CN101125967A

CN101125967A - 一种用消石灰制备的乙炔瓶无石棉硅酸钙填料及制备方法

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Publication number: CN101125967A
Application number: CNA2007101197924A
Authority: CN
Inventors: 张保国; 只建强; 马序东
Original assignee: BEIJING TIANHAI INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: BEIJING TIANHAI INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2027-07-31
Also published as: CN101125967B

Abstract

本发明涉及一种多孔的硅酸钙填料，更具体而言，本发明涉及一种用消石灰制备无石棉的乙炔瓶硅酸钙填料的方法。本发明的无石棉乙炔瓶硅酸钙填料是在高速搅拌状态下，将粉状消石灰用凝胶剂和水制成凝胶石灰浆，然后继续搅拌，并加入石英粉、料浆流变剂、悬浮剂和无机增稠剂，随后料浆经磨细处理后，最后加入耐碱玻璃纤维，经搅拌制成均匀一致的填料料浆，在真空状态下将料浆注入乙炔瓶壳内，然后经固化、烘干制得乙炔瓶硅酸钙填料。本发明具有减少了石棉对环境的污染危害，且所形成的硅酸钙填料孔隙率高、机械强度高、抗振动、产品安全可靠等优点。

Description

一种用消石灰制备的乙炔瓶无石棉硅酸钙填料及制备方法

技术领域：

本发明涉及一种多孔的硅酸钙填料，更具体而言，本发明涉及一种用消石灰制备的无石棉乙炔瓶硅酸钙填料及制备方法。

背景技术：

乙炔瓶全称为溶解乙炔气瓶，专门用于乙炔气的充装、运输和储存，广泛地应用于金属的焊接、切割、制药、火焰分析等领域。由于乙炔的分子极为活泼，通常在很低的压力下，也极易发生分解和聚合作用，引起爆炸事故的发生。因此，为了提高乙炔在储存、运输过程的安全性，必须将乙炔气充装于充满硅酸钙多孔填料的乙炔瓶壳内，并在填料内部的毛细孔内吸附了溶剂(一般为丙酮)，使乙炔气溶解于溶剂之中。由于多孔填料和溶剂对乙炔分子的隔离和分散作用，大幅度提高了乙炔气的稳定性，阻止爆炸事故的发生。这样，在15℃时，乙炔瓶内的静置压力可达1.56MPa，并能保证乙炔在运输和储存过程中的安全性。

乙炔瓶的硅酸钙填料，通常是由石灰、硅藻土、石英粉、增强纤维等材料，加入一定量水调和成浆状，然后灌注到乙炔瓶壳内，经固化反应以及烘干后，形成多孔硅酸钙填料。硅酸钙填料的孔隙率高达88～92％，体积密度仅有280～300g/L，这使得乙炔瓶具有较高的乙炔装载率。但是硅酸钙填料这种高孔隙-低密度的特性使得其结构强度较低，在乙炔瓶长期的运输、使用过程中，可导致硅酸钙填料的溃散、下沉，从而影响乙炔瓶的安全运行。为了提高硅酸钙填料的结构强度，通常在硅酸钙填料制造过程中加入一些石棉纤维，在填料固化后可起到明显的增强作用，较好的解决了填料溃散、下沉等不安全隐患，使乙炔瓶得以长期的安全运行。

然而，近年来的研究表明，石棉对人体具有致癌作用，世界各发达国家已禁止使用石棉及其制品，包括含有石棉的硅酸钙填料乙炔瓶。众所周知，石棉是一种耐酸、耐碱、耐高温及耐候性极其优良的矿物纤维，可以说石棉在自然环境中无论存放多长时间也不会自行消失。对于乙炔瓶而言，在其达到使用寿命周期报废后，钢质瓶壳可以回收利用，而内部的石棉硅酸钙填料必将废弃到环境中。因此，填料中的石棉将对环境和人类健康带来长期的、不可估量的危害。

我国于1980年开始推广应用硅酸钙填料乙炔瓶，目前年产40L乙炔瓶30万只，社会保有量达400万只以上。这些乙炔瓶全部为含石棉的硅酸钙填料乙炔瓶，而且每年还将以30万只的幅度递增，因此含石棉的硅酸钙填料乙炔瓶对环境造成了巨大的危害，需要开发一种改进的不包含石棉成分的新型的储存乙炔气体的硅酸钙填料。

发明内容：

为解决含石棉的硅酸钙填料乙炔瓶对环境造成的影响，本专利申请的发明人在经过一系列试验的基础上发明了一种新型的不含石棉成分的硅酸钙填料。

本发明第一个目的公开了一种用消石灰制备的乙炔瓶无石棉硅酸钙填料。

本发明另一个目的是公开了上述乙炔瓶无石棉硅酸钙填料的制备方法。

一种乙炔瓶无石棉硅酸钙填料，所述的填料由下述物质制成：消石灰、石英粉、流变剂、凝胶剂、悬浮剂、无机增稠剂和增强纤维，其中各物质的湿料重量比为：消石灰8-13％、石英粉6-12％、流变剂1.0-5％、凝胶剂1.0-5％、悬浮剂0.5％-4％、无机增稠剂1.0～5％和增强纤维0.5-4％，其余为水。

上述物质湿料配比中，配方中的总水量为干料重量的3-4倍。

一种乙炔瓶无石棉硅酸钙填料的制备方法，它包含以下步骤：将所述重量配比的物料在高速搅拌状态下，将粉状消石灰用凝胶剂和水制成凝胶石灰浆，然后继续搅拌，并加入石英粉、料浆流变剂、悬浮剂和无机增稠剂，随后料浆经磨细处理后，最后在低速搅拌状态下加入耐碱玻璃纤维，经搅拌制成均匀一致的填料料浆，在0.07～0.09MPa的真空状态下将料浆注入乙炔瓶内，充满瓶壳，至于180～230℃温度下，蒸养固化30～50小时，最后于180～250℃下烘干2～6天，制得乙炔瓶硅酸钙填料。

上述物质中，所述的凝胶剂为铝的可溶盐，当凝胶剂溶于水后，其中的铝离子(Al³⁺)与碱性氢氧根离子(OH^-)组成氢氧化铝Al(OH)₃凝胶状态，所述的流变剂为白炭黑，所述的悬浮剂为玻璃纤维或硅酸铝纤维，无机增稠剂为硅酸钠或水玻璃，所述的增强纤维为耐碱玻璃纤维。

在本发明中，石英粉优选二氧化硅含量在98％以上的石英粉，耐碱玻璃纤维选用具有以下特征的耐碱玻璃纤维：束状短切纱，短切长度约为12mm，每束中由大约200根纤维单丝构成，纤维的单丝直径约为13～18μm，氧化锆含量应在17％以上，上述原材料均为市场购买。

在本专利申请中高速搅拌是指主轴转速为150～1200rpm，其目的在于使无机悬浮剂得到彻底的分散，并将料浆经磨细处理，磨细的作用可以减缓料浆内固体颗粒的沉降，抑制料浆分层；低速搅拌的主轴转速一般为50～150rpm，其目的是将增强纤维分散均匀。

本发明具有以下优点：

1、本发明采用粉状消石灰作为钙质材料，相对于目前普遍采用的用生石灰作为钙原料的做法来说，消石灰性质较为稳定，便于储存和运输，尤其是在空气潮湿的环境中更能体现出其在生产无石棉硅酸钙填料中作为钙原料的优势，为生产带来极大的方便；

2、本发明采用耐碱玻璃纤维作为增强材料，以玻璃纤维或硅酸铝纤维作为料浆悬浮剂；而目前虽未发现有正式生产但有报导称生产乙炔瓶硅酸钙填料以纤维素纤维作为增强材料。两种纤维分别属于无机纤维和有机纤维，前者具有较高的耐温性，而后者在较高温度下则容易发生收缩和其他性能下降；

3、目前在生产无石棉乙炔瓶硅酸钙填料工艺过程中为抑制料浆分层，曾有报导称加入沉淀二氧化硅或合成二氧化硅，其作用主要用来抑制料浆分层，但沉淀二氧化硅也是比较贵的一种原材料，造成制造成本升高。而本发明没有加入诸如沉淀二氧化硅或合成二氧化硅等抑制料浆沉降的材料，而是采用高速搅拌和料浆磨细等工艺方法，较好解决了料浆的分层问题，使填料与瓶壳的间隙得到了较好的控制。

4、本发明料浆的配制时间一般为1～1.5小时，相对于目前生产乙炔瓶硅酸钙填料的其他工艺来说生产效率较高；

5、本发明制造的无石棉的乙炔瓶硅酸钙填料具有较好的安全性能，其乙炔充装量和丙酮充装量之比可达到0.50～0.58，并通过了美国压缩气体协会CGA-C12所规定模拟火灾、回火、跌落震动及冲击稳定性试验；同时也通过了国际标准ISO 3807-2所规定的冲击、回火、火烧及水浴升温试验。

6、本发明制备的硅酸钙填料还具有孔隙率高、机械强度高、抗振动、产品安全可靠等优点。

具体实施方式：

实施例1：

将8kg的硫酸铝溶解于656kg的水中，在主轴转速为150转/分的高速搅拌状态下，加入消石灰粉(氧化钙含量为72.6％)64kg，搅拌5分钟后加入细度为270目/时的石英粉(二氧化硅含量为98.7％)48kg，随后加入白炭黑8kg，继续搅拌加入悬浮剂硅酸铝纤维4kg，最后加入硅酸钠8kg，再搅拌30分钟；然后经磨细处理后转入主轴转速为80转/分的低速搅拌状态，再加入增强纤维耐碱玻璃纤维4kg；搅拌10分钟停止搅拌。

在真空度为0.07MPa以及高频振动的状态下，将料浆注入乙炔瓶壳内。然后将瓶口用恒压装置密封后置于加热箱内，立即升温至180℃，保温2小时，再升温至230℃，保温35小时，完成填料固化过程。降温后拆除恒压密封装置，在180℃的条件下烘干6天。

填料烘干后的孔隙率为88％，抗压强度为3.2MPa，填料的烘干收缩率小于4％。

实施例2：

将16.8kg的硫酸铝溶解于541.7kg的水中，在主轴转速为730转/分的高速搅拌状态下，加入消石灰粉(氧化钙含量为73.1％)61.3kg，搅拌5分钟后加入细度为270目/时的石英粉(二氧化硅含量为98.7％)62.0kg，随后加入白炭黑16.0kg，继续搅拌加入悬浮剂耐碱玻璃纤维9.5kg，最后加入水玻璃13.1kg，再搅拌30分钟；然后经磨细处理后转入主轴转速为80转/分的低速搅拌状态，再加入增强纤维耐碱玻璃纤维9.5kg；搅拌12分钟停止搅拌。

在真空度为0.07MPa以及高频振动的状态下，将料浆注入乙炔瓶壳内。然后将瓶口用恒压装置密封后置于加热箱内，立即升温至185℃，保温2小时，再升温至225℃，保温35小时，完成填料固化过程。降温后拆除恒压密封装置，在225℃的条件下烘干2天。

实施例3：

将9.8kg的硫酸铝溶解于543.7kg的水中，在主轴转速为850转/分的高速搅拌状态下，加入消石灰粉(氧化钙含量为72.8％)66.7kg，搅拌5分钟后加入细度为270目/时的石英粉(二氧化硅含量为98.6％)57.9kg，随后加入白炭黑11.6kg，继续搅拌加入悬浮剂耐碱玻璃纤维11.5kg，最后加入水玻璃19.3kg，再搅拌30分钟；然后经磨细处理转入主轴转速为80转/分的低速搅拌状态，再加入增强纤维耐碱玻璃纤维9.5kg。搅拌15分钟停止搅拌。

在真空度为0.08MPa以及高频振动的状态下，将料浆注入乙炔瓶壳内。然后将瓶口用恒压装置密封后置于加热箱内，立即升温至185℃，保温2小时，再升温至225℃，保温35小时，完成填料固化过程。降温后拆除恒压密封装置，在200℃的条件下烘干3天。

填料烘干后的孔隙率为90％，抗压强度为2.7MPa，填料的烘干收缩率小于4％。

实施例4：

将14.6kg的硝酸铝溶解于545.3kg的水中，在主轴转速为930转/分的高速搅拌状态下，加入消石灰粉(氧化钙含量为72.8％)59.7kg，搅拌5分钟后加入细度为270目/时的石英粉(二氧化硅含量为98.7％)59.6kg，随后加入白炭黑14.9kg，继续搅拌加入悬浮剂耐碱玻璃纤维8.4kg，最后加入水玻璃17.7kg，再搅拌30分钟；然后经磨细处理转入主轴转速为80转/分的低速搅拌状态，再加入增强纤维耐碱玻璃纤维9.8kg。搅拌14分钟停止搅拌。

在真空度为0.09MPa以及高频振动的状态下，将料浆注入乙炔瓶壳内。然后将瓶口用恒压装置密封后置于加热箱内，立即升温至185℃，保温2小时，再升温至225℃，保温35小时，完成填料固化过程。降温后拆除恒压密封装置，在250℃的条件下烘干3天。

填料烘干后的孔隙率为91.6％，抗压强度为2.5MPa，填料的烘干收缩率小于4％。

实施例5：

将24kg的硫酸铝溶解于604kg的水中，在主轴转速为730转/分的高速搅拌状态下，加入消石灰粉(氧化钙含量为73.3％)80kg，搅拌5分钟后加入270目/时的石英粉(二氧化硅含量为98.4％)72kg，随后加入白炭黑24kg，继续搅拌加入悬浮剂硅酸铝纤维16kg，最后加入硅酸钠24kg，再搅拌30分钟；然后经磨细处理后转入主轴转速为50转/分的低速搅拌状态，再加入增强纤维耐碱玻璃纤维16kg，搅拌11分钟停止搅拌。

在真空度为0.08MPa以及高频振动的状态下，将料浆注入乙炔瓶壳内，然后将瓶口用恒压装置密封后置于加热箱内，立即升温至185℃，保温2小时，再升温至225℃，保温28小时，完成填料固化过程。降温后拆除恒压密封装置，在200℃的条件下烘干5天。

实施例6：

将40kg的硝酸铝溶解于416kg的水中，在主轴转速为900转/分的高速搅拌状态下，加入消石灰粉(氧化钙含量为72.7％)104kg，搅拌5分钟后加入湖北广水产细度为270目/时的石英粉(二氧化硅含量为98.6％)96kg，随后加入白炭黑40kg，继续搅拌加入悬浮剂硅酸铝纤维32kg，最后加入水玻璃40kg，再搅拌30分钟；然后经磨细处理后转入主轴转速为100转/分的低速搅拌状态，再加入增强纤维耐碱玻璃纤维32kg，搅拌13分钟停止搅拌。

在真空度为0.09MPa以及高频振动的状态下，将料浆注入乙炔瓶壳内。然后将瓶口用恒压装置密封后置于加热箱内，立即升温至180℃，保温10小时，再升温至200℃，保温40小时，完成填料固化过程；降温后拆除恒压密封装置，在200℃的条件下烘干4天。

以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对料浆配比、工艺参数简单更改、变化的技术方案，均仍包含在本发明专利的保护范围之内。

Claims

1.一种乙炔瓶无石棉硅酸钙填料，其特征在于：所述的填料由下述物质制成：消石灰、石英粉、流变剂、凝胶剂、悬浮剂、无机增稠剂、耐碱玻璃纤维和水，其中各物质的湿料重量比为：消石灰8-13％、石英粉6-12％、流变剂1.0-5％、凝胶剂1.0-5％、悬浮剂0.5％-4％、无机增稠剂1.0～5％和耐碱玻璃纤维0.5-4％，其余为水。

2.根据权利要求1所述的乙炔瓶无石棉硅酸钙填料，其特征在于：所述的凝胶剂为铝的可溶盐。

3.根据权利要求1所述的乙炔瓶无石棉硅酸钙填料，其特征在于：所述的悬浮剂为玻璃纤维或硅酸铝纤维。

4.根据权利要求1所述的乙炔瓶无石棉硅酸钙填料，其特征在于：所述的无机增稠剂为硅酸钠或水玻璃。

5.根据权利要求1所述的乙炔瓶无石棉硅酸钙填料，其特征在于：所述的流变剂为白炭黑。

6.权利要求1所述的填料的制备方法，它包含以下步骤：

1)、称取权利要求1所述的湿料重量比的各物质备用；

2)、在转速为150～1200rpm高速搅拌状态下，将粉状消石灰用凝胶剂和水制成凝胶石灰浆；

3)、继续搅拌，并加入石英粉、流变剂、悬浮剂和无机增稠剂，制成料浆；

4)、步骤3)所得的料浆经磨细处理后，在转速为50～150rpm的低速搅拌状态下加入耐碱玻璃纤维，经搅拌制成均匀一致的填料料浆；

5)、在0.07～0.09Mpa的真空状态下将填料料浆料浆注入乙炔瓶内，充满瓶壳，置于180～230℃温度下，蒸养固化30～50小时，最后于180～250℃下烘干2～6天，制得乙炔瓶硅酸钙填料。

7.权力要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的凝胶剂为铝的可溶盐。

8.权力要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的悬浮剂为玻璃纤维或硅酸铝纤维。

9.权力要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的无机增稠剂为硅酸钠或水玻璃。

10.权力要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的流变剂为白炭黑。