專利名稱:微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的制造方法
本發(fā)明是關(guān)于微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的制造方法。
利用無機(jī)發(fā)泡體重量輕和發(fā)泡等特征，可廣泛用于結(jié)構(gòu)物等的輕質(zhì)填料，肥料、洗滌劑或涂料等的增量劑，吸附劑以及土壤改良材料等。尤其是平均直徑小于500微米的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體，除上述用途外，還可以作為絕熱性結(jié)構(gòu)物體的填充材料，以及油井或地?zé)峋玫乃啾戎卣{(diào)節(jié)材料使用。
特別是在油井或地?zé)峋玫乃啾戎卣{(diào)節(jié)材料中，該微粒狀無機(jī)發(fā)泡體是非常重要的成分之一。
一般來講，要作為上述水泥比重調(diào)節(jié)材料來使用，微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的表觀比重要求在0.6至0.9的范圍內(nèi)，顆粒直徑要求小于500微米(最好小于200微米)。而且還要求強(qiáng)度高，一般是在非破壞率為70%，靜水壓強(qiáng)度為300公斤力/厘米2以上時(shí)使用。
熟知的這種微粒狀無機(jī)發(fā)泡體可以分為三大類，即從天然火山玻璃質(zhì)材料制造的，從人工玻璃質(zhì)一類材料制造的，以及在煤灰中含有的。
利用天然火山玻璃質(zhì)材料制造微粒狀無機(jī)發(fā)泡體時(shí)，可以用黑曜石，頁珠巖和火山灰等原料，把它們粉碎到小于100微米后，除去細(xì)粉部分，加入適量的二氧化硅細(xì)粉末或氧化鋁細(xì)粉末等添加劑，混合后在溫度不低于1000℃燒制而成。
這樣制造出的天然火山玻璃質(zhì)一類的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體，一般來講，具有表觀比重低，制造費(fèi)用便宜的優(yōu)點(diǎn)。可是，它的靜水壓強(qiáng)度很低，因此它不能作為需要有一定強(qiáng)度的油井或地?zé)峋玫乃啾戎卣{(diào)節(jié)材料使用。但可專門用作不要求機(jī)械強(qiáng)度的絕熱材料或建筑物結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)材料。
人工玻璃質(zhì)一類的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體，一般是在人工調(diào)配好的玻璃質(zhì)一類的原料中加入如碳等發(fā)泡成分之后，使其變成熔融狀態(tài)經(jīng)噴霧制成的。
這種微粒狀無機(jī)發(fā)泡體易于制造，其顆粒直徑小于100微米。而且，由于所制得的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的表觀比重小，靜水壓強(qiáng)度高，因而，可滿足作為油井或地?zé)峋玫乃啾戎卣{(diào)節(jié)材料的使用要求。但是，其制造費(fèi)用高昂。
已知，在煤灰中含有很小量的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體，其表觀比重為0.6至0.7左右，靜水壓強(qiáng)度(非破壞率為70%)達(dá)400公斤力/厘米2左右。因此，可作為油井或地?zé)峋盟啾戎卣{(diào)節(jié)材料，表現(xiàn)出良好的性質(zhì)。但是，由于它在煤灰中的含量通常小于0.5%(重量)，故在日本尚未在工業(yè)上加以回收利用。因而，這種微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的價(jià)格也是昂貴的。
本發(fā)明的目的在于提供微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的制造方法，按照本方法，可以廉價(jià)生產(chǎn)出顆粒直徑小，強(qiáng)度大，表觀比重小的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體。
另外，本發(fā)明的目的還在于提供有效地利用煤氣化反應(yīng)時(shí)生成的殘?jiān)姆椒ǎ@些殘?jiān)两裆形传@得有效的利用。
本發(fā)明提供的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體制造方法，其特征在于把由煤部分氧化所得到的非晶殘?jiān)兄睆讲淮笥?50微米的顆粒放到火焰或高溫氣體中加熱使其膨脹。
所使用的非晶體殘?jiān)?，通常含有不超過65%(重量)的二氧化硅，不小于15%(重量)的氧化鋁，還有不小于5%(重量)的氧化鈣。
而且，通常所得的微粒狀無機(jī)殘?jiān)w粒的平均直徑小于200微米。
利用本發(fā)明的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的制造方法，可以制造出已知的與以前使用的天然火山玻璃質(zhì)一類的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體，人工玻璃質(zhì)一類的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體或煤灰中含有的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體等所具有的同樣優(yōu)良特性的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體，而且制造費(fèi)用比上述三種發(fā)泡體便宜。
用本發(fā)明的制造方法所得的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體，具有足夠高的強(qiáng)度、和輕的質(zhì)量，特別適用于油井或地?zé)峋玫乃啾戎卣{(diào)節(jié)材料。
另外，由于在本發(fā)明的制造方法中，使用了煤部分氧化時(shí)所排出的非晶殘?jiān)?，所以可以有效地利用以前未獲得充分利用的資源。
圖1是顯示本發(fā)明微粒狀無機(jī)發(fā)泡體結(jié)構(gòu)-實(shí)例的電子顯微鏡圖。
本發(fā)明的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的制造方法的主要特征在于把煤部分氧化所得到的有特定-顆粒直徑的非晶殘?jiān)?，放到火焰或高溫氣體中使其膨脹。
非晶殘?jiān)怯擅翰糠盅趸玫摹＠?，使煤粉等在完全燃燒的氣氛中燃燒所生成的灰分，由于不能有效發(fā)泡，所以不能用來制造本發(fā)明的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體。
非晶殘?jiān)缈梢杂擅翰糠盅趸圃旌铣蓺鈺r(shí)所產(chǎn)生的殘?jiān)峁?。利用煤制造合成氣的方法的例子有Lurgi煤氣化法，Winkler法，Koppers-Totzek法，Otto-Rummel，KDV法，Lurgi造渣法，Synthane法，水加熱法，聯(lián)合氣體法，煤加氫氣化法，日本煤技研所法，加壓流化加氫氣化法，混合法，高溫水法，雙氣體法，Shell-Koppers法，Saarberg-Otto法，住友法及Texaco法等煤氣化法。在本發(fā)明的制造方法中，特別是利用Koppers-Totzek法，Otto-Rummel法，Lurgi造渣法，Shell-Koppers法及Texaco法等，煤氣化法，在不低于煤軟化點(diǎn)的溫度下使煤部分氧化，從煤氣化裝置中排出的非晶體殘?jiān)亲罾硐氲摹?br>例如，在Texaco方法中，煤是以水粉漿的形式投放到煤氣化爐中，在加壓及在不低于煤灰的軟化點(diǎn)的溫度下，一般在1300至1500℃左右加熱，使其部分氧化。這時(shí)，有呈熔融狀態(tài)或半熔融狀態(tài)的殘?jiān)?，通常，這種殘?jiān)鼜拿簹饣癄t中排出用水等冷卻后，根據(jù)需要進(jìn)行粉碎。
Texaco法等的煤氣化方法的詳細(xì)情況，刊登在1981年8月號和9月號的“化學(xué)經(jīng)濟(jì)”(日本)中。
由煤的部分氧化所得到的非晶殘?jiān)慕M成，是隨著原料煤的種類不同而有所變化的。但是，在本發(fā)明中能夠使用與煤的性質(zhì)無關(guān)的煤氧化生成的大部分非晶殘?jiān)?br>一般來講，在上述那樣的非晶殘?jiān)?，含有不大?0%(重量)(通常，在30至65%的范圍內(nèi))的二氧化硅，不小于15%(重量)(通常，在15至40%的范圍內(nèi))的氧化鋁和不小于5%(重量)(通常，在5至30%的范圍內(nèi))的氧化鈣，還有少量的硫化物和其它硫的化合物及未燒盡的碳等。硫化物中的硫和未燒盡的碳的總含量最好不小于1%(重量)。如果達(dá)不到1%(重量)的含量，非晶殘?jiān)筒粫行У陌l(fā)泡。
由煤部分氧化所得的殘?jiān)且环N非晶體，所以，即使作X射線衍射分析，也不顯出特征峰。
用于制造微粒狀無機(jī)發(fā)泡體非晶殘?jiān)念w粒直徑不大于150微米。
從煤氣化裝置所得到的非晶殘?jiān)６鹊恼{(diào)整可通過篩分，或者粉碎等方法實(shí)現(xiàn)，使顆粒直徑不大于150微米。粉碎可按通常方法，用通常使用的粉碎裝置，如球磨機(jī)等進(jìn)行。在經(jīng)過篩分和粉碎的非晶殘?jiān)?，所含有直徑極小的顆粒(例如小于5微米)，不一定要除去，但是，例如為了使顆粒狀無體發(fā)泡體的顆粒直徑在特定的范圍之內(nèi)，就需要把不具有所需直徑的顆粒除掉，才能夠使用。
對粒徑超過150微米的顆粒，由于在火焰或高溫氣體中的停留時(shí)間非常短，非晶殘?jiān)粫行У匕l(fā)泡。
把顆粒直徑經(jīng)過這樣調(diào)整的非晶殘?jiān)?，投入到火焰或高溫氣體中使其加熱發(fā)泡。
把微粉末投入到火焰或高溫氣體中燒制的該加熱過程，可以利用例如所知的“氣流燒制方法”實(shí)現(xiàn)。該氣流燒制方法是把所要燒制的微粉末，與空氣等載氣同時(shí)投放到火焰或者例如由熱風(fēng)爐發(fā)生的高溫氣體中，使該微粉末在火焰或高溫氣體中停留而受到燒制。
本發(fā)明的微粒狀無體發(fā)泡體的制造方法，就是利用這種氣流燒制方法，使上述非晶殘?jiān)訜岷桶l(fā)泡的。
把顆粒直徑小于150微米的非晶體殘?jiān)c空氣一起送入加熱裝置中，使其通過由燃燒爐所生成的火焰或者例如由熱風(fēng)爐所產(chǎn)生的高溫氣體，這樣就使非晶殘?jiān)兂扇廴跔顟B(tài)或軟化狀態(tài)。與此同時(shí)，非晶殘?jiān)械牧蚧锘蛭慈急M的碳等發(fā)泡成分轉(zhuǎn)化成氣體并產(chǎn)生大量空隙。
一般來講，火焰具有足夠溫度使非晶殘?jiān)優(yōu)槿廴诨蜍浕癄顟B(tài)且使硫化物-硫和碳等發(fā)泡材料氣化。而且把上述非晶殘?jiān)斗诺讲坏陀?00℃的火焰中，可使之有效發(fā)泡。火焰溫度不低于1000℃更好。
把非晶殘?jiān)斗诺讲坏陀?00℃的高溫氣體中，也能夠使非晶殘?jiān)行У匕l(fā)泡。高溫氣體溫度不低于1000℃更好。
非晶殘?jiān)诨鹧婊蚋邷貧怏w中的停留時(shí)間，一般為1/1000至1秒。
載氣和燃燒氣體，采用通常使用的氣體。的氣流燒制方法中通常所使用的裝置也可以使用。作為裝置的一個例子，可以舉出包括兩根不同直徑同心管的燃燒器(雙管燃燒器)。
收集從火焰或高溫氣體中經(jīng)發(fā)泡產(chǎn)生出來的生成物，投放到水中，將飄浮在水上的部分作為微粒狀無機(jī)發(fā)泡體回收。由于加上了這種操作，可以除去發(fā)泡不充分的比重大于1的部分。
通常，從水上收集到的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體，在室溫至100℃的溫度下干燥。
圖1顯示出了這樣所得到的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體一例的電子顯微鏡的照片。
由圖1清楚看出，本發(fā)明的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的各顆粒，一般大多是直徑小于200微米的球狀顆粒，90%(按個數(shù))以上的顆粒，其直徑在5至200微米的范圍內(nèi)。而且，在微粒狀無機(jī)發(fā)泡體中，通常約有20至80%(按個數(shù))的顆粒具有向外敞開的氣泡(空隙)，其余的顆粒有不與外部連通的所謂獨(dú)立氣泡(空隙)。
用本發(fā)明的制造法所得的微粒狀無機(jī)發(fā)泡中，二氧化硅的含量不大于65%(重量)，(最好在63至30%的范圍內(nèi))，氧化鋁的含量不小于15%(重量)(最好在17～40%的范圍內(nèi))，氧化鈣的含量不小于5%(重量)(最好在5至30%范圍內(nèi))。
一般來講，在微粒狀無機(jī)發(fā)泡中，上述三種成分的總含量不小于60%(重量)，含量在70至95%較好，75至95%(重量)最好。
而且，用本發(fā)明的制造方法所得的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體，其顆粒的平均直徑不大于200微米，通常在5至150微米范圍之內(nèi)。
另外，用本發(fā)明的制造方法所得的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體中，除了有上述三種成分外，通常還可能含有氧化鐵，氧化鎂，氧化鈉和氧化鉀等成分，其總量一般不大于40%(重量)，較好是5至30%(重量)，5至25%重量是最好。這些其它成分的含量，氧化鐵以三氧化二鐵計(jì)算在2至15%(重量)、氧化鎂在1至7%(重量)、氧化鈉在1至6%(重量)、氧化鉀在0至2%(重量)的范圍之內(nèi)較好。除上述成分外，往往還含有極微量的氧化鈦(TiO2)，三氧化硫(SO3)，硫化物或其它含硫化合物以及碳等。
微粒狀無機(jī)發(fā)泡體非破壞率為70%時(shí)的靜水壓強(qiáng)度通常在300公斤力/厘米2以上。
而且，表觀比重通常在0.2至1.0的范圍內(nèi)。改變非晶殘?jiān)邪l(fā)泡性成分含量、火焰或高溫氣體的溫度及停留時(shí)間等可以使表觀比重得到調(diào)整。
如上所述，用本發(fā)明的制造方法所制得的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體，其顆粒直徑小，靜水壓強(qiáng)度高，所以能夠作為油井或地?zé)峋盟嗟谋戎卣{(diào)節(jié)材料使用。而且，它的表觀比重也在使用要求的范圍之內(nèi)。并且，在本發(fā)明的制造方法中，因?yàn)槟軌蚴褂迷瓉頉]有開發(fā)利用煤部分氧化時(shí)生成的非晶殘?jiān)?，所以與以前的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的制造方法相比，本方法能夠生產(chǎn)出廉價(jià)產(chǎn)品。
用本發(fā)明的制造方法所得的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體，除了當(dāng)作發(fā)泡體使用外，還能夠用作絕熱材料，建筑物結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)填料，肥料、洗滌劑、或涂料等的增重材料，吸附劑，土壤改良材料等。
本發(fā)明將參考下列實(shí)例作進(jìn)一步描述。
〔實(shí)施例1〕用Texaco法制取煤的合成氣，用小型球磨機(jī)把從煤的氣化爐中排出的殘?jiān)心シ鬯?，使最大顆粒直徑不大于150微米。
這種殘?jiān)?jīng)X射線衍射分析，確定為非晶體。
把所得的粉碎物，與空氣一起送入氣流燒制裝置的燃燒器所產(chǎn)生的溫度為1200℃的火焰中進(jìn)行氣流燒制，并使其膨脹。
把所得的燒制物投放到水中，收集其飄浮部分，在室溫下干燥。
所得微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的電子顯微鏡照片示于圖1。
微粒狀無機(jī)發(fā)泡體顆粒的平均直徑為60微米，最小顆粒的直徑約為10微米，最大顆粒的直徑約為200微米。
所得微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的表觀比重為0.66，靜水壓強(qiáng)度(非破壞率為70%時(shí))為340千克力/厘米2。所用的非晶體殘?jiān)退玫奈⒘顭o機(jī)發(fā)泡體的化學(xué)組成列于表1中。
上述測定是用下述方法完成。本發(fā)明中實(shí)施例的測定也全都采用下面方法完成。
表1成分 非晶殘?jiān)? 微粒狀無機(jī)發(fā)泡體(重量%) (重量%)灼燒損失 0.3 0.0SiO259.1 59.4Al2O321.8 21.9Fe2O34.5 4.5CaO 11.1 11.2MgO 1.2 1.2Na2O 1.3 1.3K2O 0.5 0.5未燃盡的碳 1.1 0.1硫化物中的硫 0.2 0.0測定方法表觀比重按照J(rèn)IS-A-1134和JIS-A-1135的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)測定。
成分分析按照J(rèn)IS-M-8852所規(guī)定的方法進(jìn)行分析。
靜水壓強(qiáng)度按照靜水壓漂浮率測定方法進(jìn)行測定，該方法刊載在陶瓷工業(yè)協(xié)會志第80卷，1972年2月號，84至91頁上。
〔實(shí)施例2〕除了把非晶殘?jiān)鬯榈玫阶畲笾睆綖?4微米的顆粒外，其它方面都是與實(shí)施例1一樣地來制備微粒狀無機(jī)發(fā)泡體。
微粒狀無機(jī)發(fā)泡體顆粒的平均直徑是40微米，最小顆粒的直徑約為10微米，最大顆粒直徑約為60微米。
所得微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的表觀比重為0.71，靜水壓強(qiáng)度(非破壞率為70%時(shí))為370千克力/厘米2。
〔實(shí)施例3〕除了把氣流燒制裝置-燃燒器所生成的火焰溫度提高到1600℃以外，其它方面均按與實(shí)施例1相同的方式來制備微粒狀無機(jī)發(fā)泡體。
微粒狀無機(jī)發(fā)泡體顆粒的平均直徑是65微米，最小的顆粒直徑約為10微米，最大顆粒直徑約為100微米。
所得微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的表觀比重為0.87，靜水壓強(qiáng)度(非破壞率為70%時(shí))為360千克力/厘米2。
勘誤表
權(quán)利要求
1.微粒狀無機(jī)發(fā)泡體制造方法，其特征在于把由煤部分氧化所得的非晶殘?jiān)w粒中直徑小于150微米的顆粒投放到火焰或高溫氣體中使其發(fā)泡。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的制備微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的方法，其特征在于非晶殘?jiān)邪坎淮笥?5%(重量)的SiO2含量不小于15%(重量)的Al2O3和含量不小于5%(重量)的CaO。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的制備微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的方法，其特征在于微粒狀無機(jī)發(fā)泡體粒子的平均直徑不大于200微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的制備微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的方法，其特征在于火焰或高溫氣體的溫度不低于900℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的制備微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的方法，其特征在于由煤部分氧化所得的非晶殘?jiān)辛蚧镏械牧蚝臀礋M的碳的總含量不小于1%(重量)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的制備微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的方法，其特征在于非晶殘?jiān)菑拿簹饣癄t中排出的非晶殘?jiān)?br>7.根據(jù)權(quán)利要求
1的制備微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的方法，其特征在于非晶殘?jiān)菑拿簹饣癄t中排出的殘?jiān)?，其中煤的氣化是在不低于所用煤的煤灰的軟化點(diǎn)下進(jìn)行的。
專利摘要
本發(fā)明提供了制造微粒狀無機(jī)發(fā)泡體的方法。其特征是把煤部分氧化所得的非晶殘?jiān)w粒中直徑小于150微米的顆粒，放到火焰或高溫氣體中燒制并使其發(fā)泡。用本方法所制得的微粒狀無機(jī)發(fā)泡體，具有強(qiáng)度大、質(zhì)量輕的特性，特別適合于油井或地?zé)峋玫乃啾戎卣{(diào)節(jié)材料。
文檔編號C09K17/02GK86105259SQ86105259
公開日1987年1月14日 申請日期1986年7月9日
發(fā)明者小林和一, 日井皓司, 上堀欣治 申請人:宇部興產(chǎn)株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan