CN104276576A - 一种微波加热煅烧高白度粉末材料的装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于环保及资源综合利用技术领域，具体为一种微波加热煅烧高白度粉末材料的装置。本发明装置分为加料腔、反应腔、收集器等部分；将硅藻土或高岭土原土与反应剂混合投入加料腔后，通过挤入方式将材料送入微波反应腔，通过微波深层加热，在第一反应腔内加热至100℃以上，持续时间5~30分钟，使原土预热干燥；在第二反应腔内加热至所需的煅烧温度并煅烧5~30分钟，得到白度92以上的高白度粉末材料；生成的粉末材料由收集器冷却并储存。本发明装置采用微波加热方式，节能环保，能够确保连续批量生产，并可以有效避免火灾等安全隐患。本发明生产的高白度粉末材料具有良好的遮盖力和稳定性，能够替代或部分替代价格昂贵的钛白粉材料，具有广阔的应用前景。

Description

一种微波加热煅烧高白度粉末材料的装置

技术领域

本发明属于环保及资源综合利用技术领域，具体涉及一种微波加热煅烧高白度粉末材料的装置。

背景技术

在造纸、油漆涂料等众多化工行业，需要使用大量的高白度、高遮盖力的白色粉末材料来提高产品性能。目前最常用的是钛白粉材料，但这种材料价格比较昂贵，而且高质量的钛白粉材料主要依赖于进口。因此，为了进一步降低产品成本、改善性能，需要寻找更价廉物美的材料来替代或部分替代钛白粉材料。

硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，由单细胞水生植物硅藻的遗骸沉积所形成，其化学成分以SiO₂为主，并含有少量Fe₂O₃、CaO、MgO、Al₂O₃及有机杂质。天然硅藻土的颜色取决于其粘土矿物及有机质等，不同矿源硅藻土的成分不同。通常呈现浅黄或浅灰色，优质的硅藻土颜色更白，SiO₂含量更高。硅藻土具有多孔性结构，质地轻软、吸收性强，而且化学性质稳定、耐磨耐热，因而在工业上有着众多用途，例如作为保温材料、过滤材料、填料、研磨材料、水玻璃原料、脱色剂及硅藻土助滤剂、催化剂载体等。

硅藻土的多孔性令其具有良好的遮盖力，因而可以部分替代昂贵的钛白粉材料。其中，硅藻土在造纸填料方面具有广泛的应用。良好的分散性使其能够与纤维的有机结构相结合，从而制造功能特性纸张。使用硅藻土材料能够显著提升纸张的厚度、光滑性、不透明度、耐磨性以及干燥性等性能指标，使纸张质量轻、白度高、光泽好、强度高，纸张薄而光滑，印刷后不易发生穿透。另外，由于硅藻土无毒无害，也可以用于食品、医药、日常生活用品的包装材料。此外，硅藻土还可以用于涂料行业，改善涂料的表面性能，增加遮盖力和附着力，并提高涂料的快干度。

高岭土也一种非金属矿产，主要成分是Al₂0₃·2Si0₂·2H₂0。目前高岭土已成为造纸、陶瓷、橡胶、化工、涂料、医药和国防等几十个行业所必需的矿物原料。高岭土的颜色主要与其所含的金属氧化物或有机质有关，纯度高的高岭土为白色。造纸用煅烧高岭土以优质的煤系高岭土为原料，经选矿、超细粉磨、煅烧而成。它具有较完整的六方片状结构、良好的孔隙度、合理的粒度分布范围和极佳的光散射性等特点。同时，由于白度高、磨耗值低、吸油性好，是一种优良的涂料颜料，在造纸行业中主要用于涂布的面涂。其具有降低生产成本，提高纸张性能，提高油墨吸收率，与其他组分有良好的相容性且自身粘浓度高的特点。

我国具有丰富的硅藻土和高岭土矿产资源。我国硅藻土储量3.2亿吨，远景储量达20多亿吨，分布很广，主要集中在华东及东北地区，但是优质的硅藻土主要集中在吉林长白山以及云南两个地区，而其他矿床大多数为3~4级土，杂质含量高。而高岭土矿产资源排名世界前列，其中煤系高岭土16.7亿吨，可用于建筑、涂料、油漆及造纸涂料。但是，为了满足各种工业要求，需要对原土进行煅烧等提炼、提纯加工工序来提高粉末材料性能。

目前的高温煅烧工序大多采用回转炉等烧窑方式，通过对原土的粉碎、分选、煅烧、气流分级、去杂等一系列加工工序改变其粒度的分布状态及表面性质。如发明专利CN88109070.0中，将硅藻土原土经过粉碎、酸化处理提纯、洗涤、烘干、加入助熔剂混合、煅烧、粉碎、活性表面处理、低温活化等工序，得到硅藻土助滤剂，其煅烧采用的就是焙烧炉。实用新型专利CN201320229097.4介绍了一种由两层煅烧室组成的硅藻土煅烧装置和煅烧方法，但没有本质上改变煅烧方式。而烧窑方式需要消耗大量的煤炭燃料，能耗严重，且存在严重的安全隐患。发明专利CN201310204770.3描述了一种微波烧结硅藻土砖的配方及制备方法，其中微波用于干燥、排碳和烧结成砖。该专利详细介绍了硅藻土砖的配方以及制备流程，但并未对微波反应装置进行详细描述。

发明内容

本发明的目的是提供一种微波加热煅烧高白度粉末材料的装置，用以提纯硅藻土和高岭土，并获得低价格、高遮盖力、高稳定性的白色粉末材料来替代或部分替代钛白粉材料，从而提高这两种原土的利用效率、增加经济效益，并开发并推广其在造纸业、油漆涂料等多方面领域的应用。

本发明提出的微波加热煅烧高白度粉末材料的装置，是采用微波对硅藻土或高岭土原土进行加热处理，其包含加料腔、微波反应腔、收集器等，生产力至少达到200 kg/h；其中：

（1）加料腔设有一个供料口，用以将硅藻土或高岭土原土与0.5~5%的氢氧化钠或氢氧化钾反应剂混合后投入加料腔，经由挤入方式推送材料并进入微波反应腔体，挤入速度根据所需的煅烧时间来确定； 

（2）微波反应腔腔体分为两部分，第一反应腔体为预热干燥腔体，第二反应腔体为高温煅烧腔体；两个反应腔体轴心与地面的夹角为0°~90°；原土材料通过第一反应腔体时被加热至100 ℃以上，持续时间为5~30分钟，排除水汽和一些挥发性的杂质气体；然后材料在第二反应腔内加热至所需的煅烧温度并持续煅烧5~30分钟，得到白度92以上的粉末材料；

（3）微波反应腔后连接收集器，煅烧后的粉末材料落入收集器内进行冷却和储存，收集器下方设有出料口。

本发明中，所述的反应腔腔体采用金属或合金的板材或铸件制成，反应腔体长度和容量大小可以变化，腔体内表面可以用物理、化学或机械的方法附着有高微波反射率的材料，腔体内还有一层保温层。腔体上开有若干个窗口，窗口装有透射微波的介质材料，介质材料为陶瓷、云母、石英、玻璃、聚四氟乙烯或塑料，窗口大小、形状以及排列密度根据所述反应腔体的具体尺寸进行设计确定。

所述的反应腔体外侧排布至少1个磁控管，磁控管与窗口之间用波导连接，微波透过窗口对原土材料进行深层加热。反应腔体外采取一个波导覆盖一个窗口的排布方式，或者采用一个波导覆盖多个窗口的方式。所述的磁控管的微波频率是433 MHz、915 MHz、2450 MHz或5800 MHz，微波功率为1 kW以上，磁控管的数量与所述反应腔体的生产力相匹配。

所述的第一反应腔体和第二反应腔体可以采用不同的结构尺寸、窗口排布、磁控管数量、微波功率；第一反应腔体设有出气孔，用来排除硅藻土原土加热后产生的水汽以及其它杂质气体。

所述的收集器靠近出料口的地方可以吹入冷空气，冷却煅烧后的粉末；收集器上方设有管道出气且管道内有过滤装置，滤除排放气体中的粗颗粒物和细颗粒物。

所述的磁控管散出的热风以及收集器排出的热气可以通过管道收集回用，辅助原土的预热干燥，从而节省能源。

本发明具有以下优势：

本发明装置利用了微波深层加热效应，能够以较低的耗电量对大容量的原土材料进行均匀的高温煅烧，消耗的能量较现有的烧窑装置低，是一种更加节能环保的生产装置，并且能够随时关断微波热源，可以有效避免火灾等安全事故的发生，符合国家可持续发展的战略。

本发明装置的微波加热方式，能够快速升温煅烧硅藻土原土生成高性能高白度的粉末材料，并且能够瞬时关断外部热源，这样既节约了煅烧反应时间，又以流水线式的生产工艺提高了生产效率，可以确保持续的大批量生产，还有效降低了加工成本和人力成本。

本发明生产的高白度粉末材料具有良好的遮盖力和稳定性，能够替代或部分替代价格昂贵的钛白粉材料，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的一种微波加热煅烧高白度粉末材料的装置的示意图。

图2为本发明的一种微波加热煅烧高白度粉末材料的装置的反应腔体的结构示意图。

图中标号：1—加料腔；2—第一反应腔体；3—第二反应腔体；4—收集器；5—出料口；6—供料口；7—挤入螺杆；8—排气管；9—磁控管；10—通气管；11—放气管道；12—滤网；13—放料阀门；14—反应腔壁；15—介质窗口；16—波导管。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。所描述的实施例仅为本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例而未作出创造性成果的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

根据图1所示的一种微波加热煅烧高白度粉末材料的装置，包含加料腔1、第一反应腔2、第二反应腔3、收集器4、出料口5等部分：

在加料腔1处，将硅藻土原土与1%的氢氧化钠混合原料通过供料口6投入，由螺杆7不断挤入到微波反应器第一反应腔体2，并通过这种挤入方式推动硅藻土在整个煅烧装置中的运动。

微波反应腔体分为两部分，第一反应腔体2为预热干燥腔体，第二反应腔体3为高温煅烧腔体，两个反应腔体轴心与地面的夹角为0°~90°。反应腔体的结构如图2所示，反应腔壁14采用不锈钢板制成，内表面套有玻璃套管作为保温层，腔壁上开有多个玻璃介质窗口15，腔体外部排布若干个磁控管9，产生频率2450 MHz的微波。微波经波导管16传递，由腔体表面的玻璃窗15进入反应腔内部，对腔体内的硅藻土材料进行均匀的深层加热。冷却风扇吹过磁控管散热片后产生的热风可以回收利用，用来预热原料。

第一反应腔体2和第二反应腔体3可以采用不同的结构尺寸、窗口排布、磁控管数量、微波功率。硅藻土原土在第一反应腔体2内被加热至150 ℃，持续时间为10分钟，生成的水汽以及其他杂质气体经由腔体2与加料腔1接口处的排气管8排出；预热干燥后的硅藻土在加料口不断输入的原土的推动下进入第二反应腔体3，被加热至900 ℃高温并煅烧30分钟，能够得到白度92以上的高白度粉末材料。

最后，煅烧成的高白度粉末材料落入收集器4内进行冷却和储存。收集器4下方设有通气管10，可以通入冷空气使高温的粉末材料冷却，而热气经由收集器4上方的放气管道11排出，放气管道11中有滤网12来滤除排放气体中的粗颗粒物，再由滤袋滤除细颗粒物。放气管道11排出的热气可以经由管道连通到第一反应腔体，辅助原料的预热干燥，从而节约能源。收集器4正下方连接出料口5，通过阀门13来控制放料。

本发明装置利用了微波深层加热效应，微波在硅藻土原土内进行多次穿透、反射和吸收，对其内外同时进行加热，所以加热后温度均匀、效率高，相比现有的使用煤炭燃料的烧窑装置更加环保节能，且安全性也更高。

本发明装置的微波加热方式，加热速度快，节约了煅烧反应时间，而且能够实现流水线式的生产工艺，有效提高了生产效率，降低了成本。

Claims (10)

1. 一种微波加热煅烧高白度粉末材料的装置，采用微波对硅藻土或高岭土原土进行加热处理，其特征在于包含加料腔、反应腔、收集器、出料口，其中：

（1）加料腔设有一个供料口，用以将硅藻土或高岭土原土与0.5~5%的氢氧化钠或氢氧化钾反应剂混合后投入加料腔，并经由挤入方式推送材料，进入微波反应腔体，挤入速度根据所需的煅烧时间来确定； 

（2）微波反应腔腔体分为两部分，第一反应腔体为预热干燥腔体，第二反应腔体为高温煅烧腔体；两个反应腔体轴心与地面的夹角为0°~90°；原土材料通过第一反应腔体时被加热至100 ℃以上，持续时间为5~30分钟，排除水汽和一些挥发性的杂质气体；然后材料在第二反应腔内加热至所需的煅烧温度并持续煅烧5~30分钟，得到白度92以上的粉末材料；

（3）微波反应腔后连接收集器，煅烧后的粉末材料落入收集器内进行冷却和储存，收集器下方设有出料口。

2. 根据权利要求1所述的微波加热煅烧高白度粉末材料的装置，其特征在于所述的反应腔体采用金属或合金的板材或铸件制成；反应腔体长度和容量大小可以变化；腔体内设有一层保温层；腔体上开有若干个窗口，窗口装有透射微波的介质材料；所述的反应腔体外侧排布至少1个磁控管，磁控管与窗口之间用波导连接，微波透过窗口对原土材料进行深层加热。

3. 根据权利要求2所述的微波加热煅烧高白度粉末材料的装置，其特征在于所述的反应腔体内表面用物理、化学或机械的方法附着有高微波反射率的材料。

4. 根据权利要求2所述的微波加热煅烧高白度粉末材料的装置，其特征在于所述的介质窗口采用陶瓷、云母、石英、玻璃、聚四氟乙烯或塑料制成，窗口大小、形状以及排列密度根据所述反应腔体的具体尺寸确定。

5. 根据权利要求2所述的微波加热煅烧高白度粉末材料的装置，其特征在于所述的反应腔体外采取一个波导覆盖一个窗口的排布方式，或者采用一个波导覆盖多个窗口的方式。

6. 根据权利要求2所述的微波加热煅烧高白度粉末材料的装置，其特征在于所述的磁控管的微波频率是433 MHz、915 MHz、2450 MHz或5800 MHz，微波功率为1 kW以上，磁控管的数量与所述反应腔体的生产力相匹配。

7. 根据权利要求1所述的微波加热煅烧高白度粉末材料的装置，其特征在于所述的第一反应腔体和第二反应腔体采用不同的结构尺寸、窗口排布、磁控管数量、微波功率；第一反应腔体设有出气孔，用来排除硅藻土原土加热后产生的水汽以及其它杂质气体。

8. 根据权利要求1所述的微波加热煅烧高白度粉末材料的装置，其特征在于所述的收集器靠近出料口的地方可以吹入冷空气，冷却煅烧后的粉末；收集器上方设有管道，用于出气，且管道内有过滤装置，滤除排放气体中的粗颗粒物和细颗粒物。

9. 根据权利要求2或8所述的微波加热煅烧高白度粉末材料的装置，其特征在于所述的磁控管散出的热风以及收集器排出的热气通过管道收集回用，辅助原土的预热干燥。

10. 根据权利要求1所述的微波加热煅烧高白度粉末材料的装置，其特征在于所述的煅烧装置的生产力至少达到200 kg/h。