本发明涉及利用煤矸石烧结粉作橡胶、塑料的填充、补强剂材料的生产方法,属于复合材料制备技术。 现有复合橡胶生产中所用填充、补强剂材料(简称填料)多用炭黑、轻质碳酸钙、陶土等,近年来国外有用煤粉,含硅无机物作填料的,国内亦见有用盐泥废料、海泡石、造纸厂排放的废白泥作填料的报道。
复合塑料生产过程中过去多用碳酸钙、含硅化合物之类的填料,近年来国外有用细煤粉,未经燃烧过的煤渣、油页岩矿渣等作填料;国内则有用粉煤灰,造纸厂排放废白泥、盐泥废料以及生煤矸石粉作填料的报道。但至今尚未见到有烧结煤矸石粉作橡胶、塑料填料的报道(详见查新报告)。
本发明的目的在于为煤矸石类废弃物的开发利用开辟一条新的途径,以提高其自身的经济价值,防止其对环境造成污染;采用烧结煤矸石粉代替现用的炭黑、陶土、碳酸钙、硅灰石粉一方面是为了降低复合材料的生产成本,更为了提高复合材料的物理性能,如耐磨性、抗风化、抗腐蚀及抗老化能力;并以烧结煤矸石粉的生产应用为基础,把这一生产方法推广应用于其它一些矿藏如盐矿、石膏矿、铝土矿中的各种矸石。
本发明的特点在于煤矸石要经过一定温度条件下烧结再磨成粉才能用作复合材料的填料,这比目前国内外所用的一切生材料如炭黑、陶土、碳酸钙、生矸石粉等具有明显的优点:
1、烧结煤矸石粉比生煤矸石粉提高硬度100%;
2、锻烧中排除和降低了不溶物和有害物质,所得地煤矸石粉对油、碘及DPG吸着率有所提高,从而与橡胶、塑料的混炼工艺性能好,不仅容易混且填充量大,吃粉也快。
3、煤矸石经烧结后其粉末的纯度高,用这种熟料作填料制成的复合材料制成品,其可变系数减小,耐磨性、抗风化、抗腐蚀、抗衰老能力增强,而且韧性强,表面光洁,勿需进行乳化或表面活性处理,这些性能是采用海泡石、陶土、生煤矸石粉、煤粉等填料的复合材料制品所不及的。
4、与碳酸钙、陶土、硅灰石粉相比,烧结煤矸石粉填料对掺合用量变化的适应范围大,无论掺合量为60份、90份或120份其复合材料制品的永变系数皆低于其它填料,这一点决定了它的适用性强,用途更广。
5、烧结煤矸粉的售价比陶土低50%,比碳酸钙低100%,故易于推广应用。
6、生产工艺简单,成本低廉,可以充分利用现有的煤矸石砖厂作煤矸石的深加工,能迅速提高这类企业的经济效益。
生产工艺流程见说明书附图及附图说明。
实施例:利用重庆市天府煤矿的煤矸石作原料,制成的烧结煤矸石粉用作复合橡胶的填料,其材料成分、配比,及产品物理性能测定数据如下:
一、天府煤矿煤矸石粉的成份:(%)(天府矿务局中心化验室化验)
二氧化硅(SiO2) 48.92
氧化铝(Al2O3) 27.92
氧化镁(MgO) 1.63
二氧化钛(TiO2) 3.64
锰酸钾(K2MnO4) 2.13
氧化铁(Fe2O3) 13.21
氧化钙(CaO) 1.54
二氧化硫(SO2) 0.83 五氧化二磷(P2O5) 0.138
二、按重庆市中南橡胶厂试验分析200目烧结煤矸石粉中水份含量为1.35×10-2,其吸碘值为17.72毫克/克,DPG吸着率0.35毫升/克,H值3.5。
三、按重庆市中南橡胶厂采用的复合橡胶材料中各组份的配比
天然胶430 充油丁苯胶 70、硫磺 2、氧化锌 5,硬脂酸 2、促进剂M 1、促进剂DM 0.3、防老剂D 2、半补强碳黑70、天府煤矸石烧结粉 130、固体古马隆 5、机油 20、含胶量 29.6总计 337.3。
四、重庆市中南橡胶厂对复合橡胶材料物理性能的测度数据:
硫化条件 硬度 扯断力 伸长率 永久变形
(℃×分) (邵氏) (MPa) (%) (%)
20 38 13.3 720 20
25 44 15.3 730 20
30 44 15.1 730 20
由上得出以下结论:
1、SiO2与Al2O3的含量分别为48.92%与27.92%乃是复合橡胶填料中SiO2与Al2O3最佳含量范围,此为别的填料所不及。
2、补强性能:烧结煤矸石粉填料次于炭黑与轻质碳酸钙。
3、伸长率:烧结煤矸石粉填料优于炭黑与轻质碳酸钙。
4、永久变形:烧结煤矸石粉填料低于炭黑与轻质碳酸钙。
5、硬度:烧结煤矸石填料低于炭黑与轻质碳酸钙。
6、混炼工艺性能:烧结煤矸石粉优于炭黑与轻质碳酸钙。
7、烧结煤矸石粉对掺和用量改变的适应范围比其它填料大,不管是掺入60、90、120份烧结煤矸石粉的复合橡胶,在不同硫化条件下其硬度值较低,变化范围不大,伸长率、强力变化较小,而且伸长率、强力具有上升趋势,可见采用烧结煤矸石粉作填料的复合橡胶材料性能变化小。
附图说明:
1′-选除混杂其中的煤块,硫铁矿及铝土矿块
2′-采用撞击式破碎,使成直径3厘米以下的小颗粒
3′-采用球磨机或笼式破碎机使磨成1毫米以下的粉粒
4′-使成块状或球形
5′-含水份小于3%
6′-常压下加温至1250~1400℃进行烧结,要求达到每200×100×500毫米3的长方形块的抗压强度为330公斤/厘米3,最低不得少于280公斤/厘米3,最佳为320~340公斤/厘米3
7′-采用干式风选法按100~1600目分类,使成不同等级备用
8′-按销售需求确定包装量。
1-煤矸石
2-初级破碎
3-二级破碎
4-加水成型
5-烘干
6-锻烧
7-超细破碎
8-包装