CN102849723B - 利用预处理烟煤制备石墨化炭泡沫的方法 - Google Patents
利用预处理烟煤制备石墨化炭泡沫的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102849723B CN102849723B CN201210364942.9A CN201210364942A CN102849723B CN 102849723 B CN102849723 B CN 102849723B CN 201210364942 A CN201210364942 A CN 201210364942A CN 102849723 B CN102849723 B CN 102849723B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coal
- vitrinite
- foam
- preparation
- flotation fluid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
Abstract
一种利用预处理烟煤制备石墨化炭泡沫的方法，包括以下步骤：将烟煤经粉碎、配制浮选液，将碎粉后的烟煤和表面活性剂溶于配制的氯化锌浮选液或苯与四氯化碳的复配浮选液中，充分搅拌配成煤浆，然后转移到离心分离机的水平转子中，进行煤岩显微组分的分离，取出上层的上浮物用水洗除去浮选液，充分搅拌、过滤，将滤渣于室温下干燥，即得镜质组富集物，以镜质组富集物为原料，采用高压渗惰性气法或自升压法制备炭泡沫。其工艺流程简单，成本低，实现烟煤的煤岩显微组分的分离和富集，既满足了制备煤基炭泡沫对煤的粘结性和灰分的要求，又拓宽了对煤质的适用范围，制成的石墨化炭泡沫的孔胞分布均匀，抗压强度高；且体积密度和抗压强度可调。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备煤基炭泡沫的方法，特别是一种利用预处理烟煤制备石墨化炭泡沫的方法。
背景技术
炭泡沫是一种由孔胞和相互连接的孔胞壁组成的具有三维网状结构的轻质多孔材料。它除具有炭材料的常规性能外，炭泡沫还具有密度小、强度高、抗热震、易加工等特性和良好的导电、导热、吸波等物理和化学性能。这些优异的性能使泡沫炭在化工、航空航天、电子等诸多技术领域极具应用潜力。近年来，炭泡沫材料的研究在国内外得到高度关注，内容涉及新原料的选择与调变、制备工艺技术的开发和优化、产品的微观结构、材料的力学性能、热性能的揭示和调控以及最佳应用途径的拓展等各个方面。目前根据所用前驱体的种类不同，炭泡沫主要分为树脂基炭泡沫，沥青基炭泡沫和煤基炭泡沫。树脂基炭泡沫的炭质为玻璃炭，不能够石墨化，因此，该炭泡沫的强度低，导热性能差。沥青基炭泡沫的前驱体主要为中间相沥青，而中间相沥青的调制工艺复杂，炭泡沫的制备成本高。而以煤为前驱体制备炭泡沫起步较晚，但由于原料便宜且来源广泛而被认为是最具工业化前景的技术。
在美国专利号为US 6,241,957,B1、US 6,346,226 B1、US 6, 506, 354, B1的名称均为“炭泡沫材料及其产品的制备方法”和专利号为US 6,544,491B1的“制备炭泡沫的方法”的报道中，都公开了炭泡沫的制备技术。以上技术方案的共同特点是：以煤为原料分别制备各向异性炭泡沫、各向同性炭泡沫和各向异性度可调的炭泡沫。各向异性炭泡沫制备技术方案为：首先利用N-甲基吡啶烷酮对煤进行脱灰处理，再将四氢化葵与脱灰后的煤按质量比3/1混合均匀加入高压釜内，在350℃和1000psig下加氢1小时，加氢后冷却至室温，取出后蒸发掉四氢化葵。再将加氢后的煤溶解在四氢呋喃中进行抽提，过滤除掉不容部分，溶解的部分再溶解在甲苯内，过滤得到不溶物称为沥青烯。将高压釜加热到350℃，再将沥青烯放入高压釜内，向高压釜内冲氮气至700psig，然后在以2℃/min升温至450℃反应5小时。然后在1000℃下烧结，烧结后缓慢降温至室温，将烧结后炭泡沫放入高温炉内，在高于2600℃的高温下处理1小时，冷却后取出，即得到各向异性炭泡沫。各向同性炭泡沫制备技术方案为：与制备各向异性炭泡沫的过程不同之处在于没有煤的加氢过程。各向异性度可调的炭泡沫的制备技术方案为：将制备各向异性炭泡沫用的沥青烯和制备各向同性的炭泡沫用的沥青烯按比例混合，以混合后的物料为原料可以得到各向异性度可以调节的炭泡沫。其各向异性度取决于上述两种沥青烯的质量比，当加氢过程得到沥青烯含量高时，炭泡沫的各向异性度高，反之，炭泡沫的各向异性度低。其孔径大小通过调节抽提工艺来改变沥青烯的挥发分和调节外部压力实现，外部压力高可以得到小孔径、高密度的炭泡沫。得到炭泡沫的孔径范围为0.2g/cm3～2g/cm3，优先的密度范围为0.2g/cm3～0.4g/cm3。经过高温处理得到的石墨化炭泡沫的抗压强度为600ib/in2(即4.14MPa)。上述方法制备的炭泡沫抗压强度低，只有4.14MPa；另外，原料煤需要依次经过脱灰、加氢、抽提，因此工艺复杂。脱灰过程需要N-甲基吡啶烷酮，加氢过程需要四氢化葵，抽提过程需要四氢呋喃和甲苯，导致成本高。
专利号为US 6,656,238 B1的“煤基炭泡沫”中公开了在沥青的软化点以上将自由膨胀序数为3.5～5.0煤与石油沥青或煤沥青按照质量比为1%～10%进行热混合，将混合后的物料加入到高压模具中，在惰性气氛下以1℃/min～20℃/min升温至300℃～700℃，保温10min到12小时，而后降温至100℃以下。得到的炭泡沫的密度为0.05～0.1g/cm3，孔径小于500μm，抗压强度为2000～6000psi，导热率为1.0W/m.K-1。该方法制备炭泡沫的导热率很低，另外需要添加沥青。
专利号为US 7,588,608 B2的“蜂窝状煤产品及工艺”中，公开了只以自由膨胀序数为3.5～5，粒度为60～80目煤为原料，加入到高压模具中，在惰性气体压力为0～500psi，以1～20℃/min升温至300～700℃，保温10min到12小时，而后降温至100℃以下，得到密度为0.1～0.8 g/cm3，孔径为0～300μm，抗压强度为2000～6000psi，导热率为1.0W/m.K-1的炭泡沫。该方法制备炭泡沫的导热率很低，另外对煤的要求比较严格，要求煤的自由膨胀序数为3.5～5。
专利号为US 7,767,183 B2的“以煤为原料生产炭泡沫”记载了一种常压下制备炭泡沫的技术方案。该方案只以强粘结性、低灰、低硫的高质煤为原料，这种优质原料无需预先处理，例如脱挥发分、氧化、抽提等，但对煤质要求特别高，一般烟煤不可用。其在煤床上施加一定的压力，通过两步加热法制备出煤基炭泡沫。具体做法为：将煤颗粒通过振动压实，然后在煤床表面放一块铝块，并在铝块上放置重物实现对煤床施加一定压力。解热分为两步进行，首先将煤颗粒加热到第一温度，这一温度足以使煤颗粒软化并熔化在一起，形成基本均匀的连续开孔塑性炭质材料；然后在第二高温下保温一段时间或以很慢的解热速率加热到第二高温，该过程是通过充分降低或基本消除碳材料的塑性，从而制备出炭泡沫。这种方法对煤质要求很高，所用煤最高灰分为8.0%，一般在5.0%以下。
众所周知，我国现有强粘结性烟煤主要是肥煤和焦煤，而这两种煤多为高灰分煤（即矿物质，一般在12%以上），矿物质在炭泡沫中易形成裂纹中心，使炭泡沫的抗压强度下降。另外，现有强粘结性烟煤多为混煤，其粘结性很不稳定。我国现有的高挥发分煤，虽然灰分含量较低，但煤的粘结性和膨胀性不够，不利于制备孔径均匀而具有开孔的胞状孔结构的炭泡沫，并且制成的炭泡沫的抗压强度低。迄今为止，还未见关于采用煤岩显微组分分离和富集的方法对烟煤的预处理，以提高现有烟煤的膨胀性和粘结性来制备煤基炭泡沫的方法报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用预处理烟煤制备石墨化炭泡沫的方法，克服了现有烟煤的高灰分和粘结性不稳定的缺点，其工艺流程简单，成本低，实现烟煤的煤岩显微组分的分离和富集，既满足了制备煤基炭泡沫对煤的粘结性和灰分的要求，又拓宽了对煤质的适用范围，制成的煤基炭泡沫的孔胞分布均匀，抗压强度高；且体积密度和抗压强度可以分别在设定的范围内调整。
本发明所采用的技术方案是：该利用预处理烟煤制备石墨化炭泡沫的方法的技术要点是包括以下操作步骤：
（1）粉碎：将干燥无灰基挥发分为21.00～40.00%的烟煤粉碎到60～200目，备用；
（2）配制浮选液：在温度25℃下，将分析纯氯化锌试剂逐渐添加到水中，边添加，边搅拌，使氯化锌完全溶解在水中，边用量程为1.300～1.360的比重计测量，直至比重达到1.350时止，即完成氯化锌浮选液的配制，备用；在温度25℃下，向液态四氯化碳试剂中逐渐添加液态试剂苯，边添加，边搅拌，边用量程为1.300～1.360的比重计测量，直至比重达到1.350时止，即完成苯与四氯化碳的复配浮选液的配制，备用；
（3）配制煤浆：将粉碎煤和表面活性剂溶于上述配制的氯化锌浮选液或苯与四氯化碳的复配浮选液中，充分搅拌，配成煤浆；煤浆中粉碎煤、浮选液和表面活性剂的质量比为：1000: (2000～4000) : (2-6)，所用表面活性剂采用十二烷基硫酸钠或硬脂酸；
（4）煤岩显微组分的分离与富集：将上述配制的煤浆转移到离心分离机的水平转子中，以3500～4200转/min的转速转60～30min；煤浆被分离为上、中、下三层，取出上层的上浮物用水洗除去浮选液，充分搅拌过滤，过滤后的滤渣再用水洗、过滤，如此循环3次后，将滤渣于室温下干燥，即得镜质组富集物，用作制备炭泡沫原料，备用；中层为浮选液，回收再循环利用；下层沉淀物为矿物质和丝质组富集物，回收干燥后用作燃料；
（5）制备炭泡沫体：将镜质组富集物转移到不锈钢模具中，再将模具放入高压釜中，向高压釜内充入惰性气体氮气、氩气或氦气，在0～10MPa的压力下，以1～5℃/min升温至470～530℃，恒温1～3小时，缓慢释放压力至环境压力，自然冷却至室温后，得到炭泡沫体。
（6）炭化处理：将上述炭泡沫体放入炭化炉内，在惰性气体氮气、氩气或氦气的保护下，以1～3℃/min升温至950～1050℃，保持恒温1～3小时，自然冷却至室温，即得炭泡沫；
（7）石墨化处理：将上述炭泡沫放入石墨化炉内，在惰性气体氮气、氩气或氦气的保护下，在以5～10℃/min升温至2500～2900℃，保持恒温1～3小时，自然冷却至室温，即得石墨化炭泡沫。
作为原料的所述镜质组富集物为气煤镜质组富集物、肥煤镜质组富集物或焦煤镜质组富集物中的至少一种，各镜质组富集物的质量混合比为（1～0）:（0～1）:（0～1）。
所述石墨化炭泡沫的体积密度为0.30～0.80g/cm3，抗压强度为18～40MPa。
本发明具有的优点及积极效果：由于本发明主要是针对我国现有烟煤的粘结性不稳定和灰分高的特性，存在不利于制备孔隙均匀、抗压强度高的炭泡沫的问题，只利用配制的浮选液对烟煤进行预处理，且适用于处理气煤、肥煤和焦煤等高灰煤，使其煤岩显微组分得到分离与富集，再以分离出的镜质组富集物作为制备炭泡沫的原料，而且浮选液可以循环使用，所以其工艺流程简单，成本低，既满足了制备煤基炭泡沫对煤的粘结性和灰分的要求，又拓宽了对煤质的适用范围。另外，本发明的利用预处理烟煤制备石墨化炭泡沫的方法，之所以能克服现有烟煤的高灰分和粘结性不稳定的缺点，制成的石墨化炭泡沫的孔胞分布均匀，抗压强度高，并且体积密度和抗压强度可以分别在0.30～0.80g/cm3和18～40MPa范围内调整，主要基于该方法的作用机理，它体现在：
其一、煤岩学理论认为，烟煤的煤岩显微组分主要包括镜质组、稳定组、丝质组和矿物质，其中镜质组和稳定组为活性组分，比重小于1.350。在活性组分中稳定组的含量很低，也就是说活性组分的富集主要为镜质组的富集。丝质组和矿物组为惰性组分，没有粘结性，比重大于1.350。因此，通过比重为1.350的浮选液对煤岩显微组分进行分离与富集处理，可以将煤中的活性组分和惰性组分分离，尽管工艺简单，但可以明显提高现有烟煤的粘结性，并显著降低灰分。
其二、以镜质组富集物为原料，制备的炭泡沫的抗压强度高，是因为镜质组富集物活性组分的粘结性高，制成的炭泡沫的抗压强度高。另外，以镜质组富集物为原料，因基本上除去了原烟煤中的丝质组和矿物质，制备炭泡沫已不存在产生裂纹的因素，因此，炭泡沫的抗压强度得到提高。
其三、通过向高压釜内充惰性气体氮气，也可充氩气或氦气，实现对釜内加压，高压釜内的镜质组富集物随着温度升高，发生热裂解和热聚合反应。在热聚合反应下产生具有粘结性的胶质体，而在热裂解过程中产生气态小分子化合物，胶质体将气态小分子包裹起来。这些气态小分子需要克服粘性胶质体束缚和外加压力才能冲破胶质体的包裹层。随着温度升高，气态小分子化合物逐渐增多，包裹层内的自生压力也在增大。当胶质体包裹层的内压大于胶质体外部压力时，气态小分子便冲破胶质体的包裹层，使包裹层的内、外压力达到平衡，于是形成塑性球形的开孔结构，即孔胞，当温度升高到480℃左右塑性球形的开孔结构被固化即形成炭泡沫。如果烟煤不经过预处理，即煤中镜质组、稳定组、丝质组和矿物质均作为制备炭泡沫的原料，那么其中的丝质组和矿物质在受热后不软化、不熔融，仍为固态存在于胶质体中，就会影响塑性孔胞的形成和发展，得到炭泡沫的孔胞也不均匀。
其四、随着镜质组富集物的挥发分提高，作为原料的镜质组富集物在受热时产生的气态小分子多，热聚合产生的具有粘结性的胶质体粘度降低，因此形成炭泡沫的孔胞多，体积密度下降。反之，体积密度增大；另外降低外加压力，气态小分子冲破胶质体包裹层的阻力小，孔胞的直径大，体积密度小；反之，体积密度大。炭泡沫的体积密度和抗压强度具有相同的变化趋势，即炭泡沫的体积密度高，则其抗压强度也高。因此，石墨化炭泡沫的体积密度和抗压强度裁剪，可以通过选择具有与相适应挥发分的气煤、肥煤或焦煤镜质组富集物和改变压力协同作用来实现，另外，也可以通过几种不同挥发分的气煤、肥煤和焦煤镜质组富集物的混合来实现。
基于上述机理制成的石墨化炭泡沫的体积密度和抗压强度可以分别在0.30～0.80g/cm3和18～40MPa范围内调整，能够根据需要裁剪。
具体实施方式
以下根据实施例对本发明作进一步描述。该利用预处理烟煤制备石墨化炭泡沫的方法主要包括以下操作步骤：
步骤一、烟煤的预处理
（1）粉碎：
将干燥无灰基挥发分为21.00～40.00%的气煤、焦煤和肥煤等高灰煤中的一种或几种，分别粉碎到60～200目，备用。
（2）配制浮选液：
配制比重为1.350的氯化锌浮选液或四氯化碳与苯的复配浮选液备用。
氯化锌浮选液的配制：在温度25℃下，将分析纯氯化锌试剂逐渐添加到水中。边添加，边搅拌，使氯化锌完全溶解在水中，边用量程为1.300-1.360的比重计测量，直至比重达到1.350时止，即完成氯化锌悬浮液的配制。
四氯化碳与苯的复配浮选液：在温度25℃下，向液态四氯化碳试剂中逐渐添加液态试剂苯。边添加，边搅拌，边用量程为1.300～1.360的比重计测量，直至比重达到1.350时止，即完成了苯与四氯化碳的复配浮选液的配制。
（3）配制煤浆：
将粉碎煤和表面活性剂溶于上述配制的浮选液中，充分搅拌，配成煤浆。煤浆中粉碎煤、浮选液和表面活性剂的质量比为：1000: (2000～4000) : (2-6)，所用表面活性剂采用十二烷基硫酸钠或硬脂酸。
（4）煤岩显微组分的分离和富集：
将配制的煤浆转移到离心分离机的水平转子中，以3500～4200转/min的转速转60～30min。煤浆分被分离为上、中、下三层。取出上层的上浮物，用水洗除去浮选液，充分搅拌、过滤，过滤后的滤渣再用水洗、过滤，如此循环3次后，完全洗除去上浮物中的浮选液。将滤渣于室温下干燥，即得镜质组富集物，用作制备炭泡沫原料。
将上述分离和富集出的煤岩显微组分作为原料的镜质组富集物可为气煤镜质组富集物、肥煤镜质组富集物或焦煤镜质组富集物中的至少一种，各镜质组富集物的质量混合比为（1～0）:（0～1）:（0～1）。中层为浮选液，回收再循环利用；下层沉淀物为矿物质和丝质组富集物，回收干燥后用作燃料。
步骤二、采用高压渗惰气法或自升压法制备炭泡沫体
（5）将步骤一中制得的镜质组富集物作为原料，将原料转移到炭泡沫所需要形状的模具中，再将模具放入高压釜中，向高压釜内充入惰性气体氮气、氩气或氦气，在0～10MPa的压力下。当充入惰性气体的压力为0MPa时，利用镜质组富集物加热发生热裂解产生的气态小分子混合物来增大釜内压力，为自升压法。当充入惰性气体的压力为大于0MPa时，为高压渗惰气法。以1～10℃/min升温至470～530℃，恒温1～3小时，缓慢释放压力至环境压力，自然冷却至室温，得到炭泡沫体。
（6）将上述炭泡沫体放入炭化炉内，在惰性气体氮气、氩气或氦气的保护下，以1-3℃/min升温至950～1050℃，保持恒温1-3小时，自然冷却至室温，即得炭化炭泡沫。
（7）将上述炭化炭泡沫放入石墨化炉内，在惰性气体氮气、氩气或氦气的保护下，以5～10℃/min升温至2500～3000℃，保持恒温1～3小时，自然冷却至室温，即得体积密度为0.30～0.80g/cm3，抗压强度为18～40Mpa的石墨化炭泡沫。
实施例1：
将一种干燥无灰基挥发分为39.02%的气煤粉碎到60～80目，备用。在25℃下，将分析纯氯化锌试剂逐渐添加到水中，边添加边搅拌，使氯化锌完全溶解在水中，边利用量程为1.300-1.360的比重计测量，直到比重达到1.350时止，即配制成氯化锌浮选液，备用。将粉碎煤和十二烷基硫酸钠溶于氯化锌浮选液中，充分搅拌配成煤浆。煤浆中粉碎煤、氯化锌浮选液和十二烷基硫酸钠的质量比为1000:3000:4。煤岩显微组分的分离和富集的具体作法是：将配制的煤浆转移到离心分离机的水平转子中，以4200转/min的转速转30min。转子中的煤浆分为三层，取出上浮物用水洗除去浮选液，充分搅拌、过滤。滤渣再用水冼，如此循环3次，冼净浮选液。将得到滤渣在室温下干燥，即为气煤镜质组富集物；中层为浮选液回收循环利用；下层为沉淀物矿物质和丝质组富集物，回收干燥后用用作燃料。以气煤镜质组富集物为原料，将其转移到模具中，再将模具放入高压釜中。不向高压釜充压力氮气，即相当于控制高压釜内气体初始压力为0MPa，靠原料受热挥发出的气态小分子产生压力。以1℃/min升温至470℃，恒温3小时，缓慢释放压力至环境压力，自然冷却至室温，得到炭泡沫体。将得到的炭泡沫体放入炭化炉内进行炭化处理，在氮气保护下，以2℃/min升温至1000℃，保温2小时，自然降温至室温，得到炭泡沫。再将炭泡沫放入石墨化炉内进行石墨化处理，在氮气保护下，以5℃/min升温至2700℃，恒温2小时，自然冷却至室温，得到石墨化炭泡沫，其体积密度为0.3g/cm3，抗压强度为18MPa。
实施例2：
将一种干燥无灰基挥发分为28.05%肥煤煤粉碎到60～80目。按照实施例1中配制浮选液的方法配制比重为1.350的氯化锌浮选液。将粉碎煤和十二烷基硫酸钠溶于氯化锌浮选液中，充分搅拌，配成煤浆。煤浆中粉碎煤、氯化锌浮选液和十二烷基硫酸钠的质量比为1000:4000:6。按照实施例1中的煤岩显微组分的分离和富集方法，分离和富集出肥煤镜质组富集物。以肥煤镜质组富集物为原料，将其转移到模具中，再将模具放入高压釜中。向高压釜充氮气至压力为5MPa，然后以2.5℃/min升温至500℃，恒温2小时，缓慢释放压力至环境压力，自然冷却至室温，得到炭泡沫体。炭泡沫体进行炭化处理及进行石墨化处理，分别与实施例1中的炭化处理和石墨化处理方法相同，得到石墨化炭泡沫，其体积密度为0.40g/cm3，抗压强度为20MPa。
实施例3：
将一种干燥无灰基挥发分为21.44%焦煤粉碎到60～80目。按照实施例1中配制浮选液的方法配制比重为1.350的氯化锌浮选液。将碎粉煤和十二烷基硫酸钠溶于氯化锌浮选液中，充分搅拌，配成煤浆。煤浆中粉碎煤、氯化锌浮选液和十二烷基硫酸钠的质量比为1000:2000:2。按照实施例1中的煤岩显微组分的分离和富集方法，分离与富集出焦煤镜质组富集物。以焦煤镜质组富集物为原料，将其转移到模具中，再将模具放入高压釜中。向高压釜充氮气至压力为5MPa，然后以5℃/min升温至530℃，恒温1小时，缓慢释放压力至环境压力，自然冷却至室温，得到炭泡沫体。炭泡沫体进行炭化处理及进行石墨化处理，分别与实施例1中的炭化处理和石墨化处理方法相同，得到石墨化炭泡沫，其体积密度为0.70g/cm3，抗压强度为32MPa。
实施例4：
将一种干燥无灰基挥发分为39.02%的气煤粉碎到60～80目，备用。按照实施例1中配制浮选液的方法配制比重为1.350的氯化锌浮选液。按照实施例1中煤浆配制方法配制煤浆。煤岩显微组分的分离和富集，具体作法是将配制煤浆转移到离心分离机的水平转子中，以3500转/min的转速转60min。转子中的煤浆分为三层，取出上浮物用水洗除去浮选液，充分搅拌、过滤。滤渣再用水冼，如此循环3次。将得到滤渣在室温下干燥，即为气煤镜质组富集物；中层为浮选液回收循环利用；下层为沉淀物矿物质和丝质组富集物，回收干燥后用用作燃料。以气煤镜质组富集物为原料，将其转移到模具中，再将模具放入高压釜中。向高压釜充氩气至压力为5MPa，以1℃/min升温至470℃，恒温3小时，缓慢释放压力至环境压力，自然冷却至室温，得到炭泡沫体。将得到的炭泡沫体放入炭化炉内，在氩气保护下，以1℃/min升温至950℃，保温3小时，断电降温至室温，得到炭泡沫。将炭泡沫放入石墨化炉内，在氩气保护下，以7.5℃/min升温至2500℃，恒温3小时，断电降温至室温，得到石墨化炭泡沫，其体积密度为0.42g/cm3，抗压强度为22MPa。
实施例5：
将一种干燥无灰基挥发分为39.02%的气煤粉碎到60～80目，备用。按照实施例1中配制浮选液的方法配制比重为1.350的氯化锌浮选液。按照实施例1中煤浆配制方法配制煤浆。煤岩显微组分的分离和富集，具体作法是将配制煤浆转移到离心分离机的水平转子中，以3850转/min的转速转45min。转子中的煤浆分为三层，取出上浮物用水洗除去浮选液，充分搅拌、过滤，滤渣再用水冼，如此循环3次。将得到滤渣在室温下干燥，即为气煤镜质组富集物；中层为浮选液回收循环利用；下层为沉淀物矿物质和丝质组富集物，回收干燥后用用作燃料。以气煤镜质组富集物为原料，将其转移到模具中，再将模具放入高压釜中。向高压釜充氦气至压力为10MPa，以1℃/min升温至470℃，恒温3小时，缓慢释放压力至环境压力，自然冷却至室温，得到炭泡沫体。将得到的炭泡沫体放入炭化炉内，在氦气保护下，以3℃/min升温至1050℃，保温1小时，断电降温至室温，得到炭泡沫。将炭泡沫放入石墨化炉内，，在氦气保护下，以10℃/min升温至2900℃，恒温1小时，断电降温至室温，得到石墨化炭泡沫，其体积密度为0.6g/cm3，抗压强度为30MPa。
实施例6：
将干燥无灰基挥发分为21.44%的焦煤和干燥无灰基挥发分为39.02%的气煤分别粉碎到60～80目，备用。按照实施例1中浮选液的配制方法配制浮选液两份比重为1.350的氯化锌浮选液。将碎粉煤焦煤和气煤分别和十二烷基硫酸钠溶于两份氯化锌浮选液中，充分搅拌即配成两种煤浆。两种煤浆中粉碎煤、氯化锌浮选液和十二烷基硫酸钠的质量比均为1000:3000:4。将配制的两种煤浆分别按照实施例1中煤岩显微组分的分离和富集方法处理。将得到的焦煤镜质组富集物和气煤镜质组富集物按1：1混合均匀，将其转移到模具中，再将模具放入高压釜中。向高压釜充氮气至压力为5MPa，以3℃/min升温至530℃，恒温1小时，缓慢释放压力至环境压力，自然冷却至室温，得到炭泡沫体。炭泡沫体进行炭化处理和进行石墨化处理，分别与实施例1中炭化处理和石墨化处理方法相同。得到石墨化炭泡沫，其体积密度为0.54g/cm3，抗压强度为27MPa。
实施例7：
将干燥无灰基挥发分为21.44%的焦煤和干燥无灰基挥发分为28.05%的肥煤分别粉碎到60～80目。按照实施例1中浮选液的配制方法配制浮选液两份比重为1.350的氯化锌浮选液。将碎粉煤焦煤和肥煤分别和十二烷基硫酸钠溶于两份氯化锌浮选液中，充分搅拌即配成两种煤浆。两种煤浆中粉碎煤、氯化锌浮选液和十二烷基硫酸钠的质量比均为1000:3000:4。将配制两种煤浆分别按照实施例1中煤岩显微组分的分离和富集方法处理。将得到的焦煤镜质组富集物和肥煤镜质组富集物按1：1混合均匀，将其转移到模具中，再将模具放入高压釜中。向高压釜充氮气至压力5MPa，以4℃/min升温至530℃，恒温1小时，缓慢释放压力至环境压力，自然冷却至室温，得到炭泡沫体。炭泡沫体进行炭化处理和进行石墨化处理，分别与实施例1中炭化处理和石墨化处理方法相同。得到石墨化炭泡沫，其体积密度为0.56g/cm3，抗压强度为28MPa。
实施例8：
将干燥无灰基挥发分为28.05%的肥煤和干燥无灰基挥发分为39.02%的气煤分别粉碎到60～80目。按照实施例1中浮选液的配制方法配制浮选液两份比重为1.350的氯化锌浮选液。将碎粉煤肥煤和气煤分别和十二烷基硫酸钠溶于两份氯化锌浮选液中，充分搅拌即配成两种煤浆。两种煤浆中粉碎煤、氯化锌浮选液和十二烷基硫酸钠的质量比均为1000:3000:4。将配制两种煤浆分别按照实施例1中煤岩显微组分的分离和富集方法处理。将得到的肥煤镜质组富集物和气煤镜质组富集物按1：1混合均匀，将其转移到模具中，再将模具放入高压釜中。向高压釜充氮气至压力为5MPa，以5℃/min升温至500℃，恒温2小时，缓慢释放压力至环境压力，自然冷却至室温，得到炭泡沫体。炭泡沫体进行炭化处理和进行石墨化处理分别与实施例1中炭化处理和石墨化处理方法相同。得到石墨化炭泡沫，其体积密度为0.36g/cm3，抗压强度为19MPa。
实施例9：
将干燥无灰基挥发分为21.44%的焦煤、28.02%的肥煤和39.02%的气煤，分别粉碎到60～80目。按照实施例1中浮选液的配制方法配制浮选液三份比重为1.350的氯化锌浮选液。将碎粉煤焦煤、肥煤和气煤分别和十二烷基硫酸钠溶于三份氯化锌浮选液中，充分搅拌即配成三种煤浆。三种煤浆中粉碎煤、氯化锌浮选液和十二烷基硫酸钠的质量比均为1000:3000:4。将配制三种煤浆分别按照实施例1中煤岩显微组分的分离和富集方法处理。将得到的焦煤镜质组富集物、肥煤镜质组富集物和气煤镜质组富集物，按4：1：5混合均匀，将其转移到模具中，再将模具放入高压釜中。向高压釜充氮气至压力为5MPa，以5℃/min升温至530℃，恒温1小时，缓慢释放压力至环境压力，得自然冷却至室温，到炭泡沫体。炭泡沫体进行炭化处理和进行石墨化处理，分别与实施例1中炭化处理和石墨化处理方法相同。得到石墨化炭泡沫，其体积密度为0.50g/cm3，抗压强度为25MPa。
实施例10：
将干燥无灰基挥发分为21.44%的焦煤、28.02%的肥煤和39.02%的气煤，分别粉碎到60～80目。按照实施例1中浮选液的配制方法配制浮选液三份比重为1.350的氯化锌浮选液。将碎粉煤焦煤、肥煤和气煤分别和十二烷基硫酸钠溶于三份氯化锌浮选液中，充分搅拌即配成三种煤浆。三种煤浆中粉碎煤、氯化锌浮选液和十二烷基硫酸钠的质量比均为1000:3000:4。将配制三种煤浆分别按照实施例1中煤岩显微组分的分离和富集方法处理。将得到的焦煤镜质组富集物、肥煤镜质组富集物和气煤镜质组富集物按3：2：5混合均匀，将其转移到模具中，再将模具放入高压釜中。向高压釜充氮气至压力为5MPa，以5℃/min升温至530℃，恒温1小时，缓慢释放压力至环境压力，得到炭泡沫体。炭泡沫体进行炭化处理和进行石墨化处理，分别与实施例1中炭化处理和石墨化处理方法相同。得到石墨化炭泡沫，其体积密度为0.48g/cm3，抗压强度为24MPa。
实施例11：
将干燥无灰基挥发分为21.44%的焦煤、28.02%的肥煤和39.02%的气煤，分别粉碎到60～80目。按照实施例1中浮选液的配制方法配制浮选液三份比重为1.350的氯化锌浮选液。将碎粉煤焦煤、肥煤和气煤分别和十二烷基硫酸钠溶于三份氯化锌浮选液中，充分搅拌即配成三种煤浆。三种煤浆中粉碎煤、氯化锌浮选液和十二烷基硫酸钠的质量比均为1000:3000:4。将配制三种煤浆分别按照实施例1中煤岩显微组分的分离和富集方法处理。将得到的焦煤镜质组富集物、肥煤镜质组富集物和气煤镜质组富集物按2：3：5混合均匀，将其转移到模具中，再将模具放入高压釜中。向高压釜充氮气至压力为5MPa，以5℃/min升温至530℃，恒温1小时，缓慢释放压力至环境压力，自然冷却至室温，得到炭泡沫体。炭泡沫体进行炭化处理和进行石墨化处理，分别与实施例1中炭化处理和石墨化处理方法相同。得到石墨化炭泡沫，其体积密度为0.38g/cm3，抗压强度为19MPa。
实施例12：
将一种干燥无灰基挥发分为21.44%的焦煤粉碎到80～120目，备用。配制比重为1.350的苯与四氯化碳复配浮选液，具体作法是在25℃下，向液态四氯化碳试剂中逐渐添加液态试剂苯，边添加边搅拌，边用1.300～1.360的比重计测量，当溶液比重达到1.350止。即完成了苯与四氯化碳的复配浮选液的配制。因为四氯化碳与苯的复配浮选液有毒，对操作者健康不利，因此，一般首选氯化锌浮选液。配制煤浆，具体作法是将粉碎煤和硬脂酸溶于苯与四氯化碳复配浮选液，充分搅拌即配成煤浆。煤浆中粉碎煤、苯与四氯化碳复配浮选液和硬脂酸的质量比为1000:3000:4。煤浆按照实施例1中的煤岩显微组分分离与富集的方法进行处理。以焦煤镜质组富集物为原料，将其转移到模具中，再将模具放入高压釜中。向高压釜充压力氮气至压力为5MPa，以5℃/min升温至530℃，恒温1小时，缓慢释放压力至环境压力，自然冷却至室温，得到炭泡沫体。炭泡沫体进行炭化处理和进行石墨化处理，分别与实施例1中炭化处理和石墨化处理方法相同。得到石墨化炭泡沫，其体积密度为0.75g/cm3，抗压强度为36MPa。
实施例13：
将一种干燥无灰基挥发分为21.44%的焦煤粉碎到120～200目，备用。按照实施例12中苯与四氯化碳的复配浮选液配制方法配制比重为1.350的苯与四氯化碳复配浮浮选液。按照实施例12中煤浆的配制方法配制煤浆。煤浆按照实施例1中的煤岩显微组分分离与富集的方法进行处理。以焦煤镜质组富集物为原料，将其转移到模具中，再将模具放入高压釜中。向高压釜充压力氮气至压力为5MPa，以5℃/min升温至530℃，恒温1小时，缓慢释放压力至环境压力，自然冷却至室温，得到炭泡沫体。炭泡沫体进行炭化处理和进行石墨化处理，分别与实施例1中炭化处理和石墨化处理方法相同。得到石墨化炭泡沫，其体积密度为0.80g/cm3，抗压强度为40MPa。
Claims (3)
1.一种利用预处理烟煤制备石墨化炭泡沫的方法：
其特征在于：包括以下操作步骤：
（1）粉碎：将干燥无灰基挥发分为21.00～40.00%的烟煤粉碎到60～200目，备用；
（2）配制浮选液：在温度25℃下，将分析纯氯化锌试剂逐渐添加到水中，边添加，边搅拌，使氯化锌完全溶解在水中，边用量程为1.300～1.360的比重计测量，直至比重达到1.350时止，即完成氯化锌浮选液的配制，备用；在温度25℃下，向液态四氯化碳试剂中逐渐添加液态试剂苯，边添加，边搅拌，边用量程为1.300～1.360的比重计测量，直至比重达到1.350时止，即完成苯与四氯化碳的复配浮选液的配制，备用；
（3）配制煤浆：将粉碎煤和表面活性剂溶于上述配制的氯化锌浮选液或苯与四氯化碳的复配浮选液中，充分搅拌，配成煤浆；煤浆中粉碎煤、浮选液和表面活性剂的质量比为：1000: (2000～4000) : (2-6)，所用表面活性剂采用十二烷基硫酸钠或硬脂酸；
（4）煤岩显微组分的分离与富集：将上述配制的煤浆转移到离心分离机的水平转子中，以3500～4200转/min的转速转60～30min；煤浆被分离为上、中、下三层，取出上层的上浮物用水洗除去浮选液，充分搅拌过滤，过滤后的滤渣再用水洗、过滤，如此循环3次后，将滤渣于室温下干燥，即得镜质组富集物，用作制备炭泡沫原料，备用；中层为浮选液，回收再循环利用；下层沉淀物为矿物质和丝质组富集物，回收干燥后用作燃料；
（5）制备炭泡沫体：将镜质组富集物转移到不锈钢模具中，再将模具放入高压釜中，向高压釜内充入惰性气体氮气，在氮气的压力为0～10MPa下，以1～5℃/min升温至470～530℃，恒温1～3小时，断电自然冷却至室温，缓慢释放压力至环境压力，得到炭泡沫体；
（6）炭化处理：将上述炭泡沫体放入炭化炉内，在惰性气体氮气、氩气或氦气的保护下，以1～3℃/min升温至950～1050℃，保持恒温1～3小时，然后自然降温至室温，即得炭泡沫；
（7）石墨化处理：将上述炭泡沫放入石墨化炉内，在惰性气体氮气、氩气或氦气的保护下，以5～10℃/min升温至2500～2900℃，保持恒温1～3小时，最后断电降温至室温，即得石墨化炭泡沫。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：作为原料的所述镜质组富集物为气煤镜质组富集物、肥煤镜质组富集物与焦煤镜质组富集物中的至少一种，各镜质组富集物的质量混合比为（1～0）:（0～1）:（0～1）。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述石墨化炭泡沫的体积密度为0.30～0.80g/cm3，抗压强度为18～40MPa。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210364942.9A CN102849723B (zh) | 2012-09-27 | 2012-09-27 | 利用预处理烟煤制备石墨化炭泡沫的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210364942.9A CN102849723B (zh) | 2012-09-27 | 2012-09-27 | 利用预处理烟煤制备石墨化炭泡沫的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102849723A CN102849723A (zh) | 2013-01-02 |
| CN102849723B true CN102849723B (zh) | 2014-07-16 |
Family
ID=47396773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210364942.9A Active CN102849723B (zh) | 2012-09-27 | 2012-09-27 | 利用预处理烟煤制备石墨化炭泡沫的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102849723B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106278269B (zh) * | 2016-08-04 | 2019-04-02 | 辽宁科技大学 | 正压下微波加热制备煤基炭泡沫的装置及方法 |
| CN106278367B (zh) * | 2016-08-04 | 2018-11-13 | 辽宁科技大学 | 常压下微波加热制备煤基炭泡沫的装置及方法 |
| CN108622872B (zh) * | 2018-05-18 | 2020-09-29 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 无定形碳材料及制备方法与用途 |
| CN109384229A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-02-26 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种面向高能量密度超级电容用磷掺杂多孔炭电极材料的制备方法 |
| CN113813927B (zh) * | 2021-10-21 | 2024-03-01 | 河北中煤旭阳能源有限公司 | 泡沫炭基固体胺吸附剂及其制备方法和应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101439852A (zh) * | 2008-12-12 | 2009-05-27 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一步法制备开孔型酚醛树脂基泡沫炭的方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6544491B1 (en) * | 1995-05-31 | 2003-04-08 | West Virginia University | Methods of making a carbon foam |
-
2012
- 2012-09-27 CN CN201210364942.9A patent/CN102849723B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101439852A (zh) * | 2008-12-12 | 2009-05-27 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一步法制备开孔型酚醛树脂基泡沫炭的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102849723A (zh) | 2013-01-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102849723B (zh) | 利用预处理烟煤制备石墨化炭泡沫的方法 | |
| JP5507006B2 (ja) | 不融化処理プロセスが必要でない瀝青の球状活性炭の製造方法 | |
| CN100374367C (zh) | 以沥青为原料制备泡沫炭材料的方法 | |
| CN103194254A (zh) | 一种中间相沥青及其制备方法 | |
| CN103272490B (zh) | 一种纤维增强平板状炭膜及其制备方法 | |
| CN105668553A (zh) | 利用废料制备高强度炭材料的工艺 | |
| CN106701133B (zh) | 一种低变质粉煤、沥青、焦油渣粉碎后成型干馏方法 | |
| CN101811691A (zh) | 一种中间相炭微球的制备方法 | |
| CN103614153A (zh) | 缩聚沥青的制备方法和针状焦的制备方法及针状焦 | |
| CN101920956A (zh) | 一种高效制备沥青基中间相炭微球的方法 | |
| CN104843699A (zh) | 一种利用废弃粉状活性炭制备糖液脱色用成型颗粒活性炭的方法 | |
| CN112299849B (zh) | 一种利用再生石墨制备电池碳棒的方法 | |
| CN103613089A (zh) | 利用煤液化残渣制备中间相炭微球的方法及中间相炭微球 | |
| CN108178533B (zh) | 高强再生胶凝材料制品的制备方法 | |
| CN106395810A (zh) | 一种低石墨化度hev用石墨负极材料的制备方法 | |
| CN105060287B (zh) | 一种超级电容器用相互连接的且卷起的网状石墨烯材料的制备方法 | |
| CN103849411B (zh) | 一种各向同性焦的制备方法 | |
| CN102190898B (zh) | 一种常温改性道路沥青的制备方法 | |
| CN107324327B (zh) | 一种以煤为原料直接合成石墨材料的方法和用途 | |
| CN103387221A (zh) | 一种铝电解槽用无沥青结合阴极炭块材料及其生产方法 | |
| CN100572268C (zh) | 高强度高密度各向同性细结构炭材料的制造方法 | |
| CN103754870A (zh) | 一步活化法制备焦炭基成型活性炭的方法 | |
| CN103849413B (zh) | 沥青添加剂、改性沥青、及其制备方法、应用和沥青炭化物的制备方法 | |
| CN101497027A (zh) | 利用改质煤焦油沥青制备吸附材料的方法 | |
| CN109179371A (zh) | 一种中间相炭微球及利用沥青热裂油制备中间相炭微球的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |