粉煤灰人造空心漂珠的制备方法
【专利摘要】一种粉煤灰人造空心漂珠的制备方法，包括以下步骤：将粉煤灰粉体与水、稳定剂、发泡剂混合并球磨，制备出高固相含量的粉煤灰浆料；将所述粉煤灰浆料加入喷雾造粒设备中，使其雾化形成球形浆料液滴，并喷入成型室内，使其快速失去水分干燥，形成球形粉煤灰前驱体；将所述球形粉煤灰前驱体通过成珠炉空心球化；并且将通过成珠炉加热得到的产品收集下来，然后通过漂浮法分离出空心漂珠。本发明制备方法采用粉煤灰为主要原料，利用喷雾造粒方法制备空心漂珠，不但能解决天然空心漂珠市场紧缺局面，而且还能解决燃煤厂废弃物的堆放与污染问题，对资源进行再利用，必将创造出巨大的经济利益和社会效益。
【专利说明】粉煤灰人造空心漂珠的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及本发明涉及轻质无机填料，即空心漂珠，这种填料广泛应用于石油固井、化工、造船、航天航空、无线电技术等领域，尤其适用在石油固井中用于低密度水泥减轻添加剂。
【背景技术】
[0002]空心漂珠是一种中空的微米级圆球粉末状超轻质无机非金属材料，因性能优异，被誉为“复合材料之王”、“新时代的空间材料”、“魔粉”，是二十一世纪高端复合材料的主流品种，是近些年来在全世界特别是发达国家得到广泛应用的新型功能性工业填料，具有质量轻、强度高、隔热保温、流动性好、耐腐蚀等诸多独特的特点。因而广泛应用石油固井、航空航天、机械、物理、化学、电绝缘及军事等领域。1973年在美国匹兹堡国际灰渣会议，毕特华博士(Beclow)论述了从粉煤灰中提取空心漂珠的可能性，以及它的优良性能。
[0003]由此美国飞利特公司就着手开发粉煤灰空心漂珠，并以商品的形式在市场上销售。因为原料丰富、变废为宝、价格低廉等优势，成为畅销产品。我国空心漂珠发展基本是从七十年代末开始的，为促进空心漂珠的发展，国家曾经多次下达文件(例如《国经贸资
[1996]809》文件)鼓励发展空心漂珠，并且给予优惠政策。一些生产空心漂珠的厂家也相继诞生。尤其是近几年，随着人们对空心漂珠认识的进一步增强以及现代工业的飞速发展，人们环保意识的不断增强，粉煤灰空心漂珠的研究和应用正越来越引起世人的瞩目，这预示着空心漂珠在今后的复合材料领域中有着广阔的前途。
[0004]目前市场上所用的空心漂珠大部分是从火力发电厂燃烧后的粉煤灰中提取空心漂珠。然而空心漂珠的含量不到粉煤灰的1% ;又加上火电厂对生态环境污染日趋严重的状态，国家加大了整治力度，关停了环境不达标的大部分火电厂，所以天然空心漂珠的来源越来越少，但是市场需求非常强劲。另外，我国由于相当长一段时间以内燃煤电厂发电，且积累了上亿吨粉煤灰，故粉煤灰的处理以及资源化利用问题受到了整个社会的关注，也成为了中国乃至全世界面临的一个重要任务。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于解决粉煤灰的处理以及资源化利用问题，制备出人工空心漂珠。
[0006]为了达成上述目的，本发明提供了一种粉煤灰人造空心漂珠的制备方法，包括以下步骤:将粉煤灰粉体与水、稳定剂、发泡剂混合并球磨，制备出高固相含量的粉煤灰浆料；将所述粉煤灰浆料加入喷雾造粒设备中，使其雾化形成球形浆料液滴，并喷入成型室内，使其快速失去水分干燥，形成球形粉煤灰前驱体；将所述球形粉煤灰前驱体通过成珠炉空心球化；并且将通过成珠炉加热得到的产品收集下来，然后通过漂浮法分离出空心漂珠。
[0007]一些实施例中，该方法制备的空心漂珠的平均密度0.6?0.7g/cm3,强度为20?30MPa,粒径为 10 μ m — 300 μ m。
[0008]一些实施例中，球磨后所述粉煤灰粒径大小控制在小于2 μ m，且浆料固含量大于 30%。
[0009]一些实施例中，所述稳定剂为聚乙烯醇、聚氧乙烯、甲基纤维素，羧甲基纤维素等水溶性高分子材料，且用量控制在浆料总重的I %以内。
[0010]一些实施例中，所述发泡剂为无机或有机水溶性物质如硫酸铵、尿素、碳酸钠、曲拉通、没食子酸丙脂、水溶性淀粉等一种或几种，其含量控制在浆料中粉煤灰重量的2%以内。
[0011]一些实施例中，喷雾造粒的温度控制在200 - 300°C，造粒粒径范围在5 — 10ym之间。
[0012]一些实施例中，空心球化温度为1000°C?1400°C。
[0013]本发明制备方法采用粉煤灰为主要原料，利用喷雾造粒方法制备空心漂珠，不但能解决天然空心漂珠市场紧缺局面，而且还能解决燃煤厂废弃物的堆放与污染问题，对资源进行再利用，必将创造出巨大的经济利益和社会效益。
[0014]以下结合附图，通过示例说明本发明主旨的描述，以清楚本发明的其他方面和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]结合附图，通过下文的详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中:
[0016]图1为根据本发明实施例的制备方法的流程图；
[0017]图2为类球形前驱体粉料光学显微照片；
[0018]图3a为火电厂粉煤灰空心漂珠光学显微照片；及
[0019]图3b为本发明的人造空心漂珠光学显微照片。
【具体实施方式】
[0020]参见本发明具体实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本【技术领域】的技术人员完全了解本发明的范围。
[0021]先参考附图详细说明根据本发明实施例的制备方法。
[0022]图1示出了根据本发明实施例的制备方法的流程图。
[0023]如图1所述，本发明的一种粉煤灰人造空心漂珠的制备方法步骤包括以下四步:
[0024]步骤一，混合球磨:将粉煤灰粉体与水、稳定剂、发泡剂混合并球磨，球磨后粉煤灰粒径大小控制在2μπι以内，制备出高固相含量的粉煤灰浆料其固含量控制在30 — 60%。
[0025]在进行混合球磨，首先需将粉煤灰破碎粉磨，以形成粉煤灰粉体。此外，在混合球磨之后，可粉煤灰浆料将存放在浆料储罐中进行稳定。
[0026]步骤二，喷雾造粒:将稳定的粉煤灰浆料加入喷雾造粒设备中，使其雾化形成球形浆料液滴，并喷入成型室内，使其快速失去水分干燥，形成球形粉煤灰前驱体。其喷雾造粒应选择造粒效果较好的离心或压力喷雾造粒机，喷雾造粒机的进口温度控制在200-300°C，造粒粒径范围在5-100 μ m之间，最优的粒径范围在20-50 μ m。
[0027]步骤三，空心球化:将喷雾造粒好的球形前驱体粉料放入给料仓中，进料口设在燃烧器底部，通过进料通道进入火道与燃烧状态气流汇合，燃气通过燃气通道由喷嘴喷出。球形前驱体粉料的流向和燃烧气流的流向一致，粉煤灰前驱体粉料在燃烧的火焰中熔融后在末端引风机作用下，只能垂直向上流动并迅速冷却，从而避免熔融的微珠与炉壁或其他器件碰撞，因而提高了微珠的成珠率，球化炉的温度为1000°C?1400°C ；
[0028]步骤四，收集分选:将通过成珠炉加热得到的产品收集下来，然后通过漂浮法分离出空心漂珠，漂选装置可选择重力沉降漂浮法进行干选，也可用水作为漂浮介质的液体漂浮法。
[0029]由本方法制备的空心漂珠的平均密度0.6?0.7g/cm3,强度为20?30MPa，粒径为 10 μ m-300 μ m。
[0030]现参考图2和3，详细描述根据本发明制备方法的【具体实施方式】。
[0031]【具体实施方式】:
[0032]第一步稳定均匀浆料配置:将粉煤灰20kg，加水20kg，500g碳酸钠，10g硫酸铵及200g甲基纤维素配制成水浆液料，然后在3常温和常压下采用高速球磨机将其充分球磨混合均匀，球磨后浆料中固体颗粒控制在不大于2微米，其固含量为50%。
[0033]第二步微米级类球形前驱体粉料制备:将第一步得到的均质化的浆液输送到离心式喷雾干燥器中，送料量为100kg/h，干燥温度为250°C，获得20?80微米的类球形前驱物粉料如图2所示。
[0034]第三步空心漂珠的制备:将第二步中所得的微米级类球形前驱物粉料以8kg/h的速度进入一种专门用于微珠球化炉中进行空心球化，球化温度控制在1200°C?1300°C范围内，球化时间为0.3秒，经过空心球化的粉体经收集器收集后，用漂浮法分选出空心漂珠，分选出的空心漂珠的形貌如图3b，图3a为火电厂粉煤灰空心漂珠照片，空心漂珠的粒径基本集中在30?150 μ m之间，漂浮率为98%，密度为0.68g/cm3,按体积计算压碎占体积20%空心漂珠压碎强度为28MPa，而火电厂粉煤灰空心漂珠压碎强度一般在20MPa左右。
[0035]本发明制备方法采用粉煤灰为主要原料，利用喷雾造粒方法制备空心漂珠，不但能解决天然空心漂珠市场紧缺局面，而且还能解决燃煤厂废弃物的堆放与污染问题，对资源进行再利用，必将创造出巨大的经济利益和社会效益。
[0036]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。凡本【技术领域】中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种粉煤灰人造空心漂珠的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (a)将粉煤灰粉体与水、稳定剂、发泡剂混合并球磨，制备出高固相含量的粉煤灰浆料； (b)将所述粉煤灰浆料加入喷雾造粒设备中，使其雾化形成球形浆料液滴，并喷入成型室内，使其快速失去水分干燥，形成球形粉煤灰前驱体； (C)将所述球形粉煤灰前驱体通过成珠炉空心球化；并且 (d)将通过成珠炉加热得到的产品收集下来，然后通过漂浮法分离出空心漂珠。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，该方法制备的空心漂珠的平均密度0.6 ?0.7g/cm3，强度为 20 ?30MPa,粒径为 10 μ m-300 μ m。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，球磨后所述粉煤灰粒径大小控制在小于2 μ m,且衆料固含量大于30%。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稳定剂为聚乙烯醇、聚氧乙烯、甲基纤维素，羧甲基纤维素等水溶性高分子材料，且用量控制在浆料总重的I %以内。
5.根据权力要求I所述的制备方法，其特征在于，所述发泡剂为无机或有机水溶性物质如硫酸铵、尿素、碳酸钠、曲拉通、没食子酸丙脂、水溶性淀粉等一种或几种，其含量控制在浆料中粉煤灰重量的2%以内。
6.根据权力要求I所述的制备方法，其特征在于，喷雾造粒的温度控制在200-300°C，造粒粒径范围在5-100 μ m之间。
7.根据权力要求I所述的制备方法，其特征在于，空心球化温度为1000°C?1400°C。
【文档编号】C03C12/00GK104310787SQ201410508504
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】王芸, 王金香, 彭小波, 仲召进, 倪嘉 申请人:中国建材国际工程集团有限公司, 安徽理工大学, 蚌埠玻璃工业设计研究院