專利名稱：由飄塵制造礦物填料和火山灰產(chǎn)品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由飄塵制造工業(yè)礦物填料和火山灰產(chǎn)品的方法，且更具體地，涉及一種將原飄塵干法處理成能用作礦物填料和火山灰產(chǎn)品的細(xì)粒部分和粗粒部分的方法。
飄塵是煤燃燒產(chǎn)生的一種副產(chǎn)物，包含有細(xì)碎的無機(jī)產(chǎn)物。全國(guó)每年產(chǎn)生大量的飄塵，主要來源于發(fā)電廠里燃燒的煤。因?yàn)轱h塵的體積、顆粒性質(zhì)和不同的化學(xué)組分限制了合格的處理場(chǎng)的數(shù)目，所以處理飄塵已成為日益困難的問題。
因此，人們做了許多嘗試以尋求飄塵別的、經(jīng)濟(jì)的用途。例如，已將飄塵用作混凝土應(yīng)用中的火山灰材料。然而，飄塵作為火山灰產(chǎn)品的直接使用已被限制，因?yàn)轱h塵中高的碳含量阻止了混凝土的夾帶，從而引起不均勻的硬化。為了使更多的飄塵適于用作火山灰產(chǎn)品，飄塵應(yīng)該有低的碳含量。
飄塵的另一個(gè)有潛力的用途是作為工業(yè)礦物填料。礦物填料廣泛應(yīng)用于塑料制品中以改善性能和降低成本。礦物填料一般用于如塑料、混合、注射成型、紙制品等的應(yīng)用中，包括碳酸鈣、高嶺土、氫氧化鋁、云母、滑石和石英粉。飄塵的化學(xué)組成和性能接近于那些市售的填料，會(huì)成為理想的替代品。然而，飄塵的粒徑比典型市售填料的粒徑大得多。過去已使用了如濕磨法、泡沫浮選、研磨和濕磁鐵消除(wetmagnetic iron removal)的濕處理方法減小和控制飄塵的粒徑。然而，這些方法是復(fù)雜的、昂貴的，且需要多步工藝，因?yàn)楸仨殞耧h塵烘干。另外，如泡沫浮選的方法使用如松節(jié)油之類的必須安全處理的試劑。
因此，本領(lǐng)域中仍然需要一種由飄塵制造如礦物填料和火山灰之類的有用產(chǎn)品的方法，并且這種方法是經(jīng)濟(jì)的且易于實(shí)施。
本發(fā)明提供一種將飄塵加工成礦物填料和火山灰產(chǎn)品的方法滿足了上述要求，此方法使用低碳含量的飄塵，并利用干法加工的方法，即在加工過程中不需要或不涉及潤(rùn)濕、干燥或再潤(rùn)濕飄塵的方法。所得的填料具有約為0.1至5微米的平均粒徑，可用于許多填料應(yīng)用中，包括塑料、油漆、橡膠、油灰殺蟲劑、織物涂料、膩?zhàn)?、密封膠、紙、嵌縫膠、橡膠、瀝青和瓦。增強(qiáng)的火山灰具有小于約10至20微米的平均粒徑，可用于水泥的制造和替換，也可用于土壤穩(wěn)定。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種由飄塵制造礦物填料的方法，其包括如下步驟供給一些碳含量不超過約0.1至40％重量的原飄塵，使飄塵通過風(fēng)力分級(jí)器得到約0.1％至約65％重量的、平均粒徑為約0.1至約5微米的細(xì)粒部分。優(yōu)選地此方法包括使得到的細(xì)粒部分通過磁選器的步驟，從而除去細(xì)粒部分中約0.1至99％重量的氧化亞鐵。
優(yōu)選地，本方法進(jìn)一步包括用如表面活性劑、偶聯(lián)劑、潤(rùn)滑劑或除酸劑等的表面改性劑處理或覆蓋填料的步驟。優(yōu)選地，表面改性劑選自于硅烷、硬脂酸鹽、鋁酸鹽、鈦酸鹽和鋯酸鹽。優(yōu)選的硅烷是乙烯胺基甲氧基硅氧烷。優(yōu)選的硬脂酸鹽是硬脂酸鈣。優(yōu)選的鈦酸鹽是鈦酸胺。優(yōu)選地，以約0.1至5％重量的干覆蓋重量使用表面改性劑。
所得的填料可用于許多填料或填充劑應(yīng)用中，也可用于組合物中。這些填料的具體用途包括聚丙烯的熱塑性混合，低密度和高密度聚乙烯的模塑和擠出及不飽和聚酯和聚苯乙烯的熱固性整體模塑、混合和增強(qiáng)注射模塑。填料也可用于剛性或柔性聚氯乙烯的熱成型混合。
也提供了一種由飄塵制造改善了的火山灰產(chǎn)品的方法，其包括如下步驟供給一些碳含量不超過0.1至40％重量的原飄塵，使飄塵通過風(fēng)力分級(jí)器得到約35至95％重量的粗粒部分。優(yōu)選地，此方法進(jìn)一步包括使粗粒部分通過100目篩的步驟。所得的火山灰產(chǎn)品在28天內(nèi)具有至少3000psi的壓縮強(qiáng)度，且當(dāng)用于水泥制造和替換應(yīng)用時(shí)能提供均勻的水合。
雖然這里以單獨(dú)的方法描述了制備礦物填料和火山灰產(chǎn)品的方法，但應(yīng)該理解礦物填料和火山灰產(chǎn)品可由飄塵以同種方法制造。這種方法包括如下步驟供給一些碳含量不超過0.1至40％重量的原飄塵；使飄塵通過風(fēng)力分級(jí)器得到約35至95％重量的粗粒部分和約5至65％重量的細(xì)粒部分。然后優(yōu)選地使得到的細(xì)粒部分通過磁選器獲得礦物填料，優(yōu)選地使粗粒部分通過100目篩獲得火山灰產(chǎn)品。
因此，本發(fā)明的特征是提供一種由飄塵制造礦物填料和火山灰產(chǎn)品的方法。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)可由如下描述、附圖和所附的權(quán)利要求書明顯看出。
為使本發(fā)明更易于理解，現(xiàn)給出附圖以供參考，其中

圖1是流程圖，說明了本發(fā)明的制造填料和火山灰產(chǎn)品的方法。
本發(fā)明的方法具有優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，這在于它利用了不需要潤(rùn)濕和干燥飄塵的干法加工的方法，這樣需要更少的步驟，且更經(jīng)濟(jì)。本方法適用于C級(jí)和F級(jí)飄塵，其典型粒徑分布為約0至150微米，且平均粒徑為約10至15微米。另外，本發(fā)明的方法使用最小碳含量的飄塵，這改善了所得填料和火山灰產(chǎn)品的性能。
現(xiàn)在參考圖1，說明本發(fā)明的方法。如圖所示，將碳含量不超過約0.1至40％重量的、更優(yōu)選地不超過約0.1至4％重量的原飄塵10輸入進(jìn)料斗12，然后通過風(fēng)力分級(jí)器14，它將飄塵分離為平均粒徑為約0.1至約5微米的細(xì)粒部分和平均粒徑為約6至20微米的粗粒部分。本發(fā)明中優(yōu)選使用的風(fēng)力分級(jí)器是由ABB Raymond購(gòu)得的RaymondHigh Performance Jet-StreamTM分級(jí)器。也可使用Raymond機(jī)械吹離器。
優(yōu)選地將由風(fēng)力分級(jí)器得到的飄塵的粗粒部分轉(zhuǎn)移入料斗16，然后優(yōu)選地使其通過100目篩20，篩目能除去飄塵中含有的、損害飄塵質(zhì)量和粘固性能的硅石或碳的篩上料顆粒。所得火山灰的典型的化學(xué)組成是約0.1至60％重量的氧化鋁，約0.5至50％重量的氧化鈣，約0.5至50％重量的氧化硅，約0.5至10％重量的氧化鎂，約0.1至5％重量的二氧化鈦，約0.1至10％重量的鐵和約0.1至10％重量的三氧化硫。微量的其它化合物也可能存在。
優(yōu)選地使由風(fēng)力分級(jí)器得到的細(xì)粒部分通過磁選器18，以除去細(xì)粒部分中約0.1至99％重量的氧化亞鐵或磁鐵。適用的磁選器包括由OSNA Equipment Inc.購(gòu)買的PermrollMagnetic Separator和由Ereiz Magnets Inc.購(gòu)買的Carpco and Ereiz Magnetic Units。優(yōu)選的分選器包括由Bunting Magnetics Co.購(gòu)得的NHI(釹-鐵-硼〕磁鐵和由Walker Magnetics購(gòu)得的磁選器。
除去氧化亞鐵后，優(yōu)選地用表面改性劑如除酸劑、表面活性劑、偶聯(lián)劑或潤(rùn)滑劑處理填料，以便與聚合物更好地填充和偶聯(lián)而引起很小或沒有粘度的變化。這些表面改性劑旨在增強(qiáng)填料與聚合物或其它使用填料的介質(zhì)之間的粘合。合適的表面改性劑或覆蓋劑包括硅烷、硬脂酸鹽、鋁酸鹽、鈦酸鹽和鋯酸鹽。優(yōu)選的表面改性劑是硅烷和硬脂酸鹽，可以水溶液、固體或預(yù)水解的形式使用它們。
優(yōu)選的硅烷是乙烯胺基甲氧基硅氧烷，它是購(gòu)自Dow Coming的硅烷在甲醇溶劑中的40％固溶體。優(yōu)選地利用常規(guī)的噴涂設(shè)備將硅烷以水溶液的形式覆蓋在填料顆粒上。優(yōu)選的硬脂酸鹽是購(gòu)自WitcoCorportation的固體形式的規(guī)整的硬脂酸鈣?？梢酝ㄟ^幾種方法使用硬脂酸鹽。例如，將填料和硬脂酸鈣溶解在水中然后烘干?；蛘?，當(dāng)粉碎填料時(shí)將硬脂酸鈣用作表面處理。優(yōu)選的方法是當(dāng)使填料流過捏和碾磨混合器或槳式碾磨混合器時(shí)，將硬脂酸鈣噴涂至填料上。
在與聚合物或其它介質(zhì)混合之前或混合過程中可將表面改性劑使用于填料。然后袋裝或以其它形式包裝處理過的填料運(yùn)送給用戶。在油漆和紙應(yīng)用中也可與水混合(漿化的)罐裝運(yùn)送。
填料的典型的化學(xué)組成包括約5至60％重量的氧化鋁，約0.5至60％重量的氧化鈣，約5至30％重量的氧化硅，約0.5至15％重量的氧化鎂和約0.1至10％重量的二氧化鈦。更優(yōu)選地，該化學(xué)組成包括25至45％重量的氧化鋁，約30至40％重量的氧化鈣，約15至25％重量的氧化硅，約0.5至10％重量的氧化鎂和約0.1至5％重量的二氧化鈦。
填料由球形顆粒組成，這使應(yīng)用時(shí)有更大的物料通過量和更好的混合。填料也易于覆蓋和著色，且分散均勻。根據(jù)ASTM D281填料有約22/100的吸油量，根據(jù)ASTM 4611有0.24的比熱。填料在水中的pH值為約6至8(ASTM 4972)，在高達(dá)約1000至2500°F的溫度具有熱穩(wěn)定性，其比重為約2.5至3.1，莫氏硬度為約3至5.5。
為使本發(fā)明更易于理解，提供如下的實(shí)施例以供參考，這些實(shí)施例旨在說明本發(fā)明，并不限制其范圍。
下面表1說明了所用樣品A，B和C的主要成分(重量比)。
表1
表2說明了3、7、14和28天后樣品的壓縮強(qiáng)度(psi)。
表2
所有飄塵都通過了所有混凝土混合物要求的在28天內(nèi)必須保持的大于3000psi的要求。值得注意的是1微米粒徑的篩上料(樣品A)比原飄塵具有更高的3天后強(qiáng)度。
雖然已用一定具有代表性的實(shí)施方案和細(xì)節(jié)來說明本發(fā)明，但很明顯對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可在不偏離本發(fā)明范圍內(nèi)改變這里公開的方法和設(shè)備，這在所附權(quán)利要求書中作了限定。
權(quán)利要求
1.一種由飄塵制造礦物填料的方法，包括如下步驟供給一些的碳含量不超過約0.1至40％的原飄塵；使所述的飄塵通過風(fēng)力分級(jí)器得到約0.1％至約60％重量的、平均粒徑為約0.1至約5微米的細(xì)粒部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括使所述的細(xì)粒部分通過磁選器以從所述細(xì)粒部分中除去氧化亞鐵的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括用表面改性劑處理所述的細(xì)粒部分的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述的表面改性劑選自于硅烷、硬脂酸鹽、鋁酸鹽、鈦酸鹽和鋯酸鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述的表面改性劑包含乙烯胺基甲氧基硅氧烷。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述的表面改性劑包含硬脂酸鈣。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述的表面改性劑包含鈦酸胺。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的礦物填料含有約5至60％重量的氧化鋁，約0.5至50％重量的氧化鈣，約5至30％重量的氧化硅，約0.5至15％重量的氧化鎂和約0.1至10％重量的二氧化鈦。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中以約0.1至5％重量的干覆蓋重量使用所述的表面改性劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的原飄塵具有不超過約0.1至4％重量的碳含量。
11.一種由飄塵制造火山灰產(chǎn)品的方法，包括如下步驟供給一些的碳含量不超過0.1至40％重量的原飄塵；使所述的飄塵通過風(fēng)力分級(jí)器得到約35％至約95％重量的粗粒部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括使所述的粗粒部分通過100目篩。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述的火山灰產(chǎn)品在28天內(nèi)具有至少3000psi的壓縮強(qiáng)度。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述的原飄塵具有不超過約0.1至4％重量的碳含量。
15.一種由飄塵制造礦物填料和火山灰產(chǎn)品的方法，包括如下步驟供給一些的碳含量不超過0.1至40％重量的飄塵；使所述飄塵通過風(fēng)力分級(jí)器得到約35至95％重量的粗粒部分和約5至65％重量的細(xì)粒部分；使所述的細(xì)粒部分通過磁選器得到所述的礦物填料；使粗粒部分通過100目篩得到所述的火山灰產(chǎn)品。
全文摘要
提供了一種由飄塵制造礦物填料和火山灰產(chǎn)品的方法,其中在風(fēng)力分級(jí)器中對(duì)飄塵進(jìn)行干法處理以獲得平均粒徑為約0.1至5微米的細(xì)粒部分和平均粒徑為約6至20微米的粗粒部分。然后優(yōu)選地使細(xì)粒部分通過磁選器除去氧化亞鐵,任選地用表面改性劑處理形成礦物填料。優(yōu)選地使粗粒部分通過100目篩形成火山灰產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C08K9/04GK1344234SQ00805198
公開日2002年4月10日 申請(qǐng)日期2000年2月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月17日
發(fā)明者K·S·阿比爾頓, R·W·斯泰隆 申請(qǐng)人:礦物資源技術(shù)有限責(zé)任公司