CN117228679A - 黑滑石的脱碳方法及应用 - Google Patents
黑滑石的脱碳方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117228679A CN117228679A CN202311247863.4A CN202311247863A CN117228679A CN 117228679 A CN117228679 A CN 117228679A CN 202311247863 A CN202311247863 A CN 202311247863A CN 117228679 A CN117228679 A CN 117228679A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- black
- pore
- black talc
- oxygen
- forming agent
- 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.)
- Granted
Links
- 239000000454 talc Substances 0.000 title claims abstract description 158
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 158
- 235000012222 talc Nutrition 0.000 title claims abstract description 158
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 238000005262 decarbonization Methods 0.000 title description 3
- FPAFDBFIGPHWGO-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxomagnesium;hydrate Chemical compound O.[Mg]=O.[Mg]=O.[Mg]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O FPAFDBFIGPHWGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 82
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 79
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 79
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 79
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 claims abstract description 67
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 65
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 32
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 32
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 20
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 12
- UOURRHZRLGCVDA-UHFFFAOYSA-D pentazinc;dicarbonate;hexahydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Zn+2].[Zn+2].[Zn+2].[Zn+2].[Zn+2].[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O UOURRHZRLGCVDA-UHFFFAOYSA-D 0.000 claims description 12
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 10
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims description 10
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims description 10
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims description 9
- 235000015497 potassium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 9
- 229910000028 potassium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011736 potassium bicarbonate Substances 0.000 claims description 9
- TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M potassium hydrogencarbonate Chemical compound [K+].OC([O-])=O TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 7
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims 1
- 229940086066 potassium hydrogencarbonate Drugs 0.000 claims 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 7
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 17
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 15
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 10
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 10
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 10
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 9
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 7
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 6
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 5
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 3
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 2
- 229910052634 enstatite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- BBCCCLINBSELLX-UHFFFAOYSA-N magnesium;dihydroxy(oxo)silane Chemical compound [Mg+2].O[Si](O)=O BBCCCLINBSELLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 2
- -1 silicate magnesium salt Chemical class 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910017625 MgSiO Inorganic materials 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000018779 Replication Protein C Human genes 0.000 description 1
- 108010027647 Replication Protein C Proteins 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000003034 coal gas Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000001483 high-temperature X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000011866 long-term treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- YQCIWBXEVYWRCW-UHFFFAOYSA-N methane;sulfane Chemical compound C.S YQCIWBXEVYWRCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
本发明提供了一种黑滑石的脱碳方法及应用。该脱碳方法包括以下步骤：将黑滑石粉末与造孔剂在液体状态下浸渍，得到活化黑滑石。其中，造孔剂与黑滑石粉末的质量比为1:2~2:1。造孔剂在加热的条件下能够生成气体。将活化黑滑石在富氧气氛下焙烧，得到脱碳滑石粉。其中，富氧气氛中的氧气分压为30%~70%，焙烧温度为700℃~850℃，焙烧时长为1~2小时。上述的黑滑石的脱碳方法中，造孔剂在加热的条件下能够生成气体，黑滑石形成致密孔道结构，如此可以有效提升比表面积，增强氧气在黑滑石固体表面的传质过程，从动力学角度强化黑滑石脱碳反应。因此，脱碳滑石粉仍然保持层状滑石结构，具有高反应活性和特殊物化性质，硬度较低。
Description
技术领域
本发明涉及滑石矿产利用领域，尤其涉及黑滑石的脱碳方法及应用。
背景技术
黑滑石是一种层状结构的硅镁酸盐矿物，是我国特色矿产资源，集中分布于我国西南地区，远期处理超过10亿吨。黑滑石目前的主要用途包括造纸、陶瓷、橡胶、建材涂料等行业，应用广泛。而黑滑石内含有微量的生物炭，使黑滑石呈黑色，大大限制了黑滑石的应用。因此，黑滑石的焙烧脱碳是黑滑石下游利用的必要环节。
黑滑石焙烧脱碳得到的焙烧产物，其白度得到大幅提升可达到90以上，然而焙烧产物相比白滑石原矿直接制备的滑石粉质地较硬，性能较差。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种黑滑石的脱碳方法及应用，以解决黑滑石的焙烧产物质地较硬，性能较差技术问题。
为实现上述目的，本申请提供了一种黑滑石的脱碳方法，包括以下步骤：
一种黑滑石的脱碳方法，包括以下步骤：
将黑滑石粉末与造孔剂在液体状态下浸渍，取出固体物质，得到活化黑滑石。其中，造孔剂与黑滑石粉末的质量比为1:2~2:1。造孔剂在加热的条件下能够生成气体。
将活化黑滑石在富氧气氛下焙烧，得到脱碳滑石粉。其中，富氧气氛中的氧气分压大于60%，焙烧温度为800℃~850℃，焙烧时长为0.5~2小时。
根据本申请的实施方式，造孔剂为碳酸氢钾、氯化锌、碱式碳酸锌、氯化铵中的一种或多种。
根据本申请的实施方式，将黑滑石粉末与造孔剂在液体状态下浸渍的步骤包括：
将黑滑石粉末加入含有造孔剂的造孔剂溶液中，超声混合12~24h。
根据本申请的实施方式，黑滑石粉末的制备方法包括：
将黑滑石原矿采用振磨方式破碎后，再进行球磨，得到黑滑石粉末。其中，振磨方式的破碎时间为15~25 min。在球磨步骤中，球料比为1：10~1：20，球磨时间为2~4小时，球磨转速为200~400 rpm。
根据本申请的实施方式，黑滑石粉末的粒径为325目。
根据本申请的实施方式，富氧气氛中的氧气分压为65%。
根据本申请的实施方式，将活化黑滑石在富氧气氛下焙烧的步骤包括：
将黑滑石粉末以5℃/min的升温速率升温至800℃~850℃，保温2小时，自然冷却。
根据本申请的实施方式，焙烧步骤在封闭管式炉中进行，在焙烧前预通气10~20min。
根据本申请的实施方式，封闭管式炉的炉膛内设有载料仓。载料仓与炉膛适配。
载料仓包括载料仓本体和盖板。载料仓本体内设有容纳黑滑石粉末的容纳腔，载料仓本体的轴向两端分别设有与容纳腔连通的进气口和出气口。盖板盖合于容纳腔。
本申请还提供了上述脱碳方法制得的脱碳滑石粉的应用。
上述的黑滑石的脱碳方法中，通过浸渍步骤造孔剂浸入了黑滑石内，因此，在焙烧过程中，造孔剂在加热的条件下能够生成气体，黑滑石形成致密孔道结构。如此可以有效提升比表面积，增强氧气在黑滑石固体表面的传质过程，从动力学角度强化黑滑石脱碳反应，促使活化黑滑石在相对较低温度下即完成黑滑石脱碳反应。因此，脱碳滑石粉仍然保持层状滑石结构，具有高反应活性和特殊物化性质，硬度较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本申请一实施例的从黑滑石低温焙烧高效脱碳的技术路线图；
图2为本申请一实施例的富氧焙烧装置截面图；
图3为本申请一实施例的富氧焙烧装置侧视图；
图4为本申请一实施例的富氧焙烧装置结构示意图；
图5为黑滑石原位高温XRD图；
图6(a)为黑滑石原矿SEM图；
图6(b)为现有工艺下黑滑石焙烧产品；
图6(c)为本发明实施例5中富氧活化低温焙烧产物；
图7为实施例1~5的黑滑石脱碳产物的实物图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示（诸如上、下……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
申请人经过大量的研究发现，由于生物炭赋存于滑石结构的层间，难以脱出，相关技术中多采用1300℃以上的温度进行焙烧脱碳。而黑滑石在850℃以上就会发生物相转变，滑石物相转为顽火辉石，层状结构转变为网状结构，导致硬度增加，价值性降低，产品下游受限。
现行的黑滑石脱碳温度均在1300℃以上，通常采用轨道窑、回转窑炉、立式窑炉，使用煤气加热，设备成本高，能耗高，碳排放量大。也使得生产成本高，能耗大，碳排放量大。
在此基础上，申请人研究提供了一种黑滑石的脱碳方法。本申请一实施例提供了一种黑滑石的脱碳方法，包括以下步骤：
S100:将黑滑石粉末与造孔剂在液体状态下浸渍，取出固体物质，得到活化黑滑石。其中，造孔剂与黑滑石粉末的质量比为1:2~2:1。造孔剂在加热的条件下能够生成气体。
在该步骤中，期望得到的活化黑滑石，造孔剂位于黑滑石内部。若直接将黑滑石粉末与造孔剂以固体状态混合，则难以达到这种状态。因此，在本实施例中，黑滑石粉末与造孔剂在液体状态下混合浸渍。
示例性地，黑滑石粉末中加水，再加造孔剂，这样黑滑石粉末与造孔剂在液体状态下混合并接触。当经浸渍状态经过一定时长后（如12~24h），部分造孔剂即进入黑滑石粉末。
又示例性地，造孔剂加水配制成造孔剂溶液，然后再加黑滑石粉末。这样黑滑石粉末与造孔剂在液体状态下混合并接触。当经浸渍状态经过一定时长后（如12~24h），部分造孔剂即进入黑滑石粉末。
又示例性地，黑滑石粉末和造孔剂同时加入水中。这样黑滑石粉末与造孔剂在液体状态下混合并接触。当经浸渍状态经过一定时长后（如12~24h），部分造孔剂即进入黑滑石粉末。
该步骤中，造孔剂与黑滑石粉末的质量比为1:2~2:1。即造孔剂与黑滑石粉末未在液体状态时的质量比为1:2~2:1。
若造孔剂加入量过低，造孔剂在与黑滑石粉末混合过程混合效率较低，结合不紧密，影响造孔效果，从而影响富氧焙烧的效果，进而影响脱碳滑石粉的质量。而若造孔剂加入量过高，会造成原料成本过高，并且洗脱废液浓度过高。
造孔剂在加热的条件下能够生成气体。例如在后续焙烧过程中，造孔剂可分解形成水、二氧化碳、氨气等气体逸散，或直接以氯化盐的形式挥发。
浸渍之后，可以通过过滤等方式进行固液分离，取出固体物质。得到活化黑滑石。在一些实施例中，活化黑滑石还包括干燥步骤。
S200:将活化黑滑石在富氧气氛下焙烧，得到脱碳滑石粉。其中，富氧气氛中的氧气分压大于60%，焙烧温度为800℃~850℃，焙烧时长为0.5~2小时。
在该步骤中，由于造孔剂位于黑滑石内，造孔剂焙烧加热形成的气体冲击黑滑石，破坏黑滑石形貌结构使其形成致密孔道结构。如此可有效提升比表面积，增强氧气在黑滑石固体表面的传质过程，从动力学角度强化黑滑石脱碳反应。而相关技术中则是通过提升焙烧温度强化黑滑石脱碳反应。再加之，在焙烧过程提升氧气分压，脱碳效果得到显著提升，合成工艺简单，成本较低。
若氧气分压过低，焙烧过程中氧气向气固界面迁移速率降低，脱碳反应动力学较慢，焙烧效果差；因此氧气分压大于60%。在一些实施例中，富氧气氛中的氧气分压为60%~70%，在该条件下，焙烧效果不受影响，且氧气用量少，降低生产成本。
综合作用之下，活化黑滑石在700℃~850℃相对较低温度下即完成黑滑石脱碳反应。由于焙烧温度较低，脱碳滑石粉仍然保持层状滑石结构，因此具有高反应活性（吸附性、可剥离性）和质地滑腻等特殊物化性质，且硬度较低，在造纸、橡胶材料中作添加剂的效果更好。因此，本发明提供了一种既能够保持滑石结构，又能够高效脱碳的工艺方法。
而且由于焙烧温度较低，在工业上可采用电阻炉等加热设备，使用电加热形式即可实现脱碳。相比煤气加热，电加热的成本更低。而且焙烧温度低，也可以节省能源，降低生产成本。
上述的黑滑石的脱碳方法中，通过浸渍步骤造孔剂浸入了黑滑石内，因此，在焙烧过程中，造孔剂在加热的条件下能够生成气体，黑滑石形成致密孔道结构，如此可以有效提升比表面积，增强氧气在黑滑石固体表面的传质过程，从动力学角度强化黑滑石脱碳反应，促使活化黑滑石在700℃~850℃相对较低温度下即完成黑滑石脱碳反应。因此，脱碳滑石粉仍然保持层状滑石结构，具有高反应活性和特殊物化性质，硬度较低。
在一些实施例中，造孔剂为碳酸氢钾、氯化锌、碱式碳酸锌、氯化铵中的一种或多种。
上述造孔剂含碳酸根、碳酸氢根、铵根等在高温下会产气的组分，从而在产气过程会形成孔道。具体地，氯化锌挥发性强，沸点低，同样会形成孔道。碱式碳酸锌在分解产CO2、H2O后形成ZnO，会与黑滑石碳质发生反应，形成单质锌，熔点低易挥发，形成孔道结构。使用碱式碳酸锌作为造孔剂，既有化学脱碳过程，而且形成的Zn、CO，都是气体，挥发过程也会形成孔道。此外，脱碳过程中消耗掉的碳也会形成孔道。造孔剂中的钠钾等元素，可通过酸洗、水洗去除。
在一些实施例中，将黑滑石粉末与造孔剂在液体态下浸渍的步骤包括：
将黑滑石粉末加入含有造孔剂的造孔剂溶液中，超声混合12~24h。
在该实施例中，可以先配制造孔剂溶液，或直接购买相应的造孔剂溶液。在一些实施例中，造孔剂溶液浓度为0.5mol/L。在造孔剂溶液中，造孔剂溶解在溶剂中，均匀分散。通过超声波可以促使黑滑石粉末和造孔剂溶液混合均匀，造孔剂也更容易渗入或浸入黑滑石内。因此，活化黑滑石中，造孔剂分散均匀。
在一些实施例中，黑滑石粉末的制备方法包括：
将黑滑石原矿采用振磨方式破碎后，再进行球磨，得到黑滑石粉末。其中，振磨方式的破碎时间为15~25 min。在球磨步骤中，球料比为1：10~1：20，球磨时间为2~4小时，球磨转速为200~400 rpm。
在该实施例中，可以将黑滑石原矿使用振磨机进行破碎，得到黑滑石小块，破碎后的黑滑石进行球磨，得到黑滑石粉末。在上述条件下，黑滑石在振磨、球磨后，形成微米级颗粒，局部晶格在机械力强化作用下会发生畸变，有助于黑滑石层间结构内的生物炭释放。球磨可以采用不锈钢球磨罐。
在一些实施例中，黑滑石粉末的粒径为325目。该粒径的黑滑石粉末比表面积大，有助于与造孔剂充分接触以及后续与氧气接触，促进后续的脱碳过程。
在一些实施例中，富氧气氛中的氧气分压为65%。在该条件下，黑滑石的脱碳效率更高，得到的脱碳滑石粉性能更好。
在一些实施例中，将活化黑滑石在富氧气氛下焙烧的步骤包括：
将所述黑滑石粉末以5℃/min的升温速率升温至800℃~850℃，保温2小时，自然冷却。
在该条件下，黑滑石的脱碳效率更高，得到的脱碳滑石粉性能更好。
在一些实施例中，焙烧步骤在封闭管式炉中进行，在焙烧前预通气10min~20min。
焙烧过程采用封闭管式炉，调节氧气分压60%~70%，预通气10~20min。通过预通气将其中的空气排出，以保证封闭管式炉内的氧气分压达到目标值。
在一些实施例中，封闭管式炉的炉膛内设有载料仓。载料仓与炉膛适配。载料仓包括载料仓本体和盖板。载料仓本体内设有容纳黑滑石粉末的容纳腔，载料仓本体的轴向两端分别设有与容纳腔连通的进气口和出气口。盖板盖合于容纳腔。
申请人在研究过程中还发现，由于焙烧气体产物二氧化碳的密度大于氧气的密度，二氧化碳优先富集在下部，即物料表面，抑制氧气传质过程，影响了脱碳率。因此，设计了载料仓。
载料仓包括载料仓本体和活动盖板。其中，载料仓本体包括出气口1，顶盖2，料仓3，进气口4，出气挡板5，进气挡板6。所述进气挡板6为圆形，其直径与管式炉内径相同，从而适配炉膛，这样炉膛内通入的气体基本上均要通过进气口4，进入料仓3。进气口4可以设置进气挡板6的圆心位置。
所述出气挡板5为一段圆弧与扇形围成的几何图形，圆弧曲率半径与进气挡板6半径相同，出气口1可以设置在圆弧圆心位置。所述料仓3为底面是载料仓的一个柱体，与出气挡板5、进气挡板6相连；所述顶盖2为活动盖板，可盖在料仓上。
物料高度不超过进气口4、出气口1的水平位置，且接近二者的水平位置。富氧气氛从进气挡板方向流向出气挡板方向，富氧气有且只有进气口4一个进气路径，实现集流效果。富氧气氛通过进气口集流进气后，可以有效增强物料上部氧气浓度，增强氧气传质动力，强化焙烧效果。
在一些实施例中，进气口4水平位置低于出气口1的水平位置。这样，富氧气氛在高度方向上更接近物料，从而将反应产生的二氧化碳气体抬升，从出气口1排出，进一步增强氧气传质动力，强化焙烧效果。
本申请还提供了上述脱碳方法制得的脱碳滑石粉的应用。
脱碳滑石粉仍然保持层状滑石结构，具有高反应活性和特殊物化性质，硬度较低，可应用于造纸、建材等领域，如作为造纸、建材等产品原料。
以下结合具体的实施例，对本申请的技术方案进行说明。
本发明实施例中所用的黑滑石为江西上饶市某地产生的黑滑石，其主要成分为滑石（3MgO·4SiO2·H2O），同时，还含有二氧化硅、有机质等，具体而言，滑石的含量约为77wt%、二氧化硅的含量为22 wt%、有机质的含量为0.4%。
本发明实施例中原料、产品的含碳量分析方法为用红外碳硫分析仪测定含碳量。
实施例1
取黑滑石物料（即黑滑石原矿，厘米级粒度）放入振磨机，进行15 min破碎，随后采用不锈钢球磨罐及钢球，球料比1：1，球磨时间2小时，转速200 rpm，得到黑滑石粉末。将碱式碳酸锌溶解于50ml烧杯中，将上述黑滑石粉末（黑滑石与活化剂质量比2：1）投加入烧杯中，得到悬浊液，并超声活化12h，过滤、干燥，得到活化产物。将活化产物放入富氧焙烧装置，一同置于管式炉中，调节氧气分40%，预通气10min后开始焙烧，升温速率10℃/min，焙烧温度700℃，保温时间0.5h，自然降温，得到黑滑石脱碳产物。
实施例2
取黑滑石物料（即黑滑石原矿，厘米级粒度）放入振磨机，进行15 min破碎，随后采用不锈钢球磨罐及钢球，球料比1：10，球磨时间3小时，转速200 rpm，得到黑滑石粉末。将碳酸氢钾、氯化锌、碱式碳酸锌、氯化铵中的一种或多种造孔剂溶解于50ml烧杯中，将上述黑滑石粉末（黑滑石与活化剂质量比2：1）投加入烧杯中，得到悬浊液，并超声活化15h，过滤、干燥，得到活化产物。将活化产物放入富氧焙烧装置，一同置于管式炉中，调节氧气分压50%，预通气20min后开始焙烧，升温速率10℃/min, 焙烧温度750℃，保温时间1h，自然降温，得到黑滑石脱碳产物。
实施例3
取黑滑石物料（即黑滑石原矿，厘米级粒度）放入振磨机，进行20 min破碎，随后采用不锈钢球磨罐及钢球，球料比1：20，球磨时间3小时，转速300rpm，得到黑滑石粉末。将碳酸氢钾、氯化锌、碱式碳酸锌、氯化铵中的一种或多种造孔剂溶解于50ml烧杯中，将上述黑滑石粉末（黑滑石与活化剂质量比1：1）投加入烧杯中，得到悬浊液，并超声活化20h，过滤、干燥，得到活化产物。将活化产物放入富氧焙烧装置，一同置于管式炉中，调节氧气分压60%，预通气20min后开始焙烧，升温速10℃/min, 焙烧温度750℃，保温时间2h，自然降温，得到黑滑石脱碳产物。
实施例4
取黑滑石物料（厘米级粒度）放入振磨机，进25 min破碎，随后采用不锈钢球磨罐及钢球，球料1：20，球磨时间4小时，转速400rpm，得到黑滑石粉末。将碳酸氢钾、氯化锌、碱式碳酸锌、氯化铵中的一种或多种造孔剂溶解于50ml烧杯中，将上述黑滑石粉末（黑滑石与活化剂质量比1：2）投加入烧杯中，得到悬浊液，并超声活化24h，过滤、干燥，得到活化产物。将活化产物放入富氧焙烧装置，一同置于管式炉中，调节氧气分压70%，预通气10min后开始焙烧，升温速率5℃/min, 焙烧温度800℃，保温时间2h，自然降温，得到黑滑石脱碳产物。
实施例5
取黑滑石物料（即黑滑石原矿，厘米级粒度）放入振磨机，进行25 min破碎，随后采用不锈钢球磨罐及钢球，球料1：20，球磨时间4小时，转速400 rpm，得到黑滑石粉末。将碳酸氢钾、氯化锌、碱式碳酸锌、氯化铵中的一种或多种造孔剂溶解于50ml烧杯中，将上述黑滑石粉末（黑滑石与活化剂质量比1：2）投加入烧杯中，得到悬浊液，并超声活24h，过滤、干燥，得到活化产物。将活化产物放入富氧焙烧装置，一同置于管式炉中，调节氧气分压70%，预通气20min后开始焙烧，升温速率5℃/min, 焙烧温度850℃，保温时间2h，自然降温，得到黑滑石脱碳产物。
实施例6
取黑滑石物料（即黑滑石原矿，厘米级粒度）放入振磨机，进行25 min破碎，随后采用不锈钢球磨罐及钢球，球料比1：20，球磨时间4小时，转速400 rpm，得到黑滑石粉末，粒径10微米。将碳酸氢钾、氯化锌、碱式碳酸锌、氯化铵中的一种或多种造孔剂溶解于50ml烧杯中，将上述黑滑石粉末（黑滑石与活化剂质量比1：1）投加入烧杯中，得到悬浊液，并超声活化12~24h，过滤、干燥，得到活化产物。将活化产物放入敞口刚玉坩埚，一同置于管式炉中，调节氧气分压70%，预通气20min后开始焙烧，升温速率5℃/min, 焙烧温度850℃，保温时间2h，自然降温，得到黑滑石脱碳产物。
对比例1
取黑滑石物料（即黑滑石原矿，厘米级粒度）放入振磨机，进行25 min破碎，随后采用不锈钢球磨罐及钢球，球料比1：20，球磨时间4小时，转速400 rpm，得到黑滑石粉末，粒径10微米。将上述黑滑石粉末放入富氧焙烧装置，一同置于管式炉中，通入模拟空气，即氧气分压21%，氮气分压79%，预通气20min后开始焙烧，升温速率5℃/min, 焙烧温850℃，保温时间2h，自然降温，得到黑滑石脱碳产物。
对比例2
取黑滑石物料（即黑滑石原矿，厘米级粒度）放入振磨机，进行25 min破碎，随后采用不锈钢球磨罐及钢球，球料比1：20，球磨时间4小时，转速400 rpm，得到黑滑石粉末，将上述黑滑石粉末放入富氧焙烧装置，一同置于管式炉中，调节氧气分压70%，预通20min后开始焙烧，升温速率5℃/min, 焙烧温度850℃，保温时间2h，自然降温，得到黑滑石脱碳产物。
对比例3
取黑滑石物料（即黑滑石原矿，厘米级粒度）放入振磨机，进行25 min破碎，随后采用不锈钢球磨罐及钢球，球料比1：20，球磨时4小时，转速400 rpm，得到黑滑石粉末，粒径10微米。将碳酸氢钾、氯化锌、碱式碳酸锌、氯化铵中的一种或多种造孔剂溶解于50ml烧杯中，将上述黑滑石粉末（黑滑石与活化剂质量比1：1）投加入烧杯中，得到悬浊液，并超声活化12~24h，过滤、干燥，得到活化产物。将活化产物放入富氧焙烧装置，一同置于管式炉中，通入模拟空气，即氧气分压21%，氮气分压79%，预通20min后开始焙烧，升温速率5℃/min, 焙烧温850℃，保温时2h，自然降温，得到黑滑石脱碳产物。
取实施例1~6、对比例1~3以及黑滑石原矿对含碳量、脱碳率和白度进行测试，结果如表1所示。
表1
由表中数据可以看出，本方法对黑滑石具有较好的脱碳效果，通过本发明活化处理、富氧焙烧后，能够有效提升黑滑石低温焙烧效果，在低温条件下，焙烧效果略优于现有黑滑石工业焙烧产品。
综合实施例1~实施例5可以看出，实施例1焙烧温度为700~750℃，脱碳率81.0%，实施例5焙烧温度为800~750℃，脱碳率97.1%，白度达到84.1%，根据国家标准（GB/T-15341-2012），已达到小粒滑石1号品标准，随着焙烧温度逐渐增大，黑滑石脱碳率逐渐增大。由此表明，本发明通过进一步将焙烧温度控制在特定范围内，既提高了二氧化碳脱除率，又控制了能耗成本。同时，根据图6（a）和图6（c）对比可知，本工艺的活化富氧焙烧脱碳产物仍能保持黑滑石原有的层状结构，而传统工艺下1300℃脱碳产品（图6（b））失去层状滑石结构，会导致产品质地变硬，化学活性降低。
实施例1~实施例5的黑滑石脱碳产物如图7所示，从左至右分别为实施例1的黑滑石脱碳产物、实施例2的黑滑石脱碳产物、实施例3的黑滑石脱碳产物、实施例4的黑滑石脱碳产物、实施例5的黑滑石脱碳产物。
综合实施例1、实施例3、实施例5可以看出，实施例1中黑滑石与活化剂质量比2：1，脱碳率80.5%，实施例3中黑滑石与活化剂质量比1：1，脱碳率90.5 %，实施例5中黑滑石与活化剂质量比1：2，脱碳率97.1%，随着黑滑石与活化剂质量比逐渐减小，造孔能力增强，黑滑石脱碳率逐渐增大。由此表明，本发明通过进一步将黑滑石与活化剂的比例控制在特定范围内，既提高了二氧化碳脱除率，又控制了药剂成本。
综合实施例5、对比例1~3可以看出，实施例5为活化富氧焙烧过程，脱碳率92.7%，对比例1为未活化非富氧焙烧过程，脱碳率73.2%，对比例2为未活化富氧焙烧过程，脱碳率76.2%，对比例3为活化非富氧焙烧过程（在模拟空气的条件下焙烧），脱碳率78%。由此表明，活化工艺和富氧工艺均能提升脱碳效果，二者协同可以进一步优化效果。
综合实施例5、实施例6可以看出，实施例5为采用新型富氧焙烧装置的活化富氧焙烧过程，脱碳率97.1%，对比例6为不采用新型富氧焙烧装置的活化富氧焙烧过程，脱碳率88.0%。由此表明，新型富氧焙烧装置能有效提升脱碳效果。
对比例3
除焙烧温度为900℃以外，其他条件同实施例1。
对比例4
除焙烧温度为1000℃以外，其他条件同实施例1。
取实施例1、实施例4、对比例3、对比例4以及黑滑石原矿对物相结构进行测试，结果如图5所示。其中，实施例1的黑滑石脱碳产物、实施例4的黑滑石脱碳产物以及黑滑石原矿均包括黑滑石（3MgO 4SiO2 H2O）的典型物相结构，而对比例3的黑滑石脱碳产物、对比例4的黑滑石脱碳产物均为顽火辉石（MgSiO3）的典型物相结构。
可见本申请的黑滑石的脱碳方法制备的黑滑石脱碳产物可以保持层状滑石结构，具有高反应活性和特殊物化性质，硬度较低。
本发明的上述技术方案中，以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种黑滑石的脱碳方法，其特征在于，包括以下步骤：
将黑滑石粉末与造孔剂在液体状态下浸渍，取出固体物质，得到活化黑滑石；其中，所述造孔剂与所述黑滑石粉末的质量比为1:2~2:1；所述造孔剂在加热的条件下能够生成气体；
将所述活化黑滑石在富氧气氛下焙烧，得到脱碳滑石粉；其中，所述富氧气氛中的氧气分压大于60%，焙烧温度为800℃~850℃，焙烧时长为0.5~2小时。
2.根据权利要求1所述的脱碳方法，其特征在于，所述造孔剂为碳酸氢钾、氯化锌、碱式碳酸锌、氯化铵中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的脱碳方法，其特征在于，所述将黑滑石粉末与造孔剂在液体状态下浸渍的步骤包括：
将所述黑滑石粉末加入含有所述造孔剂的造孔剂溶液中，超声混合12~24h。
4.根据权利要求1所述的脱碳方法，其特征在于，所述黑滑石粉末的制备方法包括：
将黑滑石原矿采用振磨方式破碎后，再进行球磨，得到所述黑滑石粉末；其中，所述振磨方式的破碎时间为15~25 min；在所述球磨步骤中，球料比为1：10~1：20，球磨时间为2~4小时，球磨转速为200~400 rpm。
5.根据权利要求1所述的脱碳方法，其特征在于，所述黑滑石粉末的粒径为325目。
6.根据权利要求1所述的脱碳方法，其特征在于，所述富氧气氛中的氧气分压为65%。
7.根据权利要求1所述的脱碳方法，其特征在于，所述将所述活化黑滑石在富氧气氛下焙烧的步骤包括：
将所述黑滑石粉末以5℃/min的升温速率升温至800℃~850℃，保温2小时，自然冷却。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的脱碳方法，其特征在于，所述焙烧步骤在封闭管式炉中进行，在焙烧前预通气10~20min。
9.根据权利要求8所述的脱碳方法，其特征在于，所述封闭管式炉的炉膛内设有载料仓；所述载料仓与所述炉膛适配；
所述载料仓包括载料仓本体和盖板；所述载料仓本体内设有容纳所述黑滑石粉末的容纳腔，所述载料仓本体的轴向两端分别设有与所述容纳腔连通的进气口和出气口；所述盖板盖合于所述容纳腔。
10.权利要求1~7中任一项所述的脱碳方法制得的脱碳滑石粉的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311247863.4A CN117228679B (zh) | 2023-09-26 | 2023-09-26 | 黑滑石的脱碳方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311247863.4A CN117228679B (zh) | 2023-09-26 | 2023-09-26 | 黑滑石的脱碳方法及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117228679A true CN117228679A (zh) | 2023-12-15 |
| CN117228679B CN117228679B (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=89082336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311247863.4A Active CN117228679B (zh) | 2023-09-26 | 2023-09-26 | 黑滑石的脱碳方法及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117228679B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011142520A1 (ko) * | 2010-05-14 | 2011-11-17 | 주식회사 두본 | 내열성 및 내염소성을 갖는 아연-침착 하이드로탈사이트 및 그의 제조품 |
| CN107140655A (zh) * | 2017-06-27 | 2017-09-08 | 苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司 | 一种利用黑滑石生产高白度低硬度滑石的煅烧工艺及装置 |
| CN109173986A (zh) * | 2018-11-08 | 2019-01-11 | 广东顺祥陶瓷有限公司 | 一种可以吸附重金属的陶瓷材料及其制备方法 |
| EP3991713A1 (en) * | 2020-10-29 | 2022-05-04 | Prolabin & Tefarm S.r.l. | Aumented efficacy talc |
| CN115715970A (zh) * | 2022-11-18 | 2023-02-28 | 浙江工业大学 | 一种黑滑石基纳米矿晶及其制备方法 |
-
2023
- 2023-09-26 CN CN202311247863.4A patent/CN117228679B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011142520A1 (ko) * | 2010-05-14 | 2011-11-17 | 주식회사 두본 | 내열성 및 내염소성을 갖는 아연-침착 하이드로탈사이트 및 그의 제조품 |
| CN107140655A (zh) * | 2017-06-27 | 2017-09-08 | 苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司 | 一种利用黑滑石生产高白度低硬度滑石的煅烧工艺及装置 |
| CN109173986A (zh) * | 2018-11-08 | 2019-01-11 | 广东顺祥陶瓷有限公司 | 一种可以吸附重金属的陶瓷材料及其制备方法 |
| EP3991713A1 (en) * | 2020-10-29 | 2022-05-04 | Prolabin & Tefarm S.r.l. | Aumented efficacy talc |
| CN115715970A (zh) * | 2022-11-18 | 2023-02-28 | 浙江工业大学 | 一种黑滑石基纳米矿晶及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 何峰;刘纳;谢峻林;董盼盼;: "脱硝催化剂用堇青石多孔陶瓷的制备与性能研究", 硅酸盐通报, no. 05, 15 May 2017 (2017-05-15) * |
| 宋海兵: "煅烧滑石微粉的超细加工及应用研究", 中国非金属矿工业导刊, no. 04, 25 August 2001 (2001-08-25) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117228679B (zh) | 2024-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107051413B (zh) | 一种由赤泥与煤/炭制备铁-活性炭复合材料的方法 | |
| CN111389435B (zh) | 一种铁碳微电解-类芬顿催化体系及应用 | |
| CN107805080A (zh) | 一种弥散型钢包透气砖的制备方法 | |
| CN109731574A (zh) | 一种催化剂复合载体、基于该载体的催化剂及催化剂的制备方法 | |
| CN111825475A (zh) | 一种改性赤泥质多孔陶瓷及其制备方法和应用 | |
| CN110104979A (zh) | 一种采用带式烧结制备煤矸石轻骨料的方法 | |
| CN108794049A (zh) | 一种菱镁矿尾矿轻质陶粒及其制备方法 | |
| CN117228679B (zh) | 黑滑石的脱碳方法及应用 | |
| CN113104939B (zh) | 一种利用冶金尘泥制备微电解活性焦填料的方法 | |
| CN108383540B (zh) | 一种改性粉煤灰陶瓷及其制备方法和应用 | |
| CN104368303A (zh) | 一种用于去除酸性杂质的吸附剂及其制备方法 | |
| CN106145083B (zh) | 一种球形空心碳壳的制备方法、球形空心碳壳及其应用 | |
| JP2001294414A (ja) | 高強度、高吸着能を有する活性コークスの製造方法 | |
| CN111790348B (zh) | 一种利用拜耳法赤泥和电解锰渣制备球形颗粒吸附剂的方法 | |
| Pal et al. | Development of carbon composite iron ore micropellets by using the microfines of iron ore and carbon-bearing materials in iron making | |
| Li et al. | Effect of Ca/Mg molar ratio on the calcium-based sorbents | |
| CN102732670A (zh) | 利用碳酸化工艺处理含铁粉尘再生利用方法 | |
| CN113786703B (zh) | 一种利用微波外场及工业废渣进行高效烟气吸附与净化的方法 | |
| CN109467440A (zh) | 基于尿素活化制备介孔六方氮化硼陶瓷粉体的方法 | |
| CN108145108A (zh) | 一种中间包覆盖剂 | |
| CN110669926B (zh) | 一种镁冶炼方法 | |
| CN110079039B (zh) | 一种铁尾矿为无机机体的吸水保水复合材料及其制备方法 | |
| CN106430196B (zh) | 一种锰氧化物气基还原制备碳化锰的方法 | |
| CN113101942A (zh) | 一种用于臭氧催化氧化的分子筛复合催化材料及其制备方法 | |
| CN116835997B (zh) | 一种制备陶粒滤料的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |