專利名稱:無機泡沫顆粒物的制作方法
本發(fā)明涉及無機泡沫顆粒物及其制備方法。
無機泡沫顆粒物質(zhì)輕，因而可廣泛用于建筑構(gòu)件的輕質(zhì)骨料、肥料的補充劑、去污劑或涂料、吸收劑和土壤改良劑等。已知典型的無機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。膨脹頁巖則由加熱使頁巖發(fā)泡生成。
已有的泡沫顆粒物有一些缺點。例如，制備玻璃泡球需要復(fù)雜的步驟?；鹕交遗萸?、珍珠巖和膨脹頁巖等需要從山區(qū)開礦和粉碎開采來的礦物。因此，從制備原材料的觀點看，用天然材料制造泡球是不經(jīng)濟的。而且天然原材料即礦物近來不大容易得到，因為開礦可能會引起環(huán)境破壞。飛灰泡球是含在熱電廠副產(chǎn)物的煤灰中的，因而來源不穩(wěn)定。
而且，大多數(shù)已知的無機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機泡沫顆粒物卻很少。
本發(fā)明的目的是提供一種新型無機泡沫顆粒物。
本發(fā)明的另一目的是提供制備該新型無機泡沫顆粒物的方法。
本發(fā)明還有一個目的是為煤氣化過程中產(chǎn)生的煤渣提供新的用途，因為它至今還未找到有利的用途。
本發(fā)明提供一種無機泡沫顆粒，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JIS-A-1104或ASTM C-29規(guī)定)為0.05～1.2千克/升。
本發(fā)明的無機泡沫顆粒是新型無機泡沫顆粒，它與已知的玻璃泡球、火山灰泡球、珍珠巖、飛灰泡球和膨脹頁巖等無機泡沫顆粒的組成明顯不同。
本發(fā)明的無機泡沫顆?？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)明的無機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)來制成。
另一方面，本發(fā)明的無機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)來制成。
圖1說明在以5℃/分的升溫速率，從400℃升至1300℃的煤氣化升溫過程中，煤渣直徑(平均直徑為10毫米)的變化。
圖2說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)明的無機泡沫顆?？捎擅簹饣^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)品的觀點來看，本發(fā)明是有價值的。而且，從無機泡沫顆粒制備過程中節(jié)能的觀點來看，本發(fā)明也是有效的。
本發(fā)明的無機泡沫顆粒質(zhì)輕、強度高，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改變其制備來使之改變。因此，本發(fā)明的無機泡沫顆粒物有各種廣泛的用途。
本發(fā)明的無機泡沫顆粒是含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)明的無機泡沫顆粒物包含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)〕。一般來說，在這些無機泡沫顆粒中所包含的這三種必要成份，其問題不少于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)，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)明的無機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)明的無機泡沫顆粒是輕質(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。因為本發(fā)明的這種無機泡沫顆粒很輕，因而可適用作為輕質(zhì)骨料。
本發(fā)明的無機泡沫顆粒在顆粒內(nèi)有空隙。這空隙可以是一種獨立的(封閉式的)空隙或一種連續(xù)相通的空隙。任何一種具有相對大量封閉空隙的泡沫顆粒和具有相對大量連續(xù)空隙的泡沫顆粒均能按所需要求制備出來，例如在它們的生產(chǎn)過程中控制加熱溫度和/或控制加熱時間。以封閉式空隙為主的無機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·℃或更小。因此，本發(fā)明的泡沫顆粒可適宜用作隔熱材料。
本發(fā)明的無機泡沫顆粒要比通常的無機泡沫顆粒表現(xiàn)出更高的機械強度。通常，本發(fā)明的泡沫顆粒的平均抗碎強度不低于2.5千克力，此平均值是用任選20個顆粒大小在2～10毫米范圍內(nèi)的泡沫顆粒測得的。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)明的無機泡沫顆粒，顯示出明顯高的機械強度，例如平均抗碎強度為10～70千克力。因此，本發(fā)明的無機泡沫顆粒在貯藏或運輸過程中是很不容易破裂的。而且，將該無機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)件的機械強度。
本發(fā)明的無機泡沫顆粒在粒度方面沒有特殊的限制，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)明的無機泡沫顆粒的制備過程。
本發(fā)明的無機泡沫顆?？梢苑奖愕貙拿旱牟糠盅趸@得的無定形煤渣在特定條件下加熱而制得。因此，制備本發(fā)明的無機泡沫顆粒的原料最好是用煤部分氧化得到的無定形煤渣。細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)明的無機泡沫顆粒。
在本發(fā)明的無機泡沫顆粒制備過程中所用的從煤部分氧化得到的無定形煤渣，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)明的無機泡沫顆粒的無定形煤渣可采用在由煤部分氧化生產(chǎn)合成煤氣的過程中產(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現(xiàn)的。
例如，Texaco法包括下列步驟煤以漿水的形式送進煤氣化爐中，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)煤氣化過程的更詳細情況刊登在“化學(xué)經(jīng)濟”(日本刊物)1981年8月和9月號中。
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)明的無機泡沫顆粒制備過程中，對所用煤渣的顆粒大小沒有特定限制。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，這樣的細顆粒要在熱處理前除去，除非需要制造特別細的泡沫顆粒時才不用除去。從煤氣化爐中排出煤渣的顆粒大小可以簡單采用壓碎和過篩進行調(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篩除去，但一部分附著在較大顆粒上的細顆粒仍未篩去。這種少量細粒狀煤渣不會干擾較大顆粒的發(fā)泡，只要細顆粒的量不超過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)出細的無機泡沫顆粒物(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℃的溫度時會互相熔合，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℃的溫度開始，升溫速率不大于150℃/分，最好不大于1～100℃/分。
進行加熱的方法可以是把煤渣直接送進帶溫度控制的爐(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20℃/分。較快的溫升有時會打亂顆粒中獨立泡沫(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間等加熱條件影響很大。發(fā)泡的控制可以用單獨改變加熱的溫度和加熱的時間或兩者一起改變而實現(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，可有效地達到合適的發(fā)泡。例如，用Grade Greta煤進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)明的無機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、時間短。
更詳細點說，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的加熱時間。
因此，制備本發(fā)明的無機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)明的無機泡沫顆粒物而做的處理不需要長的加熱時間。這樣，本發(fā)明的生產(chǎn)泡沫顆粒的方法很容易實行。
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。更詳細地說，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說明用變形比(由測量煤渣的粒度而得)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℃開始，升溫速率為5℃/分。變形比是由一個方向上的膨脹比來表示的，可從熱處理前顆粒的直徑(H)和熱處理時顆粒直徑(h)按照h/H的公式計算出來。
從圖1可清楚地看到，所用的煤渣從730℃左右開始很快地膨脹，在近似790℃時膨脹終止。進一步加熱不會有效地引起進一步發(fā)泡。
按照本發(fā)明制備泡沫顆粒的方法，如有需要，通過控制加熱條件，例如可控制用于制備具有獨立空隙的顆粒的加熱溫度和加熱時間，可以把具有獨立空隙的顆粒轉(zhuǎn)變成具有連續(xù)空隙的顆粒。更詳細地說，最初生產(chǎn)的泡沫顆粒物是以具有獨立空隙的顆粒為主，這樣的顆粒物吸水性很小。如果把以獨立空隙為主的顆粒進一步加熱，則獨立空隙就會互相連接起來產(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，適用了作為土壤改良劑。
本發(fā)明的無機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)使用的爐中進行。例如可以用轉(zhuǎn)爐和燃氣流爐。
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。
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，很可能活性大一些，因而上面所提到的材料甚至在相對低的溫度下亦很容易轉(zhuǎn)變成氣體。
因此很明顯，本發(fā)明的無機泡沫顆粒物也可用作為肥料的補充劑、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。
用下面的實例和比較例可進一步說明本發(fā)明。
實例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1360℃)，然后把該蒸發(fā)皿放進一配有用硅化鉬的自動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定形的。
然后，電爐以5℃/分的升溫速率升高溫度，當(dāng)溫度達900℃時，將該煤渣從爐中取出，這樣就產(chǎn)生了無機泡沫顆粒物。
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小時吸水性2.6%(重量)，平均抗碎強度為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定。也用同樣的方法和儀器測定其它實例和比較例中的相應(yīng)的值。
測量絕對干比重和24小時吸水性按JIS-A-1134和JIS-
A-1135方法測量。
真比重按JIS-A-2205方法測量。
堆密度將裝有樣品(煤渣或泡沫顆粒物)的100毫升體積的測量圓筒振動指定的次數(shù)，使圓筒內(nèi)含有100毫升體積的該樣品，再測定所裝樣品的重量。
分析按JIS-M-8852方法做。
抗碎強度用Kiya硬度測試儀在20個樣品上測得。
熔點按JIS-M-8801方法測定。
表 1無機泡沫顆粒物組分 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%) 無機泡沫顆粒物(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制得的無機泡沫顆粒物含有的組成列在表1，該無機泡沫顆粒物近似膨脹為煤渣的1.5倍。
比較例1重復(fù)實例1的步驟，只是用如表3中列出的頁巖(真比重2.56，堆密度1.10千克/升，熔點1210℃)代替煤渣，最高的加熱溫度達1180℃。這樣生產(chǎn)了泡沫顆粒，所用頁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小時吸水性為14.9%(重量)，平均抗碎強度為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無機泡沫顆粒物組分 頁巖(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無機泡沫顆粒物顆粒大小(毫米) 頁巖(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所得的無機泡沫顆粒物其粒度分布列在表4中，與該頁巖比較，所得的無機泡沫顆粒物膨脹了1.2倍左右。
而且已經(jīng)證實了實例1中所得的無機泡沫顆粒物，比起比較例1中所得的無機泡沫顆粒物來，有較高的抗碎強度和較低的吸水性。
實例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℃加熱時所得的無機泡沫顆粒物的組成列在表5中，由煤渣Ⅱ同樣加熱所得的無機泡沫顆粒物的組成列在表6中。由煤渣Ⅰ在1000℃加熱所得的無機泡沫顆粒物的24小時吸水性為11%(重量)，抗碎強度4.02千克力。用同樣的加熱方法由煤渣Ⅱ生成的無機泡沫顆粒的24小時吸水性為9.3%(重量)，抗碎強度為4.32千克力。
比較例2重復(fù)實例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小時吸水性為18.2%(重量)，抗碎強度4.86千克力。
加熱溫度 加熱時間煤渣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無機泡沫顆粒物組分 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無機泡沫顆粒物組分 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無機泡沫顆粒物組分 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1320℃)在一顎式軋碎機中粉碎，再用表8中列出的孔徑的篩子過篩。在下面比較例中所用的頁巖的粒徑分布也列在表8中。
表9中列出了所用的無定形煤渣的化學(xué)組成，X-射線衍射分析表明所用的無定形煤渣是無定形的。
表 8粒度(毫米) 煤渣(重量%) 頁巖(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)皿放進用硅化鉬的自動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)溫度達到800℃時，將該煤渣從爐中取出，這樣，產(chǎn)生了無機泡沫顆粒物。
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小時吸水性為0.3%(重量)，平均抗碎強度35千克力。所生成的泡沫顆粒物的化學(xué)組成列在表9中，所得的無機泡沫顆粒物比煤渣膨脹了1.3倍左右。
表 9無機泡沫顆粒物組分 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)實例3的步驟，只是用表10中列出的頁巖(真比重2.56，堆密度1.10千克/升，熔點1210℃)代替煤渣，最高加熱溫度達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小時吸水性為14.9%(重量)，平均抗碎強度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無機泡沫顆粒物組分 頁巖(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實例4-9和比較例4-6重復(fù)實例3的步驟，只是改變了該無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小時吸水性和抗碎強度列在表12中。
表 11粒度(毫米) 最高溫度(℃) 升溫速率(℃/分)實例3 ≤2.5 800 5實例4 ≤0.6 800 5實例5 0.6-1.2 800 5實例6 1.2-2.5 800 5實例7 ≤2.5 700 5實例8 ≤2.5 800 15實例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 抗碎強度(千克/升) 表觀比重 (重量%) (千克力)實例3 0.01 1.71 0.3 35實例4 1.09 2.05 0.2 50實例5 0.95 1.79 0.3 38實例6 0.69 1.25 2.8 16實例7 1.04 1.91 0.3 43實例8 0.77 1.40 2.0 22
(續(xù))實例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實例10把與實例3中同樣的無定形煤渣放在回轉(zhuǎn)爐中(有效內(nèi)徑為0.45米，長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℃無定形煤渣滯留時間90分鐘。
所產(chǎn)生的無機泡沫顆粒物的堆密度、表觀比重、24小時吸水性和抗碎強度列在表13中。
比較例7重復(fù)實例10中的步驟，只是用與比較例3中同樣的頁巖代替無定形煤渣，并把回轉(zhuǎn)爐底部和燃燒區(qū)的溫度分別改變到300℃和780℃來獲得無機泡沫顆粒物。
所產(chǎn)生的無機泡沫顆粒物其堆密度、表觀比重、24小時吸水性和抗碎強度列在表13中。
表 13堆密度 吸水性 抗碎強度(千克/升) 表觀比重 (重量%) (千克力)實例10 0.87 1.64 0.3 34比較例7 1.03 2.39 5.3 2權(quán)利要求
1.一種無機泡沫顆粒，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中所要求的無機泡沫顆粒，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中所要求的無機泡沫顆粒，其堆密度不小于0.6千克/升。
4.如權(quán)利要求
1至3中任一項所要求的無機泡沫顆粒，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中任一項所要求的無機泡沫顆粒，其中的無機泡沫顆粒中還含有氧化鐵、MgO、Na2O和K2O。
6.制備無機泡沫顆粒物的一種方法，該無機泡沫顆粒物含有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定形煤渣從而使無定形煤渣發(fā)泡的方法。
7.如權(quán)利要求
6中所要求的制備無機泡沫顆粒物的方法，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中所要求的制備無機泡沫顆粒物的方法，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中任一項所要求的制備無機泡沫顆粒物的方法，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中任一項所要求的制備無機泡沫顆粒物的方法，其中的無定形煤渣含有SiO2、Al2O3、CaO和至少從一種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中任一項所要求的制備無機泡沫顆粒的方法，其中的無定形煤渣是一種從煤氣化爐中收集來的煤渣。
12.如權(quán)利要求
6到8中任一項所要求的制備無機泡沫顆粒的方法，其中的無定形煤渣是一種從煤氣化爐中收集來的煤渣，這里，煤的氣化是在溫度不低于所用煤的煤灰的軟化點溫度下進行的。
專利摘要
一種無機泡沫顆粒，它包含有≤60％(重量)的SiO
文檔編號C04B20/00GK86101557SQ86101557
公開日1986年9月3日 申請日期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 申請人:宇部興產(chǎn)株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan