CN110745805A - 一种麻杆炭粉制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种麻杆炭粉制作方法，属于军工炭、黑火药炭生产技术领域，具体工艺步骤包括原料筛选→切碎→一次烘干→炭化→淬火→二次烘干→冷却→粉碎→包装，其中炭化步骤采用阶段性炭化的方式分三段进行，第一阶段温度为190℃‑250℃，第二阶段温度为300℃‑500℃，第三阶段温度为450℃‑500℃，炭化总时间为20min‑40min，三阶段炭化时间比为1∶2∶1；本发明的方法根据不同麻类设定每一段的炭化温度、炭化时间以减少灰分的产生，并通过独创的淬火步骤来提高炭化孔隙密集度，增大孔隙尺寸，除去灰分和挥发分，以及设定淬火后烘干温度、烘干时间来控制比表面积，针对不同麻类，能够在最适合的条件下达到高产高质的目的。
Description
技术领域
本发明涉及军工炭、黑火药炭生产技术领域，尤其是涉及一种优质麻杆炭粉的制作方法。
背景技术
麻杆炭粉的特点及应用：1、吸附分解作用：由于炭质本身有着无数的孔隙，这种炭质气孔能有效地对吸空气和中各种浮游物质，对硫化物、氢化物、甲醇、苯、酚等有害化学物质起到吸收、分解异味和消臭作用；2、污水处理净化：废水中的一些有机物是难于为微生物或一般氧化法所氧化分解的，如酚、苯、石油及其产品、杀虫剂、洗涤剂、合成染料、胺类化合物以及许多人工合成有机物，经麻秆炭净化处理后能达到各种理想标准；3、易燃爆发力强：粉状麻秆炭有较好易燃性，有燃烧速度快爆发力强的优点.在兵工导火索、民用引线、黑火药、烟花、炮竹行业拥有重要地位。
麻秆炭粉是用各种麻杆做原料加工的，是一种重要的化工原料，常居于最活跃的化工交易产品排榜的前列。国内外需求量达数百万吨。1990年我国引进部分炭黑和相关产品，2004年达到1.1万吨。今后几年，全球炭黑市场需求量将以平均每年4％的速度增长。巨大的需求空间，决定了本项目产品的市场前景非常广阔。产品用途：兵工导火索、烟花、炮竹、医药业等。产品微孔多、炭含量高，质量优良，产品花色品种多。因此，高档产品定位在兵工生产厂家、黑火药厂等行业，中低档产品主要用于烟花、炮竹的生产。现有大部分炭粉均采用间歇闷烧式炭化工艺生产，具体为从原料到烘干、堆积、闷烧、粉碎，最后包装；这种工艺类似于现在烧木炭方法，即将炭化原料堆积在砖砌炭化炉内，燃烧至一定程度，与空气隔绝，形成缺氧闷烧，这种方法的缺点是炭化不均匀，有的原料烧过头了就成灰分，有的原料还未炭化好，因而出炭粉率低，且比重不均匀，孔隙较少。
据查阅相关资料，利用各种麻杆可以加工生产炭粉，炭粉用途广泛，应用于军工业、农业、医药、家庭等多个领域，其中军工业对炭粉的质量要求较高，一般需要比重在0.09～0.11，孔隙密度高，孔径大，灰分挥发分极少，目数大等，其中，炭粉的目数是原料炭化后用粉碎机粉碎就能够达到要求的细度，而对于其他参数要求现在还没有较佳的工艺来实现，目前国内外生产炭粉都是用传统的工艺，土窑生产，产品质量得不到有效的控制，产量低，生产周期长，灰分大，炭化不均匀。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效提高炭粉率以及出炭粉品质的麻杆炭粉制作方法，采用本发明技术方案，针对不同麻杆，灵活调整炭化温度参数、时间参数，且将炭化后的炭块经炭化炉排除后立即浸没于水中，采用类似于钢的调制处理中的淬火工艺处理，此过程中一方面，高温炭块迅速降温，表面孔隙形成，孔隙密集度提高，孔隙尺寸增大，另一方面，阻止了高温炭块与空气的接触，避免了因与空气接触燃烧后灰分的形成，除此之外，粘附于炭块表面的灰分经水洗涤，不至于进入下一道工序，显著提高了炭粉质量；淬火工序之后的类似回火处理，又有效地将比重控制于0.09～0.11的高质量区间。
为解决现有技术中炭粉制作方法生产的炭粉比重不可控、孔隙少、孔隙尺寸小、灰分及挥发分多的技术问题，本发明提供了一种麻杆炭粉制作方法，其创新点在于：包括以下制备步骤：
原料筛选：选取麻绒质量占麻杆总质量的比例在2％以下的麻杆；
切碎：原料切碎至粒径为2～5cm之间的颗粒；
一次烘干：投入烘干机烘干，使其含水率为1％-3％；
炭化：将烘干后的颗粒投入炭化炉内加热20min～40min，其中，炭化炉内腔从进料端至出料端依次划分为三个阶段，且第一阶段温度为190℃～250℃，第二阶段温度为300℃～500℃，第三阶段温度为450℃～500℃，三个阶段的炭化时间比为1∶2∶1；
淬火：将经上步炭化炉排出的炭块进行淬火处理，将其浸没于水中再捞出；
二次烘干：淬火后的炭块投入烘干机烘干，其中，烘干温度为100℃～120℃，烘干时间为20min～30min；
冷却：将二次烘干后的炭块冷却；
粉碎：冷却后的炭块进行粉碎处理，使其细度达到150～200目；
包装。
在此基础上，本申请提供的麻杆炭粉制作方法，其中，炭化步骤中炭化炉的进料端高于出料端，且炭化炉的轴线相对于水平面的倾角为15°～28°。
进一步的，本申请提供的麻杆炭粉制作方法，其中，原料是亚麻杆、工业大麻秆、红麻秆、苎麻秆、火麻一号秆、火麻二号秆、黄麻秆其中之一。
优选的，本申请提供的麻杆炭粉制作方法，其中，原料是亚麻秆时，原料在炭化炉内加热时间为30min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、350℃和500℃。
优选的，本申请提供的麻杆炭粉制作方法，其中，原料是工业大麻秆时，原料在炭化炉内加热时间为40min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为240℃、350℃和500℃。
优选的，本申请提供的麻杆炭粉制作方法，其中，原料是红麻秆时，原料在炭化炉内加热时间为30min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、300℃和450℃。
优选的，本申请提供的麻杆炭粉制作方法，其中，原料是苎麻秆时，原料在炭化炉内加热时间为35min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、350℃和500℃。
优选的，本申请提供的麻杆炭粉制作方法，其中，原料是火麻一号秆时，原料在炭化炉内加热时间为40min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、350℃和500℃。
优选的，本申请提供的麻杆炭粉制作方法，其中，原料是火麻二号秆时，原料在炭化炉内加热时间为30min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、400℃和500℃。
优选的，本申请提供的麻杆炭粉制作方法，其中，原料是黄麻秆时，原料在炭化炉内加热时间为30min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、300℃、450℃。
本发明的有益效果是：本发明技术方案，针对不同麻杆种类，灵活调整炭化炉三个阶段各自的加热灶头工作状况，从而实现温度参数、时间参数的改变，且独创性地将炭化后的炭块经炭化炉排除后立即浸没于水中，采用类似于钢的调制处理中的淬火工艺处理，此过程中一方面，高温炭块迅速降温，表面孔隙形成，孔隙密集度提高，孔隙尺寸增大；另一方面，阻止了高温炭块与空气的接触，避免了因与空气接触燃烧后灰分的形成；除此之外，粘附于炭块表面的灰分经水洗涤，不至于进入下一道工序，显著提高了炭粉质量；淬火工序之后的类似钢的回火处理，因为将烘干温度控制在略高于水沸点，远低于炭块燃点的范围之内，从而又有效地将比重控制在了0.09～0.11的高品质区间。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明：
本发明炭粉制作方法，制备步骤如下：
本发明提供了一种麻杆炭粉制作方法，其创新点在于：包括以下制备步骤：
原料筛选：选取麻绒质量占麻杆总质量的比例在2％以下的麻杆；
需要说明的是，麻杆中包含有麻绒，麻绒越多最终成炭质量越差，且影响炭化效率。
切碎：原料切碎至粒径为2～5cm之间的颗粒；
一次烘干：投入烘干机烘干，使其含水率为1％-3％；
炭化：将烘干后的颗粒投入炭化炉内加热20min～40min，其中，炭化炉内腔从进料端至出料端依次划分为三个阶段，且第一阶段温度为190℃～250℃，第二阶段温度为300℃～500℃，第三阶段温度为450℃～500℃，三个阶段的炭化时间比为1∶2∶1；
淬火：将经上步炭化炉排出的炭块进行淬火处理，将其浸没于水中再捞出；
二次烘干：淬火后的炭块投入烘干机烘干，其中，烘干温度为100℃～120℃，烘干时间为20min～30min；
冷却：将二次烘干后的炭块自然冷却；
粉碎：冷却后的炭块进行粉碎处理，使其细度达到150～200目；
包装。
其中，炭化步骤中炭化炉的进料端高于出料端，且炭化炉的轴线相对于水平面的倾角为15°～28°。
以上制作方法中创造性提出淬火步骤，需要说明的是，在钢的调制处理中大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺；淬火是把钢加热到临界温度以上，保温一定时间，然后以大于临界冷却速度进行冷却，从而获得以马氏体为主的不平衡组织(也有根据需要获得贝氏体或保持单相奥氏体)的一种热处理工艺方法，淬火是钢热处理工艺中应用最为广泛的工种工艺方法；本申请将其转用于炭粉制作工艺中，一方面，高温炭块迅速降温，表面孔隙形成，孔隙密集度提高，孔隙尺寸增大；另一方面，减少了高温炭块与空气的接触，避免了因与空气接触燃烧后灰分的形成；除此之外，粘附于炭块表面的灰分经水洗涤，不至于进入下一道工序，显著提高了炭粉质量；淬火工序之后的二次烘干处理类似于钢的回火(为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。)处理，因为将烘干温度控制在水沸点，远低于炭块燃点的范围，从而又出乎意料地将比重控制在了0.09～0.11的高品质区间。
本实施例中，原料是亚麻杆、工业大麻秆、红麻秆、苎麻秆、火麻一号秆、火麻二号秆、黄麻秆其中之一。
其中，原料是亚麻秆时，原料在炭化炉内加热时间为30min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、350℃和500℃。
其中，原料是工业大麻秆时，原料在炭化炉内加热时间为40min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为240℃、350℃和500℃。
其中，原料是红麻秆时，原料在炭化炉内加热时间为30min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、300℃和450℃。
其中，原料是苎麻秆时，原料在炭化炉内加热时间为35min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、350℃和500℃。
其中，原料是火麻一号秆时，原料在炭化炉内加热时间为40min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、350℃和500℃。
其中，原料是火麻二号秆时，原料在炭化炉内加热时间为30min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、400℃和500℃。
其中，原料是黄麻秆时，原料在炭化炉内加热时间为30min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、300℃、450℃。
军工炭粉的质量标准主要指标为比重(比表面积)、含炭量(固态碳)、细度(目数)及水份、灰份，挥发分、炭粉的细度是原料炭化后用粉碎机粉碎就能够达到要求的目数，与炭化的原料无关，而炭粉的比重与含炭量则主要取决于炭化原料与炭化过程，原料炭化加工过程中的主要因子为炭化的温度与炭化的时间，炭化温度过高，则原料炭化过头了，炭粉的含炭量降低，出炭率也低，炭化温度过低，则原料还未完全炭化，同理，炭化时间过长，则原料也炭化过头了，炭化时间过短，则原料也还未完全炭化，同时也影响比重的变化，因此本实验内容有三个方面：炭化原料、两种炭化方式、二个炭化因子。
间歇闷烧式炭化实验采用闷烧炭化实验炉，本申请炭化实验采用回转式炭化炉；
炭化时间与炭化温度，炭化时间(用“T”表示)设计四个水平，即10分钟、20分钟、30分钟、40分钟，炭化温度(用“C”表示)设计三个水平，即190～250℃、300～500℃、450～500℃。按照炭化技术时间与温度关系，组合成12个实验处理组合。
表1，不同时间与温度实验处理组合
实施例1，亚麻秆炭化实验
从亚麻秆炭化实验表2得出，12个实验处理组合中，出炭粉率闷烧式实验在26.66-32.55％之间，相差5.89个百分点，本申请回转式33.83-40.80％之间，相差6.97个百分点，回转式比闷烧式出炭粉率高出7.17-8.25个百分点，两种碳化方式均表现随着碳化温度升高与碳化时间增加出炭粉率明显逐渐减少；炭粉含炭量闷烧式在76.12-80.50％之间，回转式76.12-80.87％之间，12个实验处理组合中之间比较均表现差异不大，两种碳化方式比较也均表现差异不大，其变化也是随着碳化温度升高与碳化时间增加炭粉含炭量逐渐减少，变化在4个百分点以内；炭粉比重闷烧式在0.1303-0.1512g/cm3之间，其变化幅度为0.0209g/cm3，而回转式为0.1010-0.1262g/cm3之间，其变化幅度0.0252g/cm3，对应碳化时间20分钟为最低，此时间段闷烧式炭粉比重在0.1303-0.1314g/cm3之间，回转式炭粉比重在0.1010-0.1099g/cm3之间。
综合出炭粉率、含炭量、比重三个方面实验结果分析，亚麻秆原料12个实验处理组合两种碳化方式比较，本申请回转式比闷烧式出炭粉率高出7-8个百分点，含炭量两种碳化方式比较均表现差异不是很大，回转式比重比闷烧式明显更小。两种炭化方式均以“T2 C2(20分钟+300-500℃)”组合最好。
表2，亚麻秆原料炭化实验
实施例2，工业大麻炭化实验
从工业大麻炭化实验表3可以看出，12个实验处理组合中，出炭粉率闷烧式实验在36.86-39.90％之间，相差3.04个百分点，回转式43.15-45.26％之间，相差1.76个百分点，回转式与闷烧式同比出炭粉率高出5.12-6.14个百分点，两种碳化方式均表现随着碳化温度升高与碳化时间增加，出炭粉率均呈现“中间高两头低”的变化；炭粉含炭量闷烧式在79.81-81.77％之间，回转式79.49-81.92％之间，12个实验处理组合中之间比较均表现差异不大，两种碳化方式比较也均表现差异不大，随着碳化温度升高与碳化时间增加，其变化规律性不是很明显，变化在2个百分点以内；炭粉比重闷烧式在0.2047-0.2382g/cm3之间，其变化幅度为0.0335g/cm3，而回转式为0.0923-0.2186g/cm3之间，其变化幅度0.1263g/cm3，对应碳化时间30分钟为最低，此时间段闷烧式炭粉比重在0.2047-0.2062g/cm3之间，回转式炭粉比重在0.0923-0.1086g/cm3之间。
综合出炭粉率、含炭量、比重三个方面实验结果分析工业大麻原料12个实验处理组合两种碳化方式比较，回转式比闷烧式出炭粉率高出8-10个百分点，含炭量两种碳化方式比较均表现差异不是很大，回转式比重比闷烧式明显更小。两种炭化方式均以“T3 C2(30分钟300-500℃)”组合最好。
表3，工业大麻原料炭化实验
实施例3，红麻秆炭化实验
从红麻秆炭化实验表4可以看出，12个实验处理组合中，出炭粉率闷烧式实验在24.16-29.10％之间，相差4.94个百分点，回转式33.48-38.60％之间，相差5.12个百分点，回转式与闷烧式同比出炭粉率高出9.32-9.50个百分点，两种碳化方式均表现随着碳化温度升高与碳化时间增加，出炭粉率均呈现“中间高两头低”的变化；炭粉含炭量闷烧式在81.36-85.50％之间，相差4.14个百分点，以20分钟碳化时间最高，其次为10分钟、30分钟、40分钟，回转式81.85-85.49％之间，相差3.64个百分点，以20分钟碳化时间最高，10分钟的略低，其次为30分钟、40分钟，两种碳化方式比较也均表现差异不大；炭粉比重闷烧式在0.1161-0.1490g/cm3之间，其变化幅度为0.0329g/cm3，而回转式为0.0923-0.1412g/cm3之间，其变化幅度0.0489g/cm3，对应碳化时间20分钟为最低，此时间段闷烧式炭粉比重在0.1161-0.1185g/cm3之间，回转式炭粉比重在0.0923-0.1092g/cm3之间。
综合出炭粉率、含炭量、比重三个方面实验结果分析，红麻秆原料12个实验处理组合两种碳化方式比较，回转式比闷烧式出炭粉率高出9个百分点，含炭量两种碳化方式比较均表现差异不是很大。两种炭化方式均以“T2 C2(20分钟+300-500℃)”组合最好。
表4，红麻秆原料炭化实验
Claims (10)
1.一种麻杆炭粉制作方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
原料筛选：选取麻绒质量占麻杆总质量的比例在2％以下的麻杆；
切碎：原料切碎至粒径为2～5cm之间的颗粒；
一次烘干：投入烘干机烘干，使其含水率为1％-3％；
炭化：将烘干后的颗粒投入炭化炉内加热20min～40min，其中，炭化炉内腔从进料端至出料端依次划分为三个阶段，且第一阶段温度为190℃～250℃，第二阶段温度为300℃～500℃，第三阶段温度为450℃～500℃，三个阶段的炭化时间比为1∶2∶1；
淬火：将经上步炭化炉排出的炭块进行淬火处理，将其浸没于水中再捞出；
二次烘干：淬火后的炭块投入烘干机烘干，其中，烘干温度为100℃～120℃，烘干时间为20min～30min；
冷却：将二次烘干后的炭块冷却；
粉碎：冷却后的炭块进行粉碎处理，使其细度达到150～200目；
包装。
2.根据权利要求1所述的麻杆炭粉制作方法，其特征在于：炭化步骤中炭化炉的进料端高于出料端，且炭化炉的轴线相对于水平面的倾角为15°～28°。
3.根据权利要求1所述的麻杆炭粉制作方法，其特征在于：所述原料是亚麻杆、工业大麻秆、红麻秆、苎麻秆、火麻一号秆、火麻二号秆、黄麻秆其中之一。
4.根据权利要求3所述的麻杆炭粉制作方法，其特征在于：原料是亚麻秆时，原料在炭化炉内加热时间为20min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、350℃和500℃。
5.根据权利要求3所述的麻杆炭粉制作方法，其特征在于：原料是工业大麻秆时，原料在炭化炉内加热时间为30min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为240℃、350℃和500℃。
6.根据权利要求3所述的麻杆炭粉制作方法，其特征在于：原料是红麻秆时，原料在炭化炉内加热时间为20min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、300℃和450℃。
7.根据权利要求3所述的麻杆炭粉制作方法，其特征在于：原料是苎麻秆时，原料在炭化炉内加热时间为35min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、350℃和500℃。
8.根据权利要求3所述的麻杆炭粉制作方法，其特征在于：原料是火麻一号秆时，原料在炭化炉内加热时间为40min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、350℃和500℃。
9.根据权利要求3所述的麻杆炭粉制作方法，其特征在于：原料是火麻二号秆时，原料在炭化炉内加热时间为30min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、400℃和500℃。
10.根据权利要求3所述的麻杆炭粉制作方法，其特征在于：原料是黄麻秆时，原料在炭化炉内加热时间为30min，炭化炉的三个阶段各段温度依次为250℃、300℃、450℃。
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