆密度范圍為0.05到0.6千克/升之間的顆粒物。
8.如權(quán)利要求
6中所要求的制備無(wú)機(jī)泡沫顆粒物的方法，其中加熱是在溫度范圍為650-850℃之間的一種溫度下進(jìn)行的。制備堆密度范圍在0.6到1.2千克/升之間的顆粒物。
9.如權(quán)利要求
6到8中任一項(xiàng)所要求的制備無(wú)機(jī)泡沫顆粒物的方法，其中的泡沫顆粒物含有60-30%(重量)的SiO2、20-40%(重量)的Al2O3和5-30%(重量)的CaO。
10.如權(quán)利要求
6到8中任一項(xiàng)所要求的制備無(wú)機(jī)泡沫顆粒物的方法，其中的無(wú)定形煤渣含有SiO2、Al2O3、CaO和至少?gòu)囊环N含碳的組分或一種硫的組分中選出一種組分。
11.如權(quán)利要求
6到8中任一項(xiàng)所要求的制備無(wú)機(jī)泡沫顆粒的方法，其中的無(wú)定形煤渣是一種從煤氣化爐中收集來(lái)的煤渣。
12.如權(quán)利要求
6到8中任一項(xiàng)所要求的制備無(wú)機(jī)泡沫顆粒的方法，其中的無(wú)定形煤渣是一種從煤氣化爐中收集來(lái)的煤渣，這里，煤的氣化是在溫度不低于所用煤的煤灰的軟化點(diǎn)溫度下進(jìn)行的。
專利摘要
一種無(wú)機(jī)泡沫顆粒，它包含有≤60％(重量)的SiO
文檔編號(hào)C04B20/00GK86101557SQ86101557
公開(kāi)日1986年9月3日 申請(qǐng)日期1986年2月21日
發(fā)明者小林和一, 臼井皓司, 大高聰, 松田健一郎, 目勝三 申請(qǐng)人:宇部興產(chǎn)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan