專利名稱:黑素的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于黑素的制作方法，采用煤為原料，制作可代替炭黑供塑料、涂料、顏料、橡膠雜件使用的黑素。
炭黑是一種重要的工業(yè)產(chǎn)品。在中國，三國時(shí)代就有“墨出青松之煙”的記載。南唐時(shí)(公元十世紀(jì))，我國開始使用桐油及其他動(dòng)、植物油，在空氣不足的情況下點(diǎn)燈，使油不完全燃燒，將炭黑凝聚在陶質(zhì)的煙碗下收集，以制取優(yōu)質(zhì)的炭黑。北宋杰出的學(xué)者沈括，在《夢(mèng)溪筆談》一書中，首先提出了從石油制取炭黑的方法。
在國外，公元十六世紀(jì)后，在德國、法國、英國等國家，開始以焦油、豬油、樹脂等為原料制取炭黑。1864年美國開始以人造氣體經(jīng)過燃燒，以石板為收集面，用刮板刮下而獲得優(yōu)質(zhì)炭黑。
1872年世界上首次實(shí)現(xiàn)了炭黑的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。
目前采用的炭黑制造方法主要有三類接觸法、爐法、熱解法。
(1)接觸法接觸法是使原料氣燃燒的火焰同溫度較低的收集面接觸，使裂解產(chǎn)生的炭黑冷卻附著在收集面上，加以收集而生產(chǎn)炭黑的方法，此法包括槽法、滾筒法和園盤法。
槽法槽法是以天然氣為原料，通過特制的火嘴，在火房?jī)?nèi)與空氣接觸燃燒，火焰則與緩慢往復(fù)運(yùn)動(dòng)的槽鋼接觸，使炭黑沉積在槽鋼上并加以收集生產(chǎn)炭黑的方法。
利用固體原料萘、蒽或蒽油等輔之以焦?fàn)t煤氣或甲烷含量較低的天然氣為原料所生產(chǎn)的炭黑稱為槽法混氣炭黑。
滾筒法滾筒法是采用回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的鋼制滾筒為冷卻收集面使之與原料火焰接觸，加以收集，生產(chǎn)炭黑的方法。此法通常在沒有天然氣資源的地區(qū)采用。多數(shù)使用焦?fàn)t氣、水煤氣或城市煤氣為氣體原料;固體或液體原料則多采用蒽、防腐油等。
(2)爐法將氣態(tài)烴、液態(tài)烴或按一定比例的氣態(tài)與液態(tài)烴的混合物為原料，供以適量的空氣，在特制的反應(yīng)爐內(nèi)，于一定的高溫下燃燒、裂解，生成的炭黑懸浮懸在煙氣中，然后經(jīng)冷卻、收集，這種生產(chǎn)炭黑的方法就是爐法。
(3)熱解法熱解法是以天然氣或乙炔氣為原料在已預(yù)熱的反應(yīng)爐內(nèi)，隔絕空氣，進(jìn)行間隙(燃燒蓄熱和熱分解二個(gè)階段)或連續(xù)(單一的熱分解)熱裂解生成炭黑的方法。
用本發(fā)明的方法生產(chǎn)的黑素，其各項(xiàng)指標(biāo)與熱解法炭黑相近。
歸納起來，工業(yè)用炭黑均是由烴類(碳?xì)浠衔?不完全燃燒而制得的具有高度分散性的黑色粉末物質(zhì);它主要由碳元素組成，其微晶具有準(zhǔn)石墨結(jié)構(gòu)，且呈同心取向，其“粒子”由近乎球形或其他不規(guī)則形狀的聚熔體構(gòu)成《炭黑生產(chǎn)基本知識(shí)》，炭黑工業(yè)研究所編，化學(xué)工業(yè)出版社1980年10月出版)。由于炭黑的原料(天然氣、乙炔氣、萘蒽或蒽油、氣態(tài)烴、液態(tài)烴等)較貴，生產(chǎn)工藝及設(shè)備復(fù)雜，因而各種炭黑價(jià)格都高。所以人們一直在尋求價(jià)格便宜而又適合的原料制作炭黑。
本發(fā)明的目的，是提供一種制作炭黑的新原料，以及采用該原料制作炭黑的方法，為了與其它炭黑相區(qū)別，我們把它稱之為黑素。
本發(fā)明是關(guān)于一種制作能代替部份炭黑在油墨、涂料、顏料、橡膠雜件等方面應(yīng)用的黑素的新方法。該方法是采用除去了煤矸石的煤為原料、或以煤為主要原料制作黑素。
本發(fā)明制作黑素的方法與煤的產(chǎn)地和品種無關(guān)。炭黑的特點(diǎn)是含炭量高、粒徑小、比表面大，所以，本發(fā)明的方法就著重于解決煤的破碎和去除煤中的雜質(zhì)。用一般的破碎設(shè)備難以達(dá)到炭黑的細(xì)小粒徑(小于500mu)的，本發(fā)明的方法是將已除去煤矸石的煤，經(jīng)一般破碎機(jī)粗碎和細(xì)碎及送氣流粉碎機(jī)多級(jí)粉碎收集其上料(比重小，硬度小，粒徑小于500mu的煤粉)，棄其下料(富集了比重大，硬度大的石英等重、硬礦物的煤粉)。
上料經(jīng)過鹽酸處理，除去煤中的酸可溶雜質(zhì)(鐵、鈣、磷、鋁、鈉、鉀等)。用鹽酸處理的時(shí)間與鹽酸用量，濃度及處理時(shí)的溫度有關(guān)，用鹽酸處理的適宜溫度為常溫至鹽酸溶液沸點(diǎn)以下。適當(dāng)加熱可以大大縮短處理時(shí)間。
本發(fā)明的實(shí)施例中，所用鹽酸為工業(yè)鹽酸，煤粉與鹽酸的比例為5∶1，適當(dāng)加熱，處理時(shí)間可以縮短為10小時(shí)以內(nèi)。
鹽酸處理后的煤粉，用足夠的水充分洗滌至PH＝7后，再用氫氧化鈉溶液處理洗滌后的煤粉，以除去煤粉中的堿可溶雜質(zhì)(硅、鋁等)。用氫氧化鈉溶液處理時(shí)間與氫氧化鈉用量及處理時(shí)的溫度有關(guān)，用氫氧化鈉溶液處理的適當(dāng)溫度為常溫至氫氧化鈉溶液沸點(diǎn)以下，適當(dāng)加熱可以大大縮短處理時(shí)間。
本發(fā)明實(shí)施例中，所用氫氧化鈉為工業(yè)氫氧化鈉，煤粉與氫氧化鈉的比例為50∶3，適當(dāng)加熱處理時(shí)間可以縮短為10小時(shí)以內(nèi)。
氫氧化鈉溶液處理后的煤粉，用足夠的水充分洗滌至PH＝7。
當(dāng)煤粉中SiO2含量大于5%時(shí)，鹽酸處理水洗滌后最好采用鹽酸和氫氟酸混酸處理。
本發(fā)明實(shí)施例中，鹽酸和氫氟酸用量比例約為3∶2，煤酸比約為5∶1，混酸處理后，用足夠的水將煤粉洗滌至PH＝7。
酸堿處理或鹽酸及鹽酸-氫氟酸混酸處理后經(jīng)水洗滌后的煤粉，在烘干過程中有聚集現(xiàn)象，故煤粉烘干后再將煤粉經(jīng)過一次氣流粉碎，以破壞其聚集狀態(tài)。同時(shí)，為了滿足特殊需要，在這次氣流粉碎時(shí)，可加入少量顏料，如為了滿足塑料廠家生產(chǎn)暖色人造革的要求，在這次氣流粉碎機(jī)粉碎時(shí)加入少量紅色顏料，這樣生產(chǎn)出的黑素經(jīng)應(yīng)用廠家使用，在涂料、顏料方面可以與上海特墨媲美。又如，在氣流粉碎時(shí)，加入少量蘭色顏料，用于某些設(shè)備外殼的低壓聚乙烯靜電噴涂。再如，在氣流粉碎時(shí)加入適當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)炭黑，用于橡膠件以提高其補(bǔ)強(qiáng)性能。
根據(jù)本發(fā)明方法制作的黑素，由于采用價(jià)格便宜的煤為原料或?yàn)橹饕希虼?，成本遠(yuǎn)低于各類炭黑。此外，本發(fā)明的方法，采用常溫或適當(dāng)加熱的條件下對(duì)煤粉進(jìn)行酸堿處理，以除去酸、堿可溶雜質(zhì)，再經(jīng)水洗滌、烘干和粉碎后即得黑素，因而工藝簡(jiǎn)單。用煤為原料，經(jīng)過適當(dāng)處理后、生產(chǎn)的黑素在塑料、顏料、涂料等方面代替炭黑在生產(chǎn)上的應(yīng)用是成功的?？梢灶A(yù)料，當(dāng)超細(xì)手段進(jìn)一步提高后(產(chǎn)品粒徑更小)，黑素還可以在更多的領(lǐng)域代替炭黑使用。
實(shí)例將去除煤矸石的無煙煤經(jīng)一般粉碎機(jī)粉碎至20目，然后經(jīng)氣流粉碎，收集其上料，廢棄下料(即比重大、硬度較大的石英等礦物)。稱取粒徑小于500mu的上料50公斤，放入帶攪拌器的塑料反應(yīng)器中，加入100公斤水，經(jīng)攪拌均勻后，再加入工業(yè)鹽酸10公斤，攪勻后浸泡兩晝夜，然后過濾，用水洗滌至PH＝7。再加水80公斤，加工業(yè)燒堿3公斤，攪拌均勻后浸泡2晝夜，然后過濾，用水洗聚至PH＝7，將濾餅在110～120℃下烘干，再進(jìn)行氣流粉碎。根據(jù)廠家對(duì)產(chǎn)品不同的要求，在粉碎前混入0.05%的鐵紅或酞青蘭顏料。
若煤粉中SiO2含量大于5%，最好先用鹽酸處理，洗滌后，再用鹽酸一氫氟酸混酸處理。具體作法是煤粉用鹽堿處理后，用水洗至PH＝7，再加水80公斤、工業(yè)鹽酸7公斤、工業(yè)氫氟酸5公斤。將物料攪拌均勻后，浸泡兩晝夜。然后過濾、水洗至PH＝7。將濾餅在110～120℃下烘干，然后將烘干后的濾餅塊打碎，再進(jìn)行氣流粉碎。根據(jù)不同廠家的不同要求，氣流粉碎前可混入適量的鐵紅、酞青蘭、半補(bǔ)強(qiáng)炭黑，或不加任何其它顏料。
權(quán)利要求
1.一種制作黑素的方法，其特征是用煤為原料或主要原料。
2.一種按照權(quán)利要求
1所述的方法，其特征是該方法包括(1)將已除去煤矸石的煤，經(jīng)一般破碎機(jī)粗碎、細(xì)碎后，送氣流粉碎機(jī)數(shù)次粉碎并收集其上料;(2)用鹽酸處理收集的上料;(3)用水將酸處理后的煤粉洗滌至PH＝7;(4)用堿處理洗滌后的煤粉;(5)用水將堿處理后的煤粉洗滌至PH＝7;(6)將洗滌后的煤粉烘干后送氣流粉碎機(jī)粉碎。
3.據(jù)權(quán)利要求
2所述的方法，其特征是收集上料的粒徑應(yīng)小于500mu。
4.據(jù)權(quán)利要求
2所述的方法，其特征是酸堿處理的適宜溫度為常溫至酸、堿溶液沸點(diǎn)以下。
5.據(jù)權(quán)利要求
2所述的方法，其特征是所用堿為氫氧化鈉。
6.據(jù)權(quán)利要求
2所述的方法，其特征是當(dāng)煤粉中的SiO2含量大于5%時(shí)最好先用鹽酸處理，然后再用鹽酸和氫氟酸混酸處理。
7.據(jù)權(quán)利要求
2、3、4、5、6所述的方法其特征是烘干后的煤粉經(jīng)氣流粉碎機(jī)粉碎時(shí)，可加入少量顏料。
專利摘要
本發(fā)明是一種采用煤為原料或主要原料制作能代替部分炭黑在塑料、涂料、顏料、油墨、橡膠雜件等方面應(yīng)用的黑素制造方法。將已除去煤矸石的無煙煤，經(jīng)多級(jí)粉碎至粒徑小于500μm，然后經(jīng)過酸堿處理以除去酸、堿可溶性雜質(zhì)。酸堿處理后的煤粉經(jīng)洗滌、烘干、再次粉碎后得到黑素。
文檔編號(hào)C09C1/44GK86100842SQ86100842
公開日1987年1月31日 申請(qǐng)日期1986年2月1日
發(fā)明者邱道常, 何良惠, 王祖森 申請(qǐng)人:成都科技大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan